农用机械无人驾驶导航技术现状及发展探究

何 伟 张伦宁 宋连凯

1. 上海华测导航技术股份有限公司，上海 201702；2.复旦大学工程与应用技术学院，上海 200433；3. 新疆农业大学经济管理学院，新疆 乌鲁木齐 830052

现阶段，中国农业生产正逐渐采用现代化生产模式，具体体现在以下几个方面：信息化、机械化、自动化、规模化。这在很大程度上使农业生产更加高效，简化了农业生产中的各个环节作业，从而减少了生产者的工作负担。开展农业机械化生产过程中，为了能够合理设计机械线路，并对其展开精准控制，就需要在农业机械中应用导航技术，而这也是在农业机械化生产中引入导航技术的最主要原因。

1 农业机械中应用导航技术的价值体现

导航技术在农业生产过程中扮演着不可或缺的角色，一方面能够提高农业生产的效率，另一方面也能够指引未来农业生产的发展方向。除此之外，导航技术的应用也可以预防农业生产中相关问题的产生。在农业机械中应用导航技术，能够提高获取农业生产信息的准确率，同时精准地对农作物的产量进行预判。利用导航技术还能够使得特定生产区间内的检测工作更加规范，并且整合农业生产信息数据，从而为获取准确的统计数据奠定基础。

2 农业机械中自主型导航的关键技术

2.1 视觉导航技术

不同于GNSS导航技术，视觉导航所受到的干扰和限制比较小。通过利用视觉导航，农业生产者开展信息和数据采集工作时能够对不同的图像进行直观地观测。通过应用视觉导航技术，生产者能够充分掌握农业生产资源情况，获取更加全面的环境数据。通过不断地探究，科研人员构建了用于研究视觉导航技术的实验系统，凭借色彩空间对生产环境中的图像进行处理，同时对在农业生产过程中应用该项技术展开了探索。其中比较重要的科研成果便是视觉传感器[1]。通过安装这种装置，农业生产者可以有效采集农业生产的环境数据，对环境中的各个要素予以辨识，进而为农业机械提供导向。

2.2 卫星导航技术

作为一种先进的导航技术，GNSS导航技术在最近几年中的发展速度较快，被广泛应用到了农业生产过程中。在农业机械应用了GNSS导航技术之后，农业生产的品质和效率得到很大提升。然而，由于这项技术会在一定程度上受到生产环境的干扰，因此在应用中存在一定的局限性。

2.3 其他类型的导航技术

无论是视觉导航、还是GNSS导航，如今都已经被普遍应用到了农业生产之中，不仅提高了农业生产的质量，同时也简化了农业生产的流程。除了上述两种导航技术之外，如今还有越来越多的新型技术在农业生产中得到了使用，例如地磁导航、激光导航。

3 导航技术在农业机械中的具体应用

3.1 视觉导航技术的具体应用

在农业生产中应用视觉导航技术，可以填补传统卫星导航的不足，扩展农业生产导航技术的使用领域，而且其灵活性也更强。特别是在现阶段，中国农业生产高速发展，农业用地规模越来越大，通过视觉导航技术提供市场环境图像，能够对农业用地数据展开较为全面的辨识和分析，从而获得更为完整和准确的生产环境数据。应用视觉导航技术的农业机械能够对农业用地图像展开自主跟踪、辨识和侦测作业，同时也能够排除农业用地间杂草对导航的影响[2]。

3.2 激光导航的具体应用

如今，激光导航技术在农业生产中的应用范围越来越广。激光导航技术具有明显的优势，主要体现在以下4个方面：体积和质量小、测距准确性高、图像分辨率高、较好的抗干扰性能。根据相关分析数据可知，利用激光导航技术能够对作物的高度和占地面积展开准确测算，同时也能够对农业机械的运行路线进行调控。应用激光导航技术之后，农业机械能够对果树进行激光扫描，以此获取果树的位置数据，从而为农业机械提供果园内不规则路线的导向服务。但是，这种导航技术的使用成本较高，同时也必须配置相关设备用于反射激光。

3.3 地磁导航的具体应用

地磁导航的使用成本相对较低，因此在最近几年间被引入到了农业生产之中。在日本，科研人员将地磁图像传感器应用到了农业生产中，为农业机械的运行路线提供导向。通过传感器的定位功能，农业机械能够凭借地磁导向获得方位角信息。不过，这种技术在一定程度上会由于机械设施的运行角度和环境磁场的影响而出现错误，因此必须进一步提升其传感器的运行效率。目前，改良后的农业机械能够实现偏差在0.4 m范围内的物体辨识，从而确保农业机械运行路线的准确性。

