何 偉 張倫寧 宋連凱

1. 上海華測(cè)導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司，上海 201702；2.復(fù)旦大學(xué)工程與應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，上海 200433；3. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052

現(xiàn)階段，中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正逐漸采用現(xiàn)代化生產(chǎn)模式，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：信息化、機(jī)械化、自動(dòng)化、規(guī)?；?。這在很大程度上使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更加高效，簡(jiǎn)化了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的各個(gè)環(huán)節(jié)作業(yè)，從而減少了生產(chǎn)者的工作負(fù)擔(dān)。開展農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)過程中，為了能夠合理設(shè)計(jì)機(jī)械線路，并對(duì)其展開精準(zhǔn)控制，就需要在農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用導(dǎo)航技術(shù)，而這也是在農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)中引入導(dǎo)航技術(shù)的最主要原因。

1 農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用導(dǎo)航技術(shù)的價(jià)值體現(xiàn)

導(dǎo)航技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中扮演著不可或缺的角色，一方面能夠提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率，另一方面也能夠指引未來(lái)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展方向。除此之外，導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用也可以預(yù)防農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中相關(guān)問題的產(chǎn)生。在農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用導(dǎo)航技術(shù)，能夠提高獲取農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息的準(zhǔn)確率，同時(shí)精準(zhǔn)地對(duì)農(nóng)作物的產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)判。利用導(dǎo)航技術(shù)還能夠使得特定生產(chǎn)區(qū)間內(nèi)的檢測(cè)工作更加規(guī)范，并且整合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)，從而為獲取準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)奠定基礎(chǔ)。

2 農(nóng)業(yè)機(jī)械中自主型導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 視覺導(dǎo)航技術(shù)

不同于GNSS導(dǎo)航技術(shù)，視覺導(dǎo)航所受到的干擾和限制比較小。通過利用視覺導(dǎo)航，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者開展信息和數(shù)據(jù)采集工作時(shí)能夠?qū)Σ煌膱D像進(jìn)行直觀地觀測(cè)。通過應(yīng)用視覺導(dǎo)航技術(shù)，生產(chǎn)者能夠充分掌握農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源情況，獲取更加全面的環(huán)境數(shù)據(jù)。通過不斷地探究，科研人員構(gòu)建了用于研究視覺導(dǎo)航技術(shù)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，憑借色彩空間對(duì)生產(chǎn)環(huán)境中的圖像進(jìn)行處理，同時(shí)對(duì)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)展開了探索。其中比較重要的科研成果便是視覺傳感器[1]。通過安裝這種裝置，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者可以有效采集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境數(shù)據(jù)，對(duì)環(huán)境中的各個(gè)要素予以辨識(shí)，進(jìn)而為農(nóng)業(yè)機(jī)械提供導(dǎo)向。

2.2 衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)

作為一種先進(jìn)的導(dǎo)航技術(shù)，GNSS導(dǎo)航技術(shù)在最近幾年中的發(fā)展速度較快，被廣泛應(yīng)用到了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中。在農(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)用了GNSS導(dǎo)航技術(shù)之后，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的品質(zhì)和效率得到很大提升。然而，由于這項(xiàng)技術(shù)會(huì)在一定程度上受到生產(chǎn)環(huán)境的干擾，因此在應(yīng)用中存在一定的局限性。

2.3 其他類型的導(dǎo)航技術(shù)

無(wú)論是視覺導(dǎo)航、還是GNSS導(dǎo)航，如今都已經(jīng)被普遍應(yīng)用到了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之中，不僅提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量，同時(shí)也簡(jiǎn)化了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的流程。除了上述兩種導(dǎo)航技術(shù)之外，如今還有越來(lái)越多的新型技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了使用，例如地磁導(dǎo)航、激光導(dǎo)航。

3 導(dǎo)航技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的具體應(yīng)用

3.1 視覺導(dǎo)航技術(shù)的具體應(yīng)用

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用視覺導(dǎo)航技術(shù)，可以填補(bǔ)傳統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航的不足，擴(kuò)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)航技術(shù)的使用領(lǐng)域，而且其靈活性也更強(qiáng)。特別是在現(xiàn)階段，中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高速發(fā)展，農(nóng)業(yè)用地規(guī)模越來(lái)越大，通過視覺導(dǎo)航技術(shù)提供市場(chǎng)環(huán)境圖像，能夠?qū)r(nóng)業(yè)用地?cái)?shù)據(jù)展開較為全面的辨識(shí)和分析，從而獲得更為完整和準(zhǔn)確的生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)。應(yīng)用視覺導(dǎo)航技術(shù)的農(nóng)業(yè)機(jī)械能夠?qū)r(nóng)業(yè)用地圖像展開自主跟蹤、辨識(shí)和偵測(cè)作業(yè)，同時(shí)也能夠排除農(nóng)業(yè)用地間雜草對(duì)導(dǎo)航的影響[2]。

