農業機械導航關鍵技術發展分析

劉崢 魏志明 蔣新啟 渠海鵬

摘 要 農業機械的在農業環境中的關鍵技術是自動導航技術，這種技術可以使農業生產更加精細、規模更加龐大。基于此，介紹了自動導航的關鍵技術，借鑒國內外有關方面的經驗，就導航的功能進行了分析，然后分析了環境對機械導航的影響以及受控范圍，并且在最后預測了該技術的發展趨勢。

關鍵詞 農業車輛；自動導航；智能控制

中圖分類號：S220 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.14.092

隨著科學技術的不斷進步，農業生產在各個方面都取得了快速發展，對操作人員的要求也越來越高，由于人為失誤造成的損失經常發生，導航技術既可以減輕人們的負擔又可以提高精確度，從而可以有效提高工作質量和工作效率[1]。而農業機械需要做的就是適應周圍的環境，能夠做到自主地開展農業工作，要想做到這一點就需要不斷完善導航系統，因此需要保證農業機械能夠獲取足夠、有用的信息，并且能夠很快地處理各方面的信息，然后制訂合適的工作計劃，完成需要完成的任務。

1 機械導航關鍵技術介紹

機械導航技術主要包括3個方面：1）感知系統，顧名思義，它是對農業機械的位置進行探測，最常見的一種方法是GPS定位；2）控制決策系統，它的主要作用是減少導航工作中的誤差，主要通過PID控制方法進行控制，盡可能減小誤差；3）車輛轉向控制系統，它主要用來控制各輪的行駛路徑，可以采用電機驅動控制的方法進行。

2 農業機械導航關鍵技術

2.1 環境感知技術

該技術所要具有的條件就是必須要實現機器人對環境、路徑的自我控制，從而才能獲取準確的信息，對有用的消息進行加工處理。機器人的工作能力在很大程度上會受環境感知能力強弱的影響[2]。隨著時代的進步，傳感器等各類方面的問題都得到了解決，并把它應用到了機器人上，提高了信息獲取能力。近年來，有很多人對環境感知方面進行了研究，如安裝視覺傳感器、水平投影、連續采集兩幀圖像等都是最新研究出來的方法，這些方法在很大程度上減小了誤差。在細小地區的工作中，農業機械通過激光來判斷阻礙物，讓其在復雜的環境中盡可能進行規劃。這是一種先進的方法，可以很大程度上解決在定位和路徑方面遇到的問題，但沒有先進的技術是不行的，如果感知能力不是很強，那么系統就無法做出正確的選擇，從而會影響工作質量。

2.2 導航控制技術

該技術主要體現在橫向和縱向的控制上，車輛的轉向就屬于橫向控制，它主要把重點放在了控制器的設計上，它的主要作用就是把車輛的位置以及要走的路徑傳送給控制器進而對路徑進行合理規劃。速度控制則屬于縱向控制，一般在應用的時候速度不會很高，那么其變化也會很小，所以重點還是橫向控制。到目前為止，智能控制、PID控制是為常見的。智能控制就是模擬人的行為，建立數學模型來解決問題；PID控制主要用在控制速度方面，選取效率最高的運行速度。

2.3 地圖生成技術

從字面上看，生成即為構建，就是要營造機器人的工作環境，建立空間模型。它獲取信息的方法有很多種，像激光、視覺傳感器等都是將獲取的內容加以處理后構建出的模型。地圖也有很多種方式，比如柵格地圖主要是對局部的地方進行定位，這類方法需要很大的計算量，所以運用的少；拓撲地圖是將GPS信號和視覺信息進行融合，準確程度跟地圖的好壞有關，地圖的構建水平越高，導航系統的工作效率就越高。

3 農業機械導航的發展分析

農業裝備中的關鍵技術就是導航技術，農業機械導航得到高度關注，成為主要研究對象。像其中的GPS導航就得到了廣泛的應用，能夠有效提高工作效率和作業質量，同樣也能減輕工作人員的負擔。但是，由于環境具有多變性，在不同的區域其工作準確度就不一樣。比如，開闊的環境中的信號強度就要遠遠好于那些樹冠交錯的樹林，由于信號的不同，技術的有效程度也遠遠不同。

任何事情都具有兩面性，傳感器也不例外，有的傳感器會受噪聲的干擾，會大大降低工作效率。雖然視覺傳感器采集的信息很準確，但是會受光線的干擾，光照的變化都會影響傳感器的正常工作，所以在對機械導航的研究中，要重點對這方面的問題進行改造，設計出更有優勢的傳感器，進而不斷提高工作效率。目前，很多企業只注重導航方面的問題，在今后的研究中應注意各方面的協調問題。

4 導航技術的改進方法

1）完善導航系統的信息，保證有足夠的信息資源。我國的農業發展相對比較落后，土地資源也很有限。我國農村地區的地形十分復雜，如果采用導航技術信號就會很弱，從而無法有效開展工作。所以，相關工作人員需要及時補充信息庫，盡可能多地錄入復雜地區的信息，從而才能在一定程度上提高工作質量。2）提高設備的性能。目前，我國的機械性能仍然存在很多問題，在使用過程中容易發生故障、發出噪音，同時還會產生強輻射，從而就會嚴重影響工作效率。由于紅外線會受溫度影響，視覺導航也會受到嚴重影響。因此，要想提高準確度，避免發生各種問題就必須提高傳感器的性能。3）協調各設備的合作能力。我國對農業機械的探索還處于起步階段，在以后的研究中要不斷提高各種設備的合作能力。

5 結語

未來在對農業導航的研究中，其功能會越來越強大，智能程度會越來越高。可以針對存在的不足對導航系統進行改造，使其能夠適應農業復雜多變的環境，使導航系統能夠克服惡劣環境，出色地完成任務。要根據區域的不同選取不同的方法，比如，在寬闊的地方就可以選擇GPS導航，充分發揮其地域條件的優越性；像密度很大的樹林就可以采取視覺導航進行測量，可以有效提高工作的效率。為了提高系統的穩定性，可以通過傳感器融合的方法彌補這方面的不足。為了降低相關成本，需要研究出整套的技術，才能夠及時解決技術不協調的問題。

參考文獻：

[1] 吳延霞，趙博，毛恩榮.農業車輛自動導航系統綜述[J].農機化研究，2009，31（3）：242-245.

[2] 莊新斌，宣傳忠，陳智，等.噴播機自動導航控制系統設計及其性能仿真[J].農機化研究，2015（11）：87-90.

（責任編輯：劉昀）