RTK GPS系统在智能化农业机械装备中的应用

梁海滨

（茌平县乐平铺镇农机管理服务站，山东 茌平 252126）

智能化农业机械装备由卫星定位、传感器、计算机控制以及机电液一体化等技术组成。这种机械装备能通过对区域图进行调控，精准调节种子、农药、灌溉等使用位置以及用量，通过这种方式，不仅能避免施肥、播种、灌溉过程中的资源浪费现象，还能通过减少化肥、农药的使用，起到减少环境污染的作用，也为实现我国的可持续发展战略提供坚强的后盾。

1 RTK GPS定位系统的优势

RTK技术又称为载波相位差分技术，是一种常用于GPS定位系统测量的方法。其通过实时处理2个测量站载波相位观测量，对其进行差分处理，再将基准站采集的载波相位信息发送给接收端，从而实现求差解算坐标，达到减少GPS定位误差的目的。与往常静态、快速静态以及动态测量的GPS定位测量方式需要进行事后解算才能达到厘米级别的精度不同，载波相位差分技术能通过差分处理，在野外直接获取厘米级别定位精准度，也正因为如此，载波相位差分技术的出现提高了野外测量作业的效率。

2 RTK GPS系统在智能化农业机械装备中的应用

2.1 拖拉机导航应用

全球定位系统的出现是现代导航技术的重大突破，其具有定位精度高、时间精度准确、适用范围广以及能全天候使用等优点，非常适合用于经常在野外作业的导航使用。自动驾驶技术是基于自动导航技术的基础上，对车辆自主沿规划路线进行行驶反馈的控制，这种方式多用于农业设施中，如翻地等比较繁重且需要进行重复性作业的生产中。

以某种植基地拖拉机导航控制系统为例，其主要包含以下几个部分：一是基准站，基准站的作用是负责接收RTK GPS定位卫星信号，经过计算得出信号中误差，然后通过网络通信方式将正确信号传达到拖拉机，便能达到提高组件定位精度的目的；二是车载卫星定位组件，安装与拖拉机机体中的组件，通过结合RTK GPS定位系统，接收定位卫星的信号，并且发布拖拉机实时信息，根据接收改进的差分信号，通过信号改进，从而达到矫正正确位置的目的；三是决策支持组件，决策支持组件对于拖拉机导航来说，是最重要的一个部分，相关人员能通过决策支持组件进行人工规划拖拉机行驶路线，同时决策支持组件最关键的一个功能是根据规划路线以及卫星定位接收信息，进行计算，然后选择一个最为合理的路线进行作业工作；四是执行组件，执行组件主要控制拖拉机转向方面，是自动控制系统的主要执行者［1］。

2.2 联合收割机应用

以某农场联合收割机为例，其采取地面的固定式GPS差分纠偏站以及移动RTK GPS接收系统组成。地面GPS差分纠偏站采用AG214（MS750）型的双频GPS接收机、接收天线以及功率为35 W的PCC数传发射电台、PCC数传电台天线和12 V直流电源等机械设备。此设备由美国天宝公司生产，由于其精准动态特点，在定位、导航以及控制等领域受到广泛应用。此外，该接收机信号强度、精准度较高，其提供的设备能实现最高精度以及最快响应时间功能，进而提供厘米级别的定位，较适合于地面的固定式差分纠偏站接收信号使用。在接收机方面，此设备能通过提供的显示器以及键盘等硬件设施对联合收割机进行运行设置，并且可以将设计参数按照不同工作情况进行有效分类，同时储存于接收机内，在需要使用时，可以随时通过ASCⅡ或者二进制信息的3个双向串行端口输出。

传输路径采取差分数据无线传输模式，通过高频无线通讯设备，信号非常强，然而由于控制距离较远，所以会受电台发射高度、功率以及移动站与基准站阻拦。此农场PCC数传电台天线长度为3 m，高度为14 m，经过实际测量发现，收割机接收信号范围最远距离达到35 km，此距离完全能满足使用需求。此外，PCC数传接收机通过RS-232串行接口通过与AG132型的GPS接收机进行连接，接口数据差分信号格式参数为：波特率9 600 b/s，数据位8个，起始位1个，停止位1个，校验位0个。通过这些参数的设置，能让RTK GPS系统控制的智能化机械设备达到自动工作的目的［2］。

2.3 变量喷雾机

由于我国农田较小，加之丘陵、山地等复杂地形较多，也因此对无人机飞行精准度要求比较高，一旦无法做到精准喷洒农药、化肥，不仅会达不到防虫害的目的，还因为一些区域农药过多，产生药物侵害现象。传统无人喷雾机也正是由于GPS定位较差，偶尔会产生飞行线路不准确、重喷或者漏喷等现象，而RTK技术的出现，也让变量喷雾机走上了精准作业之路。变量喷雾机又叫农业植保喷雾机，是实现农业无人机农药化肥喷洒作业的飞行器。其通过对原有喷雾机进行改造，在喷雾机上加装定位模块，然后通过地面GNSS RTK手持绘测器、GNSS RTK移动基站以及GNSS RTK固定基站等信号连接设备组成，在作业期间，变量喷雾机能根据人工设定的喷雾量、喷雾飞行路线，完成农药、化肥喷洒任务，并且在飞行过程中，能记录喷洒数据，以便于人工数据采集。

变量喷雾机的精准作业主要体现在两方面：一是线路精准，通过RTK系统能获取精准的预喷洒区域地形以及地形边界信息，通过差分数据能精确到厘米级别，并且喷洒线路只需要在接收机进行设置便可，全程并不需要人进行遥控，以此实现自主飞行，并且通过RTK系统，变量喷雾机能自行规避房屋、树木等障碍物，这种技术非常安全；二是药量精准，可以通过精准变量达到精准喷洒的目的，也能解决传统喷雾机重喷、漏喷等问题。

2.4 变量施肥播种机

变量施肥播种机是由传统的条形播种机进行改造的，能达到变量投放种子以及化肥的目的。其改造内容主要为：加装RTK系统、田间计算机、物料投放变量控制器等。其工作过程是：工作人员通过将设置的播种或者化肥数量信息存入计算机中，通过RTK移动基站以及固定基站，对施肥播种机进行线路设置，在行驶过程中，接收端经过差分分析匹配适合的线路，通过决策组件进行有效决策，将决定的线路通过执行组件，进行线路改进，从而达到自动播种的目的。如某农田采取格兰RTK-GPS差分智能精准播种机进行棉花种植，其在播种过程中，需要播种2次，由于智能化播种机械存在智能选择路线的情况，从而导致一次播种存在播种缺漏，而格兰RTK-GPS差分智能精准播种机在播种过程中，能识别1 m范围内播种缺漏区域，进而实现播种均匀的目的。

3 结语

RTK GPS系统在智能化农业机械装备中起到非常重要的作用，其不仅解放了劳动力，还提升了农业作业的效率。根据上述分析可知，RTK GPS系统能使智能农业生产精度达到厘米级别，并且存在自行矫正线路、接收信号范围广以及变量控制精准等优点，如果将这项技术广泛应用于我国农业生产中，将会极大地提升我国农业生产的效率。

［1］刘学，曹卫彬，刘姣娣，等.RTK GPS系统在智能化农业机械装备中的应用［J］.农机化研究，2007（9）：182-183，186.

［2］王新忠，王熙，王智敏，等.差分GPS定位系统在友谊农场精准农业中的应用［J］.现代化农业，2003（9）：32-33.