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摘要：我國是農業大國，在科學技術的發展下，精準智慧化農業正逐漸替代傳統農業，成為未來我國農業發展和研究的對象。在智能農業領域，智能農業機械是目前研究最多的領域之一。農機在現代化農業建設中具有重要地位，智能農機自動導航的開發利用，解放了農民雙手，繁重的工作得到精簡，工作效率得到提升。基于此，本文詳細探討了智能農機的自動導航系統的應用，僅供參考。

關鍵詞：智能農機；自動導航系統；智慧農業

自古以來，從事農業生產一直是一項艱巨的任務，需要農業生產者具備耐心與細心，還要付出辛勤的勞動。但是，隨著社會的發展，傳統的農業生產模式正在發生翻天覆地的變化，自20世紀以來，各種創新技術創造了一個科學和技術獲得動力的時代，而智能農業已成為未來發展的主流。過去，依靠操作員在非智能農業機械上的駕駛經驗很難執行準確的路線，并且難以確保復雜生產線的準確性，頻繁的反復播種以及播種的遺漏增加了農業成本，降低了土地使用率。自動化、智能化和信息化是當今全球農業機械化的發展目標，無人駕駛技術使農機操作員免于繁瑣的工作，極大地提高了農機的作業效率，減少了人為工作疲勞造成的錯誤。

1我國農機導航系統現狀

我國是一個人口眾多的農業大國，與其他發達國家相比，我國的可耕地遠多于其他國家，但機械化程度卻遠低于其他發達國家，消耗的勞動力是其他國家勞動力的數倍，這表明中國的農業相較于其他國家處于落后水平，同時也表明中國的農村農機市場前景廣闊[1]。近年來，政府加大了對農業的扶持力度，投資建設新農村，隨著政策的發展，農業機械化使用率必將大幅度提高。20世紀90年代在中國進行的農業機械導航與控制技術研究主要是借鑒了美國和日本的先進經驗。在農業領域，中國對使用多傳感器組合定位技術的研究還很少，但是相關的研究在工業、航空和智能交通領域已經達到了較高的水平。根據對定位相關理論和實驗研究結果的分析，組合定位方法可以作為可用于農業研究的參考材料。精確農業依靠國家的引進、消化、吸收和改善。近幾年，大量引入了國外的GPS自動導航和駕駛系統，已在國內智能農業應用中使用。在過去的十年中，我國的農業機械化水平得到了快速發展，隨著從傳統農業到現代智能農業的轉變，對農業機械監控和調度技術的需求已大大增加[2]。