4 我国农业导航技术未来的优化发展方向

4.1 扩大导航环境基础信息资源

中国地域广阔，农业用地丰富，而生产环境差异较大。为了能够应对不同的生产环境，就必须在农业机械中应用相应的导航技术。以山区农业用地为例，导航信息很可能会受到树木的影响，因此在农业生产过程中就无法通过GPS提供导向，而应该通过获取山区环境数据为农业生产提供导向。这就要求相关技术人员要进一步采集生产环境的基础数据资源，以此实现对不同生产环境的导向作业，从而制定有针对性的导航策略。

4.2 完善导航技能，实现农业机械精细化

考虑到导航控制系统比较复杂，当生产环境不同时则应该结合不同的控制技术为农业生产提供导向。现阶段，中国在农业机械生产过程中应用导航技术的时间还比较短，同时也没有性能完善的农业机械。例如，农业机械的故障率较大，同时噪音和污染较大。这些问题会在一定程度上干扰降低导航技术的导向效果。作为农业机械生产公司而言，则应该实现更加精确的工业生产，同时加大抗干扰设施的研发力度[3]。

卫星导航技术应该被应用于农业的现代化生产过程中，以此确保农业生产中定位更加准确，同时使农业机械运行的准确性得到提升，从而达到农业生产精细化管治的目的。通过结合3种导航技术，农业机械在进行弯道运行时，可以确保路线偏差在2.5 cm范围内。在为果园生产提供导向时，除了树木会影响卫星导航信号，杂草也会影响视觉导航信息。通过改善现有视觉导航技术，科研人员开发出了能够独立运行的视觉导航平台，在最大程度上排除了杂草的影响，并且将误差限制在了6 cm范围内。通过对现有导航技术的不断改进，能够减少资源的利用，控制生产成本，使农业生产更加高效，最终实现增加农作物产量的目的。除此之外，在进行农业生产的前期，应该先对土壤的情况展开侦测，从而确定合适的作物和施肥方法，以此提高施肥工作的效率[4]。

4.3 实现农业机械智能化、生态化管理

当农业机械的自动化水平提升时，农业生产的效率也会提升，能够在减轻农业生产者劳动负担的同时，促使其获得更大的经济利益。如果在农业机械生产过程中运用导航技术，一方面能够对农业生产产量展开监视和管控，另一方面也能够凭借信息化手段对农作物的品质展开侦测，从而形成直观的图表。

4.4 引入传感、液压技术，实现对农业生产的实时监控

在农业机械设施中应用液压技术后，能够控制和调节相关设施，从而对农业机械的全程运行展开监视和控制。在农业机械中融合传感技术和液压技术之后，能够使农业机械运行的效率得到提高，从而到达农业生产自动化管治的目的。农业机械生产的自动化管治和监视还能够有效采集设施运行信息并予以反馈。而在收割机上装配传感器，就可以收集农业生产过程中的相关要素信息，并在此基础上有效监视和控制农业生产的全部流程[5]。

4.5 引入网络信息技术，实现生态化管理

只有不断创新和改良现有的农业机械，才能确保开展农业生产时在最大程度上利用农业机械导航技术。应该对现有的农业机械运行模式进行改革，将信息化技术应用在农业机械生产中，以此达到农业自动化生产的目的。在现阶段的农业生产过程中，已经有很多机械导航技术得到了使用，并且对传统机械生产方式进行了完善，使得农业机械生产的效率得到了提高，生产的资金投入得到了控制。将信息技术引入到农业生产之中，还能够对生产资源进行科学的保护，实现土地资源的合理配置，提高使用效率，从而为中国农业生态化发展提供有力的保障。

5 在农业机械中应用导航技术的未来发展建议

在开展农业生产时，需要面对相对复杂的生产环境，运用单一的导航技术还不足以实现农业生产的需要。针对农业用地较为平坦的导航作业时，卫星导航技术能够有效实现预期目标。但是对于山地环境的农业生产来说，卫星导航的效果并不理想，无法侦测复杂的农业生产环境。因此，在开展山区农业生产过程中，为了能够实现有效的导航工作，还应该将激光导航技术和卫星导航技术结合，从而弥补卫星导航技术的缺陷。综上所述，应该综合利用多种机械导航技术，从而为现代化农业生产提供有效保障。

6 结 语

经过以上分析表明，把农业机械导航技术运用于农业生产中，可以大大提高农业生产的质量与效益。目前的机械导航技术在通过了进一步改进试验以后，已在实际农业生产领域中得到了相当普遍的应用，并且取得了预想中的效果。但是，考虑到实际农业生产环境相当复杂多变，因此也需要融合各种机械导航技术，并选择更适合于当地农业生产环境的机械导航方式，以便使机械导航技术能够更加符合农业生产的需求。