农业机械自动导航技术研究进展

0 引言

农业机械是指在农业生产中代替人力进行各种农业操作的机械及其配套农机具产品，是农业生产中的重要组成部分，是提高农业工作效率，保障农业高效、快速、低强度作业的重要条件

。随着农业机械化的快速推进与高速发展，我国农业机械化正在向智能方向发展。

农业机械自动导航系统(Agricultural Machinery Automatic Navigation Technology，AMANT)，其本质是行驶车辆按照预设进行自主运行的反馈控制系统，可以将驾驶者从单一枯燥的驾驶过程中解放出来

。在农业机械中应用自动导航技术，能实现在人力不进入田间时通过远程控制系统进行田间作业操作，改善了农业工作人员的工作环境，推进农业现代化进程。目前，我国在部分大型农场进行了无人农场的建设，主要核心技术就是农业机械自动导航技术。

1 农业机械自动导航技术

农业机械自动导航是农业智能化装备的重要组成部分，主要包括田间环境获取、农业机械姿态信息获取、定位技术及自动导航控制技术等

。其中信息获取及导航控制技术是农业机械自动导航技术的核心与基础条件，其精度是决定农业机械田间工作效率的重要保障。

农业机械导航技术主要分为全路径规划与局部路径规划。全局路径规划主要是在整个作业区域各种环境及障碍物已知的情况下，对整个生产环境进行全部覆盖规划，地块边界及行走方法(图1)；随着相关传感器技术及灵敏度的不断提升，对外界未知环境的获取能力逐渐提升，可以在没有获取全部田间环境的情况下对未知区域进行自动信息获取与分析，实时进行路径规划，但是对相关传感器精度及田间环境中心处理器要求较高。

2 自动导航拖拉机中的关键技术

2.1 卫星定位系统

当前农业机械自动导航技术能准确对机械田间运动轨迹及行驶过程信息进行实时采集，当遇到障碍物时可以保障农业机械顺利避让，保证农业机械安全行驶，如同“眼睛”一样的存在。目前，主要以GPS、INT及MMT技术为主要组成部分。其中，GPS和INT应用较为广泛。GPS技术就是常见的导航定位技术，主要是通过在农业机械上安装定位系统实时分享农业机械运动轨迹及地理信息，用户可以远程了解车辆行驶情况与路况信息。INT技术，又被称为惯性导航技术，主要是依靠对车辆行驶速度及运动方向进行数据计算，进而确定农业机械在不同运行时间所处的地理环境。与GPS技术相比，INT技术不会受到外界环境及气候因素的影响与干扰，要提高预测精度，需将GPS技术与INT技术进行集合，实现优势互补

。

2.2 算法优化系统

我国关于人工智能算法的研究开始于20世纪90年代，由于相关技术不够成熟，所以在各个行业的实际应用相对落后，仍处于试验阶段，目前主要在电子、半导体、汽车行业及交通中应用较为广泛，在农业生产中应用属于初级阶段。未来实现农业生产中的精准作业，对相关算法流程进行优化，常见的优化算法主要包括遗传算法、蚁群算法、模拟退火算法、鲸鱼算法等相关种群算法。其中，遗传算法是一种应用较为广泛且基础的基本优化算法，在进行农业机械自动导航技术运动轨迹优化时，将田间环境及地块进行排序优化，降低作业重复率(图2)；模拟退火算法在农业机械中应用尚不成熟，但是模拟退火算法可以很好地解决农业机械自动导航技术中近似求解及最优化问题，可以对大规模的数据量进行搜索求解，相关研究人员利用模拟退火算法可以对农业机械田间运行轨迹进行实时规划与选择(图3)，对于复杂田间环境下的障碍物避让具有很好的优化选择作用

。

3 拖拉机自动导航技术的优势

3.1 降低劳动强度

农业机械自动导航技术可以将驾驶操作人员从单一、重复的驾驶疲劳中解放出来，而且通常农业环境较为恶劣，可以减轻农户在田间的劳动强度，用户只需要远程操控农业机械并关注田间作业效果即可，当农业机械在田间运行轨迹或者作业出现偏差时，及时进行远程调控即可。运用自动导航技术，可以使工作人员更好地控制作业质量，提高田间农业机械作业效率，减轻疲劳感，在减轻用户劳动强度、减少田间人力物力投入的同时，保证田间作业效率与作业效果。

目前，农业机械中的定位导航技术是一个集多学科，包括计算机技术、机械设计与制造技术、人工智能技术、农学技术、传感器技术及视觉识别技术等为一体的综合田间技术。我国地域辽阔，平原、盆地、山川、丘陵等都进行农业种植，但是，相关农业传感器的应用会受到地理环境、气候环境等因素会影响，进而影响自动导航系统的运行精度，限制了自动导航系统在我国不同农田地理环境中的应用与发展。

3.2 提高工作效率

传统农业机械化操作时，需要人力驾驶农业机械进行田间作业，但是当天气变化、降雨、高温等，操作人员无法进入田间进行农事操作，影响作业时间，耽误农时。因此，实现农业机械自动导航技术，无论是在什么田间环境及气候环境下，都可以进行田间农业操作，不耽误农时。传统工作环境下，由于田间作业复杂，尤其是在进行作物收获时，田间作物繁盛，容易遮挡视线，无法对周边的环境进行及时感知，会造成农业操作失误，因此，农业机械化导航技术的精准应用可以提高作业效率，减少人力投入。

3.3 精准作业

A阴性对照——25 μl去离子水+25 μl底物（37 ℃孵育10 min）+50 μl DPP-4酶（37 ℃下孵育60 min）+100 μl醋酸-醋酸钠缓冲溶液；

