农业机械导航技术的应用及发展研究

2020-12-14中联重机股份有限公司研究院

农机质量与监督 2020年4期

中联重机股份有限公司研究院

□ 贡军王强孙亚红

近年来，随着我国现代农业的发展，农业机械导航技术借助智能化、物联网和大数据技术支撑，不断颠覆传统农业的发展思维，呈现出平台化、可视化和定制化的新特点和新趋势。研究农业机械导航技术的应用和发展，是农业发展新旧动能转换的技术手段，也是实现传统农业向现代农业转型升级的客观需要。

一、农业导航技术的实际应用

（一）土壤环境勘察

在智慧农业示范应用过程中，农作物种植前需要对农田种植环境进行检测，对土壤环境进行技术勘察，并且根据相关技术参数做好农作物种植方案的选择。以往人工方式的勘察活动，结果准确率得不到保障。基于农业导航技术的应用，准确获取采样位置信息，将化验后的土壤养肥信息与位置信息结合，获得土壤肥力分布图，实现对拟种植土地土壤环境的检测与分析，收集土壤中水分、营养物质以及化学结构信息，为农作物选择与种植提供数据保障。

（二）作物成长监控

农业生产中，农作物成长周期较长，其生长效果受到天气条件、土壤、水源以及施肥量等多种因素影响。在此过程中，针对农作物进行必要监控，强化种植过程管理工作，具有重要意义和价值。然而，传统工作模式下，人工监测方式存在管理不足、监视工作效率低等问题。而农业导航技术的应用，可利用卫星定位技术发现目标农作物，期间利用传感器装置传递农作物生长、病虫害信息。提升对农作物成长环境的技术监控，并对生产管理决策提供技术支撑。

（三）农机作业质量监控

传统农机作业监控工作效率较低，对于现代化技术的应用能力不够，农田作业机械化发展水平将受到限制，并且以往农机作业监控技术集约化程度也不够。基于农业导航技术的应用，有利于农田作业监控能力提升。技术应用中，农业机械导航感知单元，安装在农业机械上的摄像头、耕深传感器等，可实现对农田现场作业质量监控，通过后台算法可实现对农业机械作业面积的统计与计算，为政府管理部门提供较好的参考。

二、农业导航技术的发展

（一）GPS/北斗定位系统的引入

GPS/北斗技术在农业生产中的应用，是农业生产水平进步的表现，同时也有利于农业生产能力的提升。随着科学技术的发展与进步，传统的生产方式与管理模式和现代化农业理念不相匹配，需要利用先进技术，提高农业发展水平。随着农业机械化技术发展，GPS/北斗全球卫星定位系统将被应用在现代农业生产领域中，提升整体农业生产效率。基于GPS/北斗技术的应用，未来农业机械应用将实现智能操作甚至无人操作。

同时，由于GPS/北斗全球定位系统操作技术的引入，可实现对农作物生长条件的分析与数据收集，并且在种植活动开展前，GPS/北斗导航技术与GIS 地理信息技术的结合应用，可分析土壤结构中的营养元素，对农作物品种的选择提供技术支持。基于土壤肥力数据分析技术的应用，可开展精准施肥、除草技术应用，根据不同地块养分不同，通过投放农作物生长所需的微量元素，促使农田管理效率显著提升，同时降低农田肥、药的使用，生态环保意义重大，未来GPS/北斗导航技术将广泛应用在农场智慧生产过程中，并且对农业生产中精准变量作业产生重要影响。

GPS/北斗技术应用中，将GNSS 天线固定在农业机械顶部，通过电台可接收参考站的相关信号，达到RTK 解析状态，并将相关定位信息准确传送至电子控制单元ECU。同时，基于GPS/北斗技术应用，也可控制设备的电磁阀、开关等，以此完成农业机械远程操作控制。

（二）传感与液压技术的应用

农业机械化发展进程中，可通过液压技术对机械设备进行控制与管理，也能加强农业机械耕作全程监控。液压技术与传感技术的结合应用，成为农业机械智能化控制的主要形式，为农业生产实现自动化、无人化奠定良好基础，同时，相关技术应用也将促进农业生产效率的进步与提升。例如，播种施肥机、自走式喷药机在农业机械化中的应用。

农业现代化生产技术，对提高农业管理效率具有积极作用。未来农业发展中，传感技术的普及与应用，可实现农作物生长的智能管理与监测，并且在管理过程中，可对相关数据信息资源收集整理，形成农业生产数据库，为日后生产与管理工作提供可靠数据支持。例如，技术人员在推广现代化农业机械导航技术时，可将传感器装置内置在播种机和收割机上，在相关机械设备应用中，通过传感器对播种时温度、水分、湿度等数据信息获取，将为农业生产决策提供帮助。在此过程中，通过传感装置与GPS/北斗导航技术的结合应用，将实现对农作物生产过程的实时监测，提高农田作业管理效率。

基于GPS/北斗全球定位系统的应用，农业机械可实现自动驾驶。通常情况下，农机自动驾驶系统由固定参考站和车载系统两个部分组成。其中，固定参考站系统集卫星接收系统、定位系统、控制系统为一体，自动化管理能力强。以拖拉机农业机械设备为例，具体工作前，需要将自动化控制系统安装在机械中央控制区，并设计导航模式，通过RTK 基站发出的差分数据，实现高精度卫星定位，并且通过车轮角度传感装置向中心控制系统发送控制指令，实现农机机械导航技术的实际应用。通过对机械液压部分的控制，配合导航技术也可实现对农机行进路线的优化设计，提升农业生产中的智能化水平。当前在拖拉机自动驾驶应用中，播种、起陇作业水平的精度可控制在±2cm。

（三）智能技术信息技术的发展

在智能信息技术辅助下，使生态化管理的设想成为现实。研究表明，要想在农业生产过程中全面应用机械导航技术，使其作用得到充分发挥，关键是加大农业生产方式改革，以规模化种植为前提，以实际需求为依据，在传统机械耕作方式，加大智能信息技术应用。只有在农业生产过程中，精准应用智能技术、信息技术，才能将传统作业模式打破，提高农业机械运行效率和作业质量，农业生产成本自然会大幅降低。

农业机械作业效率与GPS/北斗技术的结合程度存在一定关联性，针对GPS/北斗技术在农业现代化发展中的应用，可实现对农业机械实时作业性能分析，尤其是在未来农业大规模生产中，GPS/北斗农业机械导航技术将发挥主要作用。农业生产现代化与智慧农业是发展趋势，在以往农业生产中，由于技术水平能力有限，农业生产人员效率普遍较低，未能实现农田管理效率提升。而新时期，随着智能技术、信息技术的发展，数据传输速度加快，农业机械导航技术将获得发展机遇。

另外，智能技术信息技术的发展与应用，还使农业生产资源获得了前所未有的保护，不仅土地资源利用效率显著提高，资源浪费问题也得到了有效解决。当然，智能信息技术的价值，还体现在为农业生态环境提供保护，使农业所具有生态化水平得到提升。未来一段时间，农业发展的重心都将放在“如何解决生态问题”方面，农业机械化发展方向，自然集中表现为生态化管理，将农业生产中对智能信息技术加以应用的比重加大，既有利于生态保护目标的实现，又为生态化管理及相关工作的开展奠定了基础。未来，农业现代化生产中，GPS/北斗导航技术与农业机械的结合，将提升农业生产效率，为农业集约化、大规模生产创造有利条件。