GPS自动驾驶技术在现代农业机械上的应用

胡晓春

GPS（全球卫星定位系统）协同传感器、计算机控制、机电液一体化等科技成果，实现了农业田问作业的机械自动导航、耕地精确定位以及机械自动适应地形起伏等情况。为了实践上述功能，GPS系统的接收系统需要有效地与农业机械相结合，实现农业机械在田间自动作业的新型革命。即通过GPS等技术集成，准确地控制和操纵各种农业电子机械，实现农业电子机械的智能化，农场实现全天候连续作业，推进农业机械的可持续发展。本文首先介绍了GPS自动驾驶技术目前在国内和国外的应用情况，并根据其工作原理在现代农业机械上的实际效果与应用，阐述了自动驾驶技术在现在农业机械应用的未来发展趋势。

1自动驾驶技术应用情况

为了能够更好的分析和处理农业田间管理.可靠提高农业机械作业现代化程度，精准农业成为农业发展的重要方向。所谓精准农业.是指农业智能化和信息化在农业中的应用，其中，智能化就涵盖了GPS自动驾驶技术。发展精准农业技术，可以极大地提高农业生产效率，进一步促进节能减排，有效保护土地等，为未来农业发展带来诸多好处。为了走上符合中国国情的精准化农业发展道路，国内已经在不断研究和发展相关的各种核心技术，下文从自动驾驶技术在现在农业机械上的应用这一角度，集中阐述。

1.1国外自动驾驶技术研究情况。自动驾驶技术是一个庞大而复杂的工程体系，是对于GPS卫星定位系统的一种应用技术.其中卫星定位的精度高低直接对自动驾驶的效果产生深远影响。国外对于这种利用卫星定位系统进行自动驾驶技术的研究开始的很早，只不过受限于美国政府关于卫星定位系统的SA政策影响，直到2000年，才开始解禁。所以，卫星定位系统真正参与到自动驾驶是近几年的事情，严格来说我国在此项技术发展与应用上，不算晚，但基于信息技术更新速度层面来讲，在自动驾驶技术研究与创新方面，还需要加强。

1.2国内自动驾驶技术研究情况。我国正式开展对于自动驾驶系统的研究起源于2003年5月25日.我国“北斗一号”卫星的发射成功，及至6月1日，我国自主研发的“北斗运营服务平台”正式开通，标志着我国已经拥有了完全自主的卫星导航系统，产自北斗星通公司的自动驾驶产品也逐渐进入农业应用阶段。

2 GPS自动驾驶系统涉及技术分析

2.1卫星定位系统工作原理。首先要确定卫星定位系统的基站位置.通常卫星定位系统的基站都放置于位置较高的建筑或地区，通过对基站设置，获取天线所处的地理坐标，利用相关软件对设置基站，在通过基站产生差分信号，最后通过网络将差分信号传人到该基站的各个移动站。基站工作的时候，基站和移动站所获取的信号来自同一颗卫星，不同的是，基站是将信号同自我地理位置相联系，经过模块，计算出差分信号.该信号再经由互联网传递给移动站模块，而移动站是再受到该信号后，利用移动站模块联系移动站所谓地理位置，运用计算公式.得出更精确的信息。

具体情况参见下图：

在这一过程主要包括了四个部分：采集、预处理、坐标转换、信息融合。

2.1.1采集。传感器跟日常生活中电脑或者嵌入式模块通信时，会有不同的传输方式。不同的传输介质，需要使用不同的传感器去解析这些信息。通俗地讲就是把传感器采集到的信息全部拿到，然后编码组队，提供给应用者可以使用的数据。

2.1.2预处理。传感器的信息接收后会发现不是所有信息都是有用的。因为传感器的状态不是100%有效的，因此需要对信息做预处理.以保证前方的障碍物在时间维度上是一直存在的，而不是一闪而过。

2.1.3坐标转换。坐标转换在智能驾驶领域十分重要。传感器是安装在不同地方的，因此感知层接收障碍物位置信息后，必须将该障碍物的位置信息转移到自身坐标系下，才能供规划决策使用。

2.1.4信息融合。信息融合是指把相同属性的信息进行整合操作。比如摄像机检测到了正前方有一个障碍物，毫米波也检测到前方有一个障碍物，激光雷达也检测到前方有一个障碍物.而实际上前方只有一个障碍物.所以要把多传感器下这些信息进行一次融合，以此告诉下游，前面有一个障碍物，而不是三个障碍物。

2.2 Electrical control系统工作原理

2.2.1 Electrical control部分收集所有数据信号后。得出结论发出指令控制各部分工作，同时通过一些感应设备了解目前状态.进行数据反馈.再整合反馈的数据，下达下一步动作的指令。

2.2.2自动驾驶系统的摩机械必须在光靶和工具的宽度上设置a、b（光靶左側的第二个按钮可随时通过调整工具的宽度来调整），并在按下“确定”按钮时驱动到b点。设置后，将看到与光靶上的a、b两点的连接。当自动驾驶仪按钮（光学目标左侧的第三个按钮）变绿时，按自动驾驶仪按钮.控制引擎启动，并将速度调整到所需操作范围内。自动引航开始后，光学目标显示的信息包括农场工具的工作区域、当前移动站接收的卫星数量、CMR时间、CMR输入等。卫星数量越多，启动自动导航系统所需的卫星越多越好；CME实践表明，接收差分信号之间的时间间隔越小越好。不断增加的CMR时间表明与差动基站的连接已经断开。模块或基站应该检查；CME输入指示当前收到的差分信号数量.值越大.启动自动驾驶仪的值通常超过50%。