4 自动导航拖拉机存在的问题及发展趋势

4.1 存在的问题

4.1.3 农业生产智能化程度低

农业机械自动导航技术为我国精准农业的发展提供技术条件，推动我国农业智能化发展，配合相关的中耕机械、植保机械等可以完成多项农业操作，工作人员可以定点、定位、定量地进行精准农业操作，对于推动我国农业生产及现代化转型具有重要意义。随着目前农业生产的快速发展，我国农业生产模式逐渐趋于将多种农业机械进行协同作业，一次进入田间作业完成多种作业工序，可以减轻农业机械对土地造成的碾压，保护土壤环境。

2018年11月17日晚，第55届金马奖落下帷幕，这原本是一场华语电影人的盛宴，却因一位纪录片导演的不当言论“不欢而散”。作为金马奖评委和颁奖嘉宾的巩俐，被不当言论激怒，拒绝上台颁奖，尽管李安导演在台上喊话：“巩俐你不上来跟我一起颁奖吗？”台下的巩俐只是礼貌性地微笑，依然未起身。

与去年的调查相比，其他变化仅有CPA报道的AB Smithers北方木制品公司倒闭。这家工厂在我们去年的名单中仅显示9.7万m3的年产能。

目前，我国农业机械化可以基本降低农户的劳动强度，但是相关农业技术装备仍处于初级阶段，与国外发达国家相比，我国农业机械水平、生产作业效率及智能化程度较低，农机装备智能化程度的高低会影响人工智能水平及自动导航技术在农业机械中的应用，应促进农业生产向智能化方向发展。

农业机械化程度较低，农业机械及其相关配套机具配合协调性较差也是影响农业机械自动导航技术的重要因素，只有农业机械化程度及相关配套机具水平高，才可以更好地完成田间农业操作。由于农业机械组装复杂，关键零部件较多，在农业操作时，容易导致农业机械使用故障，因此，应该加强对农业机械设计及制造过程中的规范操作与维修保养体系构建。

4.1.1 定位导航精度低

4.1.2 农业机械化及自动化水平低

“我相信，你一定能够找到你所喜欢的学校，在那里你会学习得很快乐，而该所学校会因为你的加入而受益无穷。”

4.2 发展趋势

4.2.1 发展配套设备，建立配套支撑体系

农业机械自动导航技术是多种技术的交互融入及各个学科的深度融合，主要是由传感器技术、机械设计及制造技术、计算机技术、人工智能技术等多种学科组成。传感器技术是农业机械自动导航技术的核心，是连接农业机械行走路径与外界环境的信息交换与数据处理，是决定农业机械在田间工作效率的关键评价指标；机械设计及制造技术是基础，良好的农业机械工作性能是影响田间作业质量的重要指标；人工智能技术是信息处理的核心，能对外界环境数据及接受信息进行实时处理并作出精准判断。目前，我国相关传感器自主研发性与创新性较差，进口设备与国内其他设备配合不协调，使用效果较差，因此，应该注重基础设施的建设，提高自主研发性能，对于整套设备进行自主研发，提高作业效率与配套性。

4.2.2 多种农业机械协同导航工作技术

在实现对整机系统自动导航的同时，应该加大对各种配套农业机械的协同作业。当进行作物播种时，农业机械按照运行轨迹进行运动，播种机同时配合自动导航系统，可以提高播种精度，田间播种更加规范，减少重播漏播现象的发生；对作物进行大面积植保、喷药时，可以进行精准定位，辨别虫害发生程度等级，有针对性地进行药量控制与喷洒，保证化学药剂定量使用的同时进行精准喷药，提高作业效率；当进行作物联合收获时，目前农业机械需要一次性完成作物收获、秸秆粉碎、土壤翻耕等技术，增加自动导航技术可以提高作业效率，田间环境复杂，可以减少对作物收获时的籽粒损伤与果穗受损，保障粮食产量，减少田间浪费，增加农户收入，促进精准作业与可持续发展农业的发展。

钢筋本构可采用理想弹塑性模型，双线性(二折线)模型和三折线模型。理想弹塑性模型比较简单，只考虑弹性阶段和屈服阶段，不考虑屈服后的强化阶段。而三折线模型同时考虑了屈服平台和强化阶段的情况，模型相对比较复杂。而二折线模型在钢筋屈服后的曲线比较平缓且呈现一阶线性，本文采用的是二折线模型。如图2所示。模型关键参数由材性试验获得，钢筋的材性试验结果见表1。

衔接在话语分析中是一个老生常谈的问题，对语篇生成有着不容小觑的作用，同时也是判断语篇连贯与否的一个重要概念。语篇是语言运用的产物，是静态的成品，也是动态的过程，它呈现人们在言语交际中的相互关系。Halliday提出的语言三大元功能之一的人际功能，目的就是表达人们如何使用语言建立并维持各种社会关系。我们试图从语篇衔接和篇章格律、人际意义和篇章格律的相互关系入手，探究语篇衔接与人际意义之间的关系。

5 结语

农业机械自动导航技术是提高农业生产效率，缓解由于劳动力短缺造成的农业生产力不足问题的有效手段。本研究系统阐述目前农业机械自动导航技术的关键组成部分与工作原理，对关键技术进行分析，指出目前农业生产中的发展难点，并以此为基础提出我国未来农业机械自动导航系统工作效率的主要研究方向与研究重点，研究结果对于提高农业机械自动导航系统的工作效率提供技术参考与理论基础。

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