智能化农业机械装备中RTK GPS系统的应用

彭修日

（长江大学文理学院，湖北 荆州 434020）

为了进一步提升农业的生产效率，需要将电子技术和农业机械进行融合从而衍生出农业机械设备。将RTK GPS系统应用在农业生产建设过程当中能够大幅度提升农业的生产效率，同时还能根据每块土地的实际特点以及其相应的具体特性与不同农作物的生产特点相融合，选择恰当的时间为农作物施加配套的生产肥料，从而有效达到落实精准农业模式的目的，在提升农业生产质量以及生产效率的同时也达到了经济与环境效益最大化的目标。

1 RTK GPS系统技术原理

RTK GPS系统借助两个测站的载波相位。RTK GPS系统能够达到迅速定位的效果，把用户和系统通过相关数据进行连接，其结构相对较为复杂。在其实际应用过程当中通过利用数据连接把观测结构由基准站传送到流动站。流动站通过卫星定位接收相关数据链接，同时借助差分处理方式给出与之相应定位的具体位置。RTK GPS系统由于其精准度相对较高，同时每个系统站点能够接收到覆盖范围为5 km～10 km的半径区域，所接收到的数据信息精确度能够达到厘米级别。因此，这一系统在野外观测中也能取得较好的测量效果[1-2]。

2 RTK GPS定位系统的应用优势

“智慧农业”是在“智慧地球”概念上衍生出来的，是农业发展的高级阶段，目前尚未有统一定义。其基本内涵是集成物联网、云计算等信息技术，实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能分析、专家在线指导，为农业生产提供精准化种植、可视化管理、智能化决策等。智能化农业机械装备由卫星定位、传感器、计算机控制机和电液一体化技术共同组成。智能化农业机械装备可以通过调整区域图更加精准地调节和定位农业种植中的农药分布范围、灌溉过程当中所使用到的灌溉用量以及各个位置。借助智能化农业机械装备能够一方面在较大程度上避免农业生产建设过程当中的施肥、播种、灌溉等资源浪费问题；另外一方面还可以降低化肥以及农药的使用量，从而达到减小环境污染的目的，为我国农业的可持续发展打下坚实的基础。RTK技术在行业内部也被称为载波相位差分技术，这项技术主要用于GPS定位系统中，是GPS系统测量的一种主要方式。借助实时处理两个测量站中的载波相位观测量，并且通过差分处理的方式再把基准站采集的载波相位信息发送到终端从而大幅度地减少GPS的定位误差。传统形态下的静态、快速静态以及动态测量的GPS定位测量方式在其实际应用过程当中必须要通过事后计算才可以做到厘米级别的精度。然而RTK技术可以借助差分处理方式获取更加精准的厘米级别定位信息。因此，RTKGPS定位系统通常被应用野外测量作业中。RTK GPS测量示意图如图1所示。

图1 RTK GPS测量示意图

3 RTK GPS系统在智能化农业机械装备中的应用

3.1 拖拉机导航应用

在现代导航技术的发展过程当中，全球定位系统无异于是一项创举性的突破。全球定位系统在这一过程当中具有诸多的优点。这一系统具有定位精度高、定位时间精准以及定位范围广等特点。除此之外，该项系统能够全天候使用。因此在野外作业中许多用户偏爱此项导航应用系统。随着我国科学技术的发展以及各行各业的不断提升，自动化技术被广泛应用在不同行业中。自动驾驶技术是借助自动导航技术，针对所设定的特定车辆沿规划路线进行的一种导航技术。这项技术在其实际使用过程当中能够进行形式反馈以及形式控制，在农业中适用于较为繁忙且需要开展反复性重复性的生产作业区域，例如我国某种宅基地拖拉机导航控制系统。该系统主要由以下几大部分共同组成：第一，基准站。基准站主要的作用是接收RTK GPS定位信号。它在接收到卫星信号后对其相关数据信息进行针对性的分析与整理，从而计算出信号中的误差，并且大幅度提升组件定位精度，使其能应用于农业生产建设中。第二，车载卫星定位组件。它通过RTK GPS定位系统接收安装于拖拉机机体中的组件信息，并且在这一过程当中适时地发布拖拉机实时信息，达到矫正拖拉机作业位置的目的。第三，决策支持组件。决策支持组件在拖拉机导航中是最为关键和最为重要的一个组成部分。具体的操作人员能够借助决策支持组件自主规划拖拉机行驶的路线。除此之外，决策支持组件还能够根据规划路线和卫星定位系统接收实时信息，并且对这些所接收到的信息进行实时的计算处理，从而为人们选择出一个最为合理的作业路线[3]。