2.2.3在自动驾驶的过程中.自动驾驶系统的Electricalcontrol部分将会不断比较其位置的坐标是否在横线上。如果在直线，则继续保持。如果发生偏差，则由处理器计算方向和偏移量，由控制器将结果转换为电信号到液压平衡阀。液压转向系统通过转向气缸控制方向盘的摆动方向和摆，并通过前角传感器将方向盘的状态信息反馈给处理器，使其能够在适当的时间内改变液压平衡阀的开闭量，确保机械按照规定的路线运行，并将偏差控制在作业标准允许的范围内。在正常情况下，自动驾驶仪控制的机械运行直线度误差不超过3cm。

2.2.4当机械接近操作终点时，目标将提醒司机准备转弯，机械到达终点，司机转动方向盘，自动驾驶将停止。同时，光学目标上显示接近机械的横线，左边是11，21，31，……右边是R1，R2，R3，……平行线之间的距离是农具的宽度。当机械接近平行线时，该线变红.自动驾驶仪按钮呈现绿色，按按钮沿平行线启动自动驾驶仪。目标左侧的第一个按钮可以按到不同的信息.如图区、工作区、农具宽度等。

2.3 hydraulic pressure系统工作原理

2.3.1 hydraulic pressure系统时各种指令的最终执行者，以上两个系统的一切工作能否顺利执行都要靠hydraulicpressure系统的稳定工作来实现。这里的电气控制部分给出的所有指令都是由电磁阀的物理运动所做出的，从电气信号到阀门的开启和关闭.这控制了液压油在气缸上的作用，最终控制了机械运动。

2.3.2在自动驾驶仪中，当他收到处理器的指令时.液压平衡阀开始工作。在封闭的恒压流体动力压力系统中，油压始终处于高压状态。在自动驾驶仪中.当液压平衡阀收到处理器的指令时，封闭的恒定流体动力压力系统的油压总是处于高压状态，一旦阀门打开，就会有高压流体动力油通过阀门推动转向缸和机械转向：当机械逐渐接近横线的平行线时，当平衡阀接收到的电子信号减弱并最终逆转时，平衡阀的打开变得更小.并最终朝相反的方向打开，然后另一侧的转向缸开始工作，机械转向轮逐渐保持直线，直到它再次完全处于a、b平行线。流体压力系统通过在整个操作过程中反复重复控制机器的方向。

3自动驾驶技术在现在农业机械上的应用的发展方向

农业作为我国支柱产业之一，现代化的机械技术的进步是有关我国农业的各个方面，更是国计民生的大事。众所周知.根据我国耕地面积和人口数量，以及耕地质量方面的国情探讨，如果仍旧依照传统耕作方式，农产品产量难以满足当今社会发展的需要，这就要靠先进的农业机械来提高农业作业效率，从而提高农产品的产量和农业现代化进程。

3.1随着全球卫星定位技术的发展，俄罗斯的glonass系统、欧洲的galileo系统和中国的“北极星系统”已经开发并投入使用，美国的卫星定位技术已经被打破，形势已经不可避免。更精确的定位技术无疑为自动驾驶仪技术的进一步发展提供了更坚实的基础。同时，随着电子信息技术的发展，更科学、更准确的控制系统和微型计算机系统也将不断发展。同时.随着电子信息技术的发展.将开发出更加科学、准确的控制系统和微机系统，这无疑是改进自主驾驶系统的重要组成部分。其次是流体动力表达系统的设计和流体动力表达组件的不断创新，使自动驾驶仪系统的执行机构更加科学合理。

3.2自动驾驶是打开智慧农业的钥匙。在前几年，自动驾驶系统对于农民朋友来说是阳春白雪似的高端技术.虽然每个人都知道进口产品是好东西.但是高价格让每个人都气馁。自从国内产品出现以来，整个市场的价格下跌了近50%.进口产品的市场份额也急剧下降。现阶段.我国的农业机械处于一个技术、制造、配套设施齐備的高平台之上，这为农业机械全自动化发展提供了新的机遇，随着各地区GPS跟踪站的逐步建立和我国自主BDS技术的研制成功，GNSS技术在我国农业机械上的应用也正朝着更深的层次发展。

3.3继续深耕精准农业领域来解决农业中的耕、种、管、收各个环节，公司也将陆续推出流量控制、变量控制、测土配方等一系列的产品。在未来，自动驾驶技术将会有更高的精度、更快、更独立、更容易操作的方向，为用户解决实际问题，创造更多价值，做接地气的产品是联适导航的一贯宗旨。

4结语

随着农业技术的长足进步.种植户的农田呈现多承包和面积扩大化的特点，伴随着我国农村地区的快速发展，国家也积极建设了大量的基础工程，这使农业机械应用GPS技术变得更加便捷，同时农业机械发展的高技术化也拉近了与GPS技术之间的距离，能够完全独立生产农业的自主设备将最终得到开发，并将完全取代人类进行的繁重生产活动，人类只需要通过简单的指挥或行动就能灵活地指挥这些设备。