2農機導航智能控制系統應用探討

拖拉機、插秧機與開溝鋪管機為我國農業常用的三種典型農機，不同的農業機械有著其獨有的特點，根據機械的特點，搭載農機導航智能控制系統，研制出路徑規劃與跟蹤技術，實現智能控制導航系統的搭建[3]。本文通過對以上三種常用農業機械以及當代最新進的“慧農”北斗導航農機自動駕駛系統進行智能農機自動導航系統應用探討。2.1拖拉機智能導航系統。拖拉機是田間作業中使用廣泛，且最具代表性，所以對自動導航技術和設備的需求也最為迫切。拖拉機自動導航具備自動定位和自動跟蹤功能，在導航工作中，衛星定位系統用于確定其自身的位置，并實時控制拖拉機的轉向和速度，以使其按照既定路線進行田間作業[4]。在本節中研究拖拉機轉向系統，使用光電傳感技術實現前輪角度檢測，設計閉環反饋轉向控制器，設計路徑規劃和路徑跟蹤軟件系統，并自動搜索拖拉機。首先，要測試導航控制系統的實際車輛性能和控制方法，在測試車輛上安裝自動導航系統。通過車載監控終端的完整功能實現智能控制，這些功能中包括路線設置、參數設置、軌跡跟蹤、數據存儲等功能。其次，設計路徑規劃與跟蹤軟件系統，使用計算機編程語言開發拖拉機導航系統軟件，系統實時從拖拉機上安裝的傳感器和定位模塊收集數據，例如經度、緯度和旋轉角度，計算操作偏差并將這些數據通過串行總線實時轉換給顯示終端。將數據另存為文本文件，以便在工作質量分析期間調出，導航路線計劃模塊完成了野外工作路線的設置，創建預定路線并保存數據。通過車輛駕駛參數設置模塊配置調整參數，路徑跟蹤軟件系統界面顯示虛擬軌跡和仿真圖片，具有很好的可視化效果。2.2插秧機智能導航控制系統。水稻插秧機是中國農業的常見農業機械，主要運用在水稻種植方面，是提高中國水稻產量的重要機械。由于田間調查工作的強度大和缺乏農村勞動力，水稻插秧機的自動搜索功能也引起了大多數科研人員的關注[5]。實現插秧機自動運行，減少駕駛員勞動強度，節省勞動力，延長工作時間，提高生產率和大米產量。插秧機采用Pm控制技術，設計了雙閉環反饋轉向控制器，并集成開發了自動導航系統。插秧機的自動導航系統具有兩個功能。一個是定位，另一個是控制。定位是為了準確確定車輛的當前路徑，并根據插秧機在行駛過程中的路徑和姿態確定其相對于參考點的相對位置；控制是指確定并執行所需的控制量，在不發生偏差的前提下使插秧機可以在預定的路線上行走。作為整個水稻插秧平臺的導航控制中心，它使用高性能的車載計算機處理GNSS姿態信息和角度傳感器信息，該信息的高性能傳播速度會實現智能的行為決策并輸出導航控制指令。車載計算機發出導航控制指令，指令傳達到轉向電動機驅動器，驅動器接受命令后作出勻速反應，控制駕駛員執行準確的運動，這樣在安全范圍內控制車速，并控制插秧速度。2.3開溝鋪管機導航控制系統。隨著國家鹽堿地開發利用，土地綜合生產能力提高等相關措施的實施，隱蔽管式堿排水技術在我國北方和沿海地區得到了廣泛的應用[6]。依靠手工開挖和人工管道鋪設不僅效率低下，勞動強度大，運營成本高，而且難以確保工程質量。開溝鋪管機由計算機執行智能行駛系統控制，行駛系統由行駛液壓馬達驅動，行駛馬達的轉速由兩個柱塞泵和兩個雙齒輪泵控制。開溝機兩側的履帶獨立運行，均配有液壓馬達，每個液壓馬達都配備有光電傳感器以測量速度，行走速度和轉向控制在液壓馬達的控制下實現速度同步，光電傳感器將速度信號發送到車載計算機數據處理系統，經過車載計算機計算后，可以在線監視工作量，如果凹槽承擔太多負荷，其結果會導致發動機轉速降低，轉速降低后車載計算機控制系統會檢測，依據轉速進行調節，降低比例閥液壓泵的輸出流量，進而達到降低行走速度的目的，并形成工作裝置。自動導航控制系統包括GPS定位模塊、車載計算機，步態控制器、傳感器和各種執行器等，傳感器負責傳輸數據到車載計算機上，行走控制器接收計算機處理過的數據后，輸出信號控制電磁閥執行操作，GPS定位精確獲得車輛位置信息，執行必要的操作控制使車輛能按照指定的路線行走，不發生偏移。車載計算機是為開發農業工程智能設備而開發的多功能PC集成機，通過系統的人機界面，可以設置操作參數，顯示農業機械的工作軌跡，實現GPS從左到右的操縱。通過跟蹤速度傳感器信息，車載計算機可以做出行為決策，生成導航信息說明并存儲相關的工作過程數據。車載計算機集成了GPS定位模塊和3G無線通信模塊，可實現車載數據的現場定位和遠程傳輸，同時配備強大的抗干擾功能，極大地提高了惡劣環境下的可靠性。它采用壓鑄鋁外殼，具有高導熱性，出色的散熱性和小尺寸，同時考慮到防磁、防塵和防水來適應惡劣的農業工作環境。導航控制軟件界面提供實時信息，例如導航時間、定位方法、方位角等，以幫助操作員判斷定位信息的可靠性。數據收集模塊是整個導航系統的數據收集器，對相關數據進行收集以及分析，完成傳感器信息收集，并且存儲和回放分析模塊導航信息，以幫助駕駛員回看并分析原因以便于下一次更好的完成工作任務。控制決策系統根據車輛的當前位置信息計算預定的路線偏離，根據偏離路線測定相關數據，進行數據分析后創建控制策略，并將當前的控制信息實時傳輸到現場控制器，從而達到控制溝槽管道工步行系統直線操作的目的。2.4新一代“慧農”北斗導航農機自動駕駛系統北京合眾思壯研發的“慧農”衛星導航技術是現代智能農業的基本技術，導航技術、網絡技術、通信技術和自動控制技術在農業生產中的應用是發展精準農業的前提[7]。經過多年的研究和發展，中國的農業機械在機械結構的合理性方面取得了重大進展。故障率有所降低，工作效率也得到了極大提高，得到了農民廣泛認可，隨著北斗導航系統建成，北斗將在現代農業生產中得到更廣泛應用。為了加快新型社會化農業機械服務體系的建設，進一步擴大農村農機合作社的范圍，在全國開展了農業機械合作社建設試點。一種稱為“互聯網+農業機械運營”的新型農業機械服務模式有效地解決了農村工人的短缺問題。傳統的運營效率低、成本高、質量差、整體管理困難等問題也得到有效解決，通過在線和離線結合O2O的新型共享農業機械模型也正在興起。

3結語

眾所周知，勞動是農業發展的重要組成部分。然而，近年來城市化的發展導致了農村常住人口驟減，其中農業勞動力急劇下降，對智能農業的需求日益明顯。在20世紀80年代初期，美國率先提出了“精確農業”的概念，這為“智能農業”奠定了良好的基礎[8]。現階段，物聯網技術的“智能農業”生產帶動了農業產業鏈的新變化，傳統的農業生產效率低下。農業工具需要專業的操作人員。由于高昂的勞動力成本，繁瑣的工作以及繁瑣的體力勞動，不利于作物生產和收入增加，從而大大減少了農民的收入。考慮到農業上出現的各種問題，將通過智能技術解決這些問題，農業機械自動驅動系統具有強大的硬件和軟件優勢，非常適合于涵蓋“耕種、種植、照料和收獲”的整個農業生產過程。

參考文獻：

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[2]朱登勝，方慧，胡韶明，等.農機遠程智能管理平臺研發及其應用[J/OL].智慧農業(中英文)：1-15[2020-08-11].

[3]趙弢.戎美瑞：河北加大農機化投入，形成可推廣可復制的技術路線[J].農業機械，2020(7)：68.

[4]冉小琴.中國田間日：雷沃農業裝備全程智慧解決方案盡顯科技范[J].農業機械，2020(7)：72-73.

[5]于萬鵬.計算機視覺技術在拖拉機行進控制上的應用[J].農機化研究，2019，41(12)：208-211.

[6]周巖，王雪瑞.基于WSN的智能農機自動導航控制系統研究[J].計算機測量與控制，2015，23(9)：3038-3041.

[7]宋春月.無人駕駛拖拉機控制系統設計研究[D].上海：上海工程技術大學，2015.

[8]陳康.智能農機自動導航研究[D].上海：上海工程技術大學，2015.

作者:楊柏婷 單位:長春職業技術學院