3.2 联合收割机应用

联合收割机所采用的系统是由地面固定式GPS差分纠偏站和移动RTK GPS接收系统共同组成的。单相系统在其实际使用过程当中具有精准和动态的优点。其由于诸多使用优势在定位领域、导航领域以及控制领域都被广泛应用。其在联合收割机的实际应用过程中信号强度较好，收割精准度相对较高，具有高精准度以及高响应效率等优点，使联合收割机能够达到厘米级别的定位。该项设备可以借助显示器以及键盘等相关的硬件设备对联合收割机进行运行设置。除此之外，它还能够根据作业过程中的实际情况有效地分类设计参数，并且将这些参数存储到接收机中，能够将所接收到的数据借助二进制信息的3个双向串行端口进行实时输出，通过借助无线传播模式的传播路径有效增强信号接收效果。但是，在具体的应用过程当中因为控制距离限制等原因，它会受到电台发射高度及基准站和移动站的影响。如果农场 PCC数传电台天线长度为3 m，高度为14 m，那么该收割机能够接收到的信号范围约为35 km。通过以上计算不难发现，该系统能够完全满足农业生产建设过程当中的实际使用需求。除此之外，通过将RS-232串型接口和AG132型的GPS接收机进行连接，可以获得接口数据差分信号参数波特率为9 600 b/s，得到1个停止位、1个起始位、8个数据位。相关工作人员针对这些参数进行及时设置可以使由RTK GPS系统控制的智能化机械设备在其实际应用过程当中达到自动化工作的目的，极大地减少了人力、物力、财力的支出，提升了农业生产的效率以及质量。联合收割机效果图如图2所示。

图2 联合收割机效果图

3.3 改良平地机

在农场中为进一步地提升农业的生产效率，对传统的平地机进行改良。在改良过程当中可以充分运用固定基站以及移动接收系统从而进一步提升平地机的作业效率。固定基站涵盖了接收天线、GNSS接收机等相关设备。这些设备具有较高的精准度，在导航以及定位领域方面被广泛应用。改良平地机能够进一步提升设备的兼容性以及接收功能，同时还能够根据使用过程中的实际需求添加收发一体通信模块，支持不同通信协议。而且，它还能够与多家GNSS电台无缝衔接，进一步提升网络的传输性能，为网络的传输提供更多的便捷功能。除此之外，改良平地机应用RTK技术后的效果与常规的激光控制技术相比，能够大幅度提升工作效率，也能确保现场作业免受恶劣作业条件的影响，在提升作业精准度的同时也方便了设备后期的调试与维护[4]。

3.4 农机导航系统

RTK GPS系统的出现是现代导航技术中的突破，具有里程碑式的意义。GPS系统精准度较高，应用范围较广。除此之外，这项技术的功能性较强，能够在野外观测中起到极其重要的作用。该项系统能够带动自动驾驶技术的发展，同时还可以有效规划车辆的行驶路线。在农业生产过程当中，它能够高效完成复杂且繁重的任务。

3.5 新型喷雾机

农作物如果在生长过程当中缺乏与之相匹配的农药与化肥比例，则很难抵御病虫的侵害，从而致使农作物在生长过程当中缺乏营养。局部农药过量等问题也会使得农作物过多吸收农药与化肥，造成农业灾害。采用传统形式的喷雾机很难精准定位飞行路线，从而出现路线偏离、重复喷洒以及部分区域未喷洒到等，现将RTK GPS应用系统与传统的喷雾机相结合，能达到精准作业的目的。和传统的喷雾设备相比，改良后的喷雾机增加了定位模块，其相关工作人员在其实际应用过程当中能够在地面通过手持测绘器以及移动基站等设备操控喷雾器的位置。除此之外，该项设备还支持自定义飞行路线，能够精准且高效地完成农药和化肥的喷洒作业，达到较好的智能化效果[5]。

4 结语

综上所述，随着我国科学技术水平的进一步提升，在农业作业中加入智能化技术以及智能化作业设备，能够有效地提升农业的生产效率。RTK GPS系统在农业装备改进中起到了极其重要的作用。改良平地机农机导航系统以及联合收割机等设备能够进一步减轻农业作业中的劳动强度，大幅度提升农业作业效率，从而有效提升农业生产精度。智能化农业机械装备能进一步助力现代化农业生产建设，为我国农业的发展打下坚实的基础。