山東省濱州市農(nóng)業(yè)機械技術推廣站 吳莉麗

中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司濱州市分公司 薛 益

農(nóng)業(yè)技術自工業(yè)革命以來發(fā)生了翻天覆地的變化，其中農(nóng)業(yè)機械技術又是核心之一，而農(nóng)業(yè)機械中，自動化技術又是關鍵核心，因此關心糧食安全、關心農(nóng)業(yè)發(fā)展，就必須要關注農(nóng)業(yè)機械自動化技術的發(fā)展。本文簡要介紹農(nóng)業(yè)機械發(fā)展面臨的一些問題，對不斷發(fā)展的自動化技術進行簡要梳理和研究。

1 引言

農(nóng)業(yè)領域機械的發(fā)展和發(fā)展趨勢往往受其他經(jīng)濟部門的技術發(fā)展所影響，例如應用于軍事目的的空間無線電導航和全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)，同樣也為農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展帶來巨大的變革。同樣，卡車、公共汽車和汽車行業(yè)也對農(nóng)業(yè)機械發(fā)展做出了重大貢獻，在越野設備部門部署微型控制器，該微控制器的采用控制器區(qū)域網(wǎng)絡(CAN)，實現(xiàn)多機功能的綜合控制的技術也應用于農(nóng)業(yè)機械技術中。

2 農(nóng)業(yè)機械自動化技術

對于農(nóng)業(yè)機械，有幾個新興的技術將對自主操作至關重要。在某些情況下，基礎技術的研發(fā)，如實時運動學(RTK) GPS網(wǎng)絡的加密，以生成虛擬參考站(VRS)校正數(shù)據(jù)，同時通過Wi-Fi進行Internet連接，以支持數(shù)據(jù)傳輸[1]。

下面是對許多聯(lián)合技術的現(xiàn)狀的簡要概述，這些技術對于未來完全自治的領域機器來說是必不可少的。

2.1 天基定位系統(tǒng)

傳感、通信和控制技術的進步，再加上全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)和地理位置。地理信息系統(tǒng)(GIS)正在幫助農(nóng)業(yè)機器從簡單的機械發(fā)展成智能的工具。

中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中國自行研制的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務，并具短報文通信能力，已經(jīng)初步具備區(qū)域導航、定位和授時能力，定位精度10米，測速精度0.2米/秒，授時精度10納秒。

2.2 車載通信

隨著農(nóng)用機械中引入微控制器，設備設計人員不久就意識到需要在控制器之間共享和管理信息。在卡車、公共汽車等汽車行業(yè)的引領下，設備設計師開始尋找總線配置和數(shù)據(jù)結構，以支持持續(xù)的機械開發(fā)。

FlexRay是一種分布式網(wǎng)絡協(xié)議，是由汽車行業(yè)開發(fā)的，但很快就被集成到農(nóng)業(yè)車輛中。FlexRay提供的數(shù)據(jù)傳輸能力比較高。FlexRay的另一個重要方面是它使用了一個時間觸發(fā)協(xié)議，該協(xié)議允許數(shù)據(jù)在預定的時間框架內(nèi)傳輸和接收，這有助于消除在總線上發(fā)送多個消息時可能發(fā)生的錯誤。此外，F(xiàn)lexRay協(xié)議可以作為多站總線、星形網(wǎng)絡或混合網(wǎng)絡(同時使用多站和星形)運行。這使得協(xié)議可以很容易地適應現(xiàn)有的總線協(xié)議，同時在需要星型網(wǎng)絡的地方提供更高的可靠性。隨著汽車和農(nóng)業(yè)車輛在未來的發(fā)展，F(xiàn)lexRay必將成為下一個確保高效可靠的數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)絡協(xié)議。

2.3 自動導航技術

在農(nóng)業(yè)車輛自動導引的成功開發(fā)和應用后，下一個合乎邏輯的步驟是自動轉向導航。創(chuàng)建一個控制系統(tǒng)來自動在頭地區(qū)域轉彎，改技術的準確度一般取決于幾個因素，包括頭地寬度，設備寬度，拖拉機動力，和期望的轉彎類型[5]。

2.4 收割機械的自動化

許多生產(chǎn)者利用礦車自動轉向系統(tǒng)來提高田間效率。依靠GPS導航，人們已經(jīng)開發(fā)出了一些系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可以在收割玉米的同時感應到玉米頭部的秸稈，從而提高自動轉向能力。提高糧食質量和減少糧食損失是生產(chǎn)者提高整體收獲效率的另一種方法。

3 未來農(nóng)業(yè)機械自動化趨勢

3.1 機器將承擔更多的責任

也許完全自治的領域機器發(fā)展的主要障礙之一是責任，而更重要的是誰將承擔或分擔責任。在可預見的未來，由于設備的尺寸和相應的功率水平，拖拉機的司機實際上在很大程度上被降級為保姆。簡而言之，技術繼續(xù)從操作人員手中奪走大部分控制責任，最好的例子也許就包括自動制導和轉彎。

3.2 單獨的機器人控制架構

移動機器人控制體系結構的大部分初步工作是在航天和人工智能研究實驗室進行的，以完成軍事任務和空間探索。一個基于行為的控制方法提供了一個自主的移動機器人，智能處理復雜的世界問題使用簡單的行為。反應性行為是反應性控制體系結構的一部分，在這個體系結構中，行為對刺激做出反應，并發(fā)展出控制行為。協(xié)商行為是為完成給定任務而執(zhí)行的預先定義的控制步驟，將這些行為與農(nóng)業(yè)機器人的實際行動聯(lián)系起來，對于理解機器人的能力至關重要。

3.3 多機器人控制體系結構

協(xié)調(diào)多個自主機器人完成分配的任務是一個工程挑戰(zhàn)。當多個機器人共同完成一項任務時，最重要的問題是需要解決的機器人間通信問題。機器人之間的通信是一個非常關鍵的問題，因為隨著機器人增多，它們之間通信的復雜程度也隨之增加。在某些情況下，良好的通信水平可以顯著提高機器人性能。

迄今為止，多智能體機器人系統(tǒng)的大部分研究工作都是在農(nóng)業(yè)以外的領域進行的。很少有專門關注農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的MRS的建筑規(guī)范的研究工作。因此，有必要了解、探索和研究MRS的控制方法，將多個機器人部署到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，采用MRS來提高生產(chǎn)效率[5]。

4 展望

目前，農(nóng)業(yè)機械自動化技術仍在進一步發(fā)展中，在其它機械工程、自動化、計算機等領域的新技術會源源不斷地被人們應用到農(nóng)業(yè)機械中。比如通信技術中，隨著IPv6技術的普及，農(nóng)業(yè)機械的通信技術應用也會更加廣泛，任何零部件都有可能成為某個通信單元。隨著語音識別技術、圖像識別技術，以及大數(shù)據(jù)處理技術的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機械對作物的識別能力也會進一步提升，從而提高智能水平，讓人力在田間地頭得到進一步的解放。