諶昊堃

（湖南省益陽(yáng)市箴言中學(xué) 413000）

淺談農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)的更新

諶昊堃

（湖南省益陽(yáng)市箴言中學(xué) 413000）

農(nóng)業(yè)機(jī)械對(duì)于農(nóng)業(yè)的發(fā)展有著重要的推動(dòng)作用，農(nóng)業(yè)機(jī)械在世界范圍內(nèi)有著悠久的應(yīng)用歷史，隨著技術(shù)水平的革新，農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)開(kāi)始興起。本文主要針對(duì)這一技術(shù)的更新與應(yīng)用進(jìn)行分析。

農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航技術(shù)；應(yīng)用；更新

農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航的誕生已經(jīng)有多年的歷史，早在18世紀(jì)20年代就發(fā)明了一種拖拉機(jī)牽引裝置，這種裝置安裝在了拖拉機(jī)的前軸上，能夠牽引拖拉機(jī)按照施工者預(yù)設(shè)的路徑行走，這種裝置在美國(guó)取得了專利。到了40年代也有人發(fā)明了拖拉機(jī)自動(dòng)控制方法，這種方法是在田地的中央放置羅盤，利用羅盤上的線牽引拖拉機(jī)進(jìn)行螺旋線形式運(yùn)動(dòng)。到了20世紀(jì)80年代，隨著信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和農(nóng)業(yè)工程等高科技技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的概念。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)有促進(jìn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，這一技術(shù)也為獲得高效高產(chǎn)高質(zhì)量低危害的農(nóng)田生產(chǎn)做出了重要保障。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展使得農(nóng)業(yè)資源的利用效率大幅提高，是進(jìn)入精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的里程碑。本文主要介紹了現(xiàn)代農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其功能，對(duì)這一系統(tǒng)的位置測(cè)量方法和導(dǎo)航路徑跟蹤控制方法這兩大核心技術(shù)進(jìn)行了綜述。

1 現(xiàn)代農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)分析

農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航主要功能是對(duì)農(nóng)機(jī)的位置進(jìn)行精準(zhǔn)的定位，使農(nóng)機(jī)按照事先規(guī)定好的路徑進(jìn)行作業(yè)。這種系統(tǒng)使得農(nóng)機(jī)作業(yè)精準(zhǔn)度提高，最大限度地滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。這一系統(tǒng)大體可以分成檢測(cè)、控制、執(zhí)行和監(jiān)控四大單元。檢測(cè)單元的主要功能是對(duì)農(nóng)機(jī)工作位置和姿態(tài)的檢測(cè)，它主要對(duì)農(nóng)機(jī)的位置、姿態(tài)、速度進(jìn)行檢測(cè)?？刂茊卧钦紫到y(tǒng)的核心，主要是對(duì)導(dǎo)航的路徑進(jìn)行有效規(guī)劃和跟蹤。執(zhí)行單元主要作用把轉(zhuǎn)向控制器的信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)向力矩，推動(dòng)農(nóng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)操作。這一機(jī)構(gòu)有機(jī)械式和液壓式兩種形式。機(jī)械式安裝簡(jiǎn)單，在普通用戶中應(yīng)用非常廣。而液壓式主要優(yōu)點(diǎn)是精度高、執(zhí)行速度快、可靠性好，有利于大面積批量作業(yè)。監(jiān)控單元是人際機(jī)交互的主要界面，對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)、任務(wù)、狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)管理。

2 農(nóng)業(yè)機(jī)械位置測(cè)量方法的應(yīng)用

農(nóng)機(jī)的位置和姿態(tài)是農(nóng)機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)中最重要的問(wèn)題，這一測(cè)量的準(zhǔn)確性對(duì)農(nóng)機(jī)農(nóng)作的效率起著決定作用。位置的測(cè)量一般又可以分為相對(duì)位置測(cè)量和絕對(duì)位置測(cè)量?jī)煞N類型，相對(duì)位置測(cè)量主要基于機(jī)器的視覺(jué)位置的測(cè)量，而絕對(duì)位置測(cè)量主要測(cè)量的是農(nóng)機(jī)在空間上的絕對(duì)位置。