3.2 激光導(dǎo)航的具體應(yīng)用

如今，激光導(dǎo)航技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。激光導(dǎo)航技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下4個(gè)方面：體積和質(zhì)量小、測(cè)距準(zhǔn)確性高、圖像分辨率高、較好的抗干擾性能。根據(jù)相關(guān)分析數(shù)據(jù)可知，利用激光導(dǎo)航技術(shù)能夠?qū)ψ魑锏母叨群驼嫉孛娣e展開準(zhǔn)確測(cè)算，同時(shí)也能夠?qū)r(nóng)業(yè)機(jī)械的運(yùn)行路線進(jìn)行調(diào)控。應(yīng)用激光導(dǎo)航技術(shù)之后，農(nóng)業(yè)機(jī)械能夠?qū)麡溥M(jìn)行激光掃描，以此獲取果樹的位置數(shù)據(jù)，從而為農(nóng)業(yè)機(jī)械提供果園內(nèi)不規(guī)則路線的導(dǎo)向服務(wù)。但是，這種導(dǎo)航技術(shù)的使用成本較高，同時(shí)也必須配置相關(guān)設(shè)備用于反射激光。

3.3 地磁導(dǎo)航的具體應(yīng)用

地磁導(dǎo)航的使用成本相對(duì)較低，因此在最近幾年間被引入到了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之中。在日本，科研人員將地磁圖像傳感器應(yīng)用到了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為農(nóng)業(yè)機(jī)械的運(yùn)行路線提供導(dǎo)向。通過傳感器的定位功能，農(nóng)業(yè)機(jī)械能夠憑借地磁導(dǎo)向獲得方位角信息。不過，這種技術(shù)在一定程度上會(huì)由于機(jī)械設(shè)施的運(yùn)行角度和環(huán)境磁場(chǎng)的影響而出現(xiàn)錯(cuò)誤，因此必須進(jìn)一步提升其傳感器的運(yùn)行效率。目前，改良后的農(nóng)業(yè)機(jī)械能夠?qū)崿F(xiàn)偏差在0.4 m范圍內(nèi)的物體辨識(shí)，從而確保農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)行路線的準(zhǔn)確性。

4 我國(guó)農(nóng)業(yè)導(dǎo)航技術(shù)未來(lái)的優(yōu)化發(fā)展方向

4.1 擴(kuò)大導(dǎo)航環(huán)境基礎(chǔ)信息資源

中國(guó)地域廣闊，農(nóng)業(yè)用地豐富，而生產(chǎn)環(huán)境差異較大。為了能夠應(yīng)對(duì)不同的生產(chǎn)環(huán)境，就必須在農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用相應(yīng)的導(dǎo)航技術(shù)。以山區(qū)農(nóng)業(yè)用地為例，導(dǎo)航信息很可能會(huì)受到樹木的影響，因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中就無(wú)法通過GPS提供導(dǎo)向，而應(yīng)該通過獲取山區(qū)環(huán)境數(shù)據(jù)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供導(dǎo)向。這就要求相關(guān)技術(shù)人員要進(jìn)一步采集生產(chǎn)環(huán)境的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)不同生產(chǎn)環(huán)境的導(dǎo)向作業(yè)，從而制定有針對(duì)性的導(dǎo)航策略。

4.2 完善導(dǎo)航技能，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械精細(xì)化

考慮到導(dǎo)航控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境不同時(shí)則應(yīng)該結(jié)合不同的控制技術(shù)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供導(dǎo)向?，F(xiàn)階段，中國(guó)在農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)過程中應(yīng)用導(dǎo)航技術(shù)的時(shí)間還比較短，同時(shí)也沒有性能完善的農(nóng)業(yè)機(jī)械。例如，農(nóng)業(yè)機(jī)械的故障率較大，同時(shí)噪音和污染較大。這些問題會(huì)在一定程度上干擾降低導(dǎo)航技術(shù)的導(dǎo)向效果。作為農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)公司而言，則應(yīng)該實(shí)現(xiàn)更加精確的工業(yè)生產(chǎn)，同時(shí)加大抗干擾設(shè)施的研發(fā)力度[3]。

衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)該被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中，以此確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中定位更加準(zhǔn)確，同時(shí)使農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)行的準(zhǔn)確性得到提升，從而達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細(xì)化管治的目的。通過結(jié)合3種導(dǎo)航技術(shù)，農(nóng)業(yè)機(jī)械在進(jìn)行彎道運(yùn)行時(shí)，可以確保路線偏差在2.5 cm范圍內(nèi)。在為果園生產(chǎn)提供導(dǎo)向時(shí)，除了樹木會(huì)影響衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，雜草也會(huì)影響視覺導(dǎo)航信息。通過改善現(xiàn)有視覺導(dǎo)航技術(shù)，科研人員開發(fā)出了能夠獨(dú)立運(yùn)行的視覺導(dǎo)航平臺(tái)，在最大程度上排除了雜草的影響，并且將誤差限制在了6 cm范圍內(nèi)。通過對(duì)現(xiàn)有導(dǎo)航技術(shù)的不斷改進(jìn)，能夠減少資源的利用，控制生產(chǎn)成本，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更加高效，最終實(shí)現(xiàn)增加農(nóng)作物產(chǎn)量的目的。除此之外，在進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的前期，應(yīng)該先對(duì)土壤的情況展開偵測(cè)，從而確定合適的作物和施肥方法，以此提高施肥工作的效率[4]。

4.3 實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化、生態(tài)化管理

當(dāng)農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化水平提升時(shí)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率也會(huì)提升，能夠在減輕農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者勞動(dòng)負(fù)擔(dān)的同時(shí)，促使其獲得更大的經(jīng)濟(jì)利益。如果在農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)過程中運(yùn)用導(dǎo)航技術(shù)，一方面能夠?qū)r(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)量展開監(jiān)視和管控，另一方面也能夠憑借信息化手段對(duì)農(nóng)作物的品質(zhì)展開偵測(cè)，從而形成直觀的圖表。

4.4 引入傳感、液壓技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控

在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)施中應(yīng)用液壓技術(shù)后，能夠控制和調(diào)節(jié)相關(guān)設(shè)施，從而對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的全程運(yùn)行展開監(jiān)視和控制。在農(nóng)業(yè)機(jī)械中融合傳感技術(shù)和液壓技術(shù)之后，能夠使農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)行的效率得到提高，從而到達(dá)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化管治的目的。農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)的自動(dòng)化管治和監(jiān)視還能夠有效采集設(shè)施運(yùn)行信息并予以反饋。而在收割機(jī)上裝配傳感器，就可以收集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的相關(guān)要素信息，并在此基礎(chǔ)上有效監(jiān)視和控制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全部流程[5]。

4.5 引入網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)化管理

只有不斷創(chuàng)新和改良現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)機(jī)械，才能確保開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時(shí)在最大程度上利用農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)。應(yīng)該對(duì)現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)行模式進(jìn)行改革，將信息化技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)中，以此達(dá)到農(nóng)業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的目的。在現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，已經(jīng)有很多機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)得到了使用，并且對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械生產(chǎn)方式進(jìn)行了完善，使得農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)的效率得到了提高，生產(chǎn)的資金投入得到了控制。將信息技術(shù)引入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之中，還能夠?qū)ιa(chǎn)資源進(jìn)行科學(xué)的保護(hù)，實(shí)現(xiàn)土地資源的合理配置，提高使用效率，從而為中國(guó)農(nóng)業(yè)生態(tài)化發(fā)展提供有力的保障。

5 在農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用導(dǎo)航技術(shù)的未來(lái)發(fā)展建議

在開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時(shí)，需要面對(duì)相對(duì)復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境，運(yùn)用單一的導(dǎo)航技術(shù)還不足以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。針對(duì)農(nóng)業(yè)用地較為平坦的導(dǎo)航作業(yè)時(shí)，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)能夠有效實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。但是對(duì)于山地環(huán)境的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，衛(wèi)星導(dǎo)航的效果并不理想，無(wú)法偵測(cè)復(fù)雜的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。因此，在開展山區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，為了能夠?qū)崿F(xiàn)有效的導(dǎo)航工作，還應(yīng)該將激光導(dǎo)航技術(shù)和衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)結(jié)合，從而彌補(bǔ)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的缺陷。綜上所述，應(yīng)該綜合利用多種機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)，從而為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供有效保障。

6 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)過以上分析表明，把農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)運(yùn)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可以大大提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量與效益。目前的機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)在通過了進(jìn)一步改進(jìn)試驗(yàn)以后，已在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中得到了相當(dāng)普遍的應(yīng)用，并且取得了預(yù)想中的效果。但是，考慮到實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜多變，因此也需要融合各種機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)，并選擇更適合于當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的機(jī)械導(dǎo)航方式，以便使機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)能夠更加符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求。