自动导航在农业机械中的应用

自动导航在农业机械中的应用

摘要：我们国家一直以来都是一个人口众多的农业大国，农业即使我们国家的

基础产业又是我们国家的民生产业。为了可以更好的解放劳动人民的双手，促进

农业生产可持续化，便捷化、轻松化，一批有一批的农业机械被官被广泛的应用

到了农业生产过程当中，而为了可以使农业机械可以更好服务于农业生产，精准

化的生产理念被广泛提出。农业机械自动导航技术作为农业精准化生产的前提条

件受到了广泛的关注。藉此，本文立足于自动导航技术，对其在农业机械当中的

研究进展进行了简要的研究。

关键词：农业机械；精准化农业；自动导航技术；研究进展

引言

随着社会经济的迅速发展，科学技术相关的研究成果已经应用于我国的各个

领域，不仅使农业的生产效率以及作业质量得到有效的提高，同时也有利于我国

对新农村建设步伐的推进。农业机械化进程的加快，不仅使农业传统的耕作方式

发生了改变，而且将信息技术也逐渐融入到农业生产中。

1、农业机械自动化导航的发展

农业机械的自动导航技术经历了农田触杆导航、引线导航、地磁导航、无线

电导航和激光导航等多种导航技术。地磁导航主要用于合理利用地磁场矢量，利

用地球附近的地面。磁矢量不同于其他位置的特性，实现导航。引线导航的主要

技术是通过在行驶路线上嵌入电缆或磁性钉子，为导航车辆提供导航信息，其主

要优点是能够适应各种道路的环境，无论是在雨天还是在不足的情况下。GHT，

冰雪覆盖，没有光。在这种情况下，可以提供稳定的导航信息，但引线导航的缺

点是检测范围相对较小，还需要在导航设施的道路设施上进行较大的改变。激光

导航主要是由激光发射机照射的激光束的目标，激光接收装置安装在车辆上，接

收激光信号，仔细计算车辆偏离照射或反射激光束的程度。使车辆行驶方向连续

调整，从而不断调整车辆。导航的主要缺点是大气条件的影响较大，不能一整天

工作。

2、农业机械自动导航中常用的方式

2.1 GPS定位系统

GPS作为全球定位系统，其具有三维定位和导航的功能，并具有全天候、全

方位、高精度的定位特点，不论是在陆路还是航空等领域，都得到了广泛的应用，并对地球上信息化水平的提高具有重要的贡献。GPS定位系统主要由空间部分、

地面控制系统以及用户设备三部分组成，具体工作原理就是按照卫星给出的位置

来对接收机的位置进行确定。在农业机械上对GPS系统进行使用，不仅使田间耕

作的路径得到优化以及耕作的速度加快，同时还使农业劳作的效率得到有效提高。GPS定位系统在农业劳作中可以用于各种操作，例如，对农田的土质进行检测以

及对农田的施肥量进行改变，当农业机械在田间进行走动时，GPS系统就可以根

据不同位置所采集到的土壤进行质量的检测。GPS系统在对土壤肥率进行检测时，一般会与GIS系统进行结合使用，通过对土壤精确位置的记录，从而对不同区域

的土壤质量进行绘制，并利用绘制的土壤质量分布图，进行针对性的变量施肥。

目前，我国大部分农村地区的耕作方式都采用集约化、规模化的方式，因此在进

行大面积的农业操作过程中，对作业路线的把控至关重要。GPS系统可以通过提

前对耕作路线进行确定，在进行具体耕作的过程中系统就会进行引导，从而使耕

作的路径达到最佳。

2.2视觉导航

对于在汽车上安装GPS系统而言，安装视觉导航更加的直观化，其可以将导

航周围的环境更加直观显示在屏幕上，这不仅使驾驶者的行车速度得到有效提升，同时行车的精准度也得到有效提升。而在田间进行大面积的耕作时，对于田间的

规划会非常整齐，通过视觉导航就可以对田间每一行的信息进行搜集，从而提供

精确的位置信息。这项技术经过不断的研究，不但的进行创新，对于目标作物的

具体位置已经能够进行准确的定位，但是对于农作物所接受的光照等自然因素还

不能进行精确的控制，从而使视觉导航技术的完善以及推广受到阻碍。因此，想

要使视觉导航技术能够进行有效地推广，就需要对图像获取以及自然因素的获取

尽心有效的研究与创新。

3、农业机械自动导航的关键技术

3.1跟踪控制技术

农业机械在田间执行农业作业任务时，一般会因考虑到农作物的诸多情况而

不得不尽量放慢行驶速度，只有发挥导航技术精准的控制作用，才能时刻分析出

农业机械实际的运动情况与提前制定路径的差异性，以便及时更改农业机械的运

动方向。这种跟踪控制技术的应用主要靠神经网络控制和模糊控制两种技术发挥

作用，具有模拟人类大脑的智能行为，可以灵活攻克未知的难题。有人将跟踪控

制技术应用于农耕机动车上进行试验，得出该系统不仅具有自学的智能功能，还

能够自动对现场进行整理。

3.2环境感知技术

环境感知技术主要是利用传感器对周围的环境信息进行大量的捕捉，通过对

有用信息的分析处理构建成一个可用的环境信息模型。而环境感知技术要想在农

业机械方面发挥出理想的功用，必须先解决如何精确的捕捉环境信息这一难题。

随着计算机技术的不断发展和突破，传感器的反应能力和传递信息的质量都有了

较大的改善，所以环境感知技术在农业机械方面的应用研究也就变得更加广泛，

例如，近年来除草机器人的发明问世，能够对田间的杂草信息进行一定程度的识

别和反馈，经过分析处理后再对杂草进行清除。还有一种全视觉运动障碍目标检

测法的发明和使用，都有力的证实了环境感知技术在农业机械中的应用要比单纯

的视觉有效，不管是计算能力还是障碍检测功能的准确性，还是特征点匹配的精

确度和整体检测的成功率方面。

3.3地图构建技术

不论是视觉导航技术的应用，还是环境感知技术、GPS定位技术的应用，都

离不开环境地图的提前绘制。地图的呈现方式也具有多种方式，几何地图、三维

坐标展示等，栅格地图也较为常用，但主要用于局部导航。地图构建技术对于地

理信息的感知应用离不开大量的计算，所以不常用于地理定位。

4、农机自动导航技术发展前景

4.1卫星导航技术的应用

目前农机的自动导航技术研究已经日渐成熟，而GNSS/GIS的导航技术应用也

成为了现阶段应用的主流技术，并且得到了很广泛的应用。我们国家所研制的北

斗卫星导航的系统是继美国、俄罗斯之后第三个成熟的卫星导航，可以实现卫星

定位系统的全部功能。2012年12月27日，北斗系统正式对亚太地区提供无源定位服务。由此来看，北斗卫星定位系统必将会在精准化农业当中发挥更加巨大的

作用。

4.2农机物联网技术