（1）基于機(jī)器視覺(jué)的位置測(cè)量方法：機(jī)器視覺(jué)是根據(jù)人的視覺(jué)感知原理，給機(jī)器加以視覺(jué)效應(yīng)，有效從實(shí)際景物中提取有效信息并加以處理，最終起到一個(gè)實(shí)際檢測(cè)和控制的目的。這一技術(shù)的最大特點(diǎn)就是提取的信息量大、速度快。這種自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)在位置測(cè)量傳感器上選擇了攝像機(jī)，利用攝像機(jī)得到的圖像進(jìn)行導(dǎo)航基準(zhǔn)線的確定。目前這種導(dǎo)航檢測(cè)方法主要有Hough變換法、垂直投影法和最小二乘法幾種形式。

（2）基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的位置測(cè)量方法：一般情況下農(nóng)機(jī)機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的作用環(huán)境比較復(fù)雜，無(wú)論使用哪種監(jiān)測(cè)方法都不可避免的有其局限性。比如上述機(jī)器視覺(jué)的方法就很容易受到植物的狀態(tài)和天氣的影響。因?yàn)槊恳环N傳感器都很難做到能夠適應(yīng)多種條件下的導(dǎo)航要求。而基于多傳感器數(shù)據(jù)融合這種農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)就在這方面有了較為完善的性能，受到相關(guān)研究人員的高度重視。一方面如果一種傳感方式失靈，那么它將會(huì)自動(dòng)切換另外一種傳感方式。另一方面，它能夠綜合分析多種傳感方式得到的數(shù)據(jù)，從而取得一個(gè)較為精確的結(jié)果。

3 農(nóng)機(jī)模型與導(dǎo)航路徑跟蹤控制方法的應(yīng)用

3.1 根據(jù)動(dòng)力學(xué)原理做出的跟蹤控制方法

農(nóng)機(jī)本身就是一個(gè)較為復(fù)雜的裝置，加上它的作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變，這些都決定了農(nóng)機(jī)導(dǎo)航控制系統(tǒng)也具有較大的不確定性。而根據(jù)力學(xué)原理做出的農(nóng)機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)受外界干擾小，也不用考慮負(fù)載變化帶來(lái)的影響，所以人們都在努力建立起一套基于農(nóng)機(jī)動(dòng)力學(xué)模型的導(dǎo)航控制方法。

3.2 模型無(wú)關(guān)的導(dǎo)航路徑跟蹤控制方法

由于有模型的導(dǎo)航路徑跟蹤受到模型參數(shù)變化的影響非常大，所以人們就希望能夠擺脫模型的限制，建立起一套與模型無(wú)關(guān)的控制系統(tǒng)。PID方法就是一種不依賴于數(shù)學(xué)模型的設(shè)計(jì)，它是根據(jù)誤差來(lái)生成消除誤差的控制策略，廣泛適用于線性、非線性的控制對(duì)象，它在農(nóng)機(jī)導(dǎo)航控制領(lǐng)域發(fā)揮出了巨大的作用，也得到了廣泛的應(yīng)用。

總之，現(xiàn)代農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)研制技術(shù)已經(jīng)較為成熟，并且在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用也十分廣泛。但是其中還存在著諸多的問(wèn)題需要科研人員繼續(xù)研究、改進(jìn)。地頭自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制技術(shù)、障礙物監(jiān)測(cè)與主動(dòng)避讓技術(shù)都是未來(lái)的研究熱點(diǎn)問(wèn)題。

[1]李盛輝，周俊，姬長(zhǎng)英，田光兆，顧寶興，王海青.基于全景視覺(jué)的智能農(nóng)業(yè)車輛運(yùn)動(dòng)障礙目標(biāo)檢測(cè)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2013（12）.

[2]李景彬，陳兵旗，劉陽(yáng).棉花鋪膜播種機(jī)導(dǎo)航路線圖像檢測(cè)方法[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2014（01）.

[3]孟慶寬，劉剛，張漫，司永勝，李茗萱.基于線性相關(guān)系數(shù)約束的作物行中心線檢測(cè)方法[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2013（S1）.

[4]王東署，王佳.未知環(huán)境中移動(dòng)機(jī)器人環(huán)境感知技術(shù)研究綜述[J].機(jī)床與液壓，2013（15）.

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1004-7344（2016）35-0199-01

2016-11-26