高健，张继红
黑龙江省农业机械工程科学研究院牡丹江分院 黑龙江省牡丹江市 157011
摘要：近年来，随着导航技术的不断发展以及在农业生产领域的应用，成功实现了农业作业的自动化发展。导航技术在农业生产中的应用，能实现自动播种、除草、施肥、灌溉等作业，不但有效提高了农业机械的运作效率，而且大大降低了农业的劳动强度，促进了我国农业领域的智能化发展。因此，农业生产部门要结合我国的农业发展现状，加大对农业机械领域的科技投入，进一步提高农业机械的应用比例，并将先进的技术应用到实际的农业生产当中，进而推进我国农业智能化、数字化、现代化发展。
关键词：农业机械；导航技术；发展分析
1.农业机械导航技术的分类
1.1利用卫星的导航技术
卫星导航是指采用导航卫星对陆地、大海、天空和空间用户进行导航定位的手段。人们经常使用的GPS导航，北斗星导航均为卫星导航。GPS定位系统是最早的导航技术。在现在农业机械作业中得到了广泛的应用：①运用到农机运输与农机具中，可以降低费用，提高作业效率；②在虫害杂草灾害中的应用。可精确定位灾害地点，精确投药，减少化学制剂的危害；③在无人拖拉机上的应用。节省人力、物力，缩短作业时间。GPS导航技术误差小，大约在3cm。随着对地球卫星装备的有效探索和利用，GPS的精度与传感速度等都得到了有效提升。人们利用GPS导航技术解决了插秧机、农药喷洒机、收割机等大型农机的导航问题。
1.2视觉导航
与GPS导航相比，机器视觉导航灵活性更大，特别是机器视觉图像收集的环境信息丰富、范围宽、目标信息完整。农田环境中，作物通常是整齐地按直线、彼此间平行的方式种植，因此机器视觉导航的主要任务是从图像中识别出作物行，检测出跟踪路径线，为确定车辆的相对位置提供依据。国内农业车辆视觉导航研究始于20世纪90年代中后期，南京农业大学等研究单位都陆续参与其中。视觉传感器可以检测农业机械相对目标作物行的位置和航向，同时还可以获取田间杂草、障碍等其他信息，因而具有明显的应用潜力，被广泛关注。但是，与卫星导航相比，视觉导航由于农田环境中光照、作物生长状态等因素的不可控性，技术成熟度尚且不够，市场上还没有出现能够满足农业生产实际需求的可靠产品。消除或降低图像获取和处理中光照影响的技术将是机器视觉导航领域最核心的研究方向。
1.3电磁和地磁导航技术
电磁导航技术又被称之为埋线导航技术，是一种农业生产过程中常用的导航技术，且这项导航技术具备操作简单、设备寿命长、抗干扰性强等特点，能够有效保证在农业生产中的应用质量。然而电磁导航技术在农业生产中也存在一些缺陷，例如设备使用的路径难以改变，对于使用环境也有着严格要求，以致设备在使用环境方面存在较高的局限性。而地磁导航技术在农业机械中已经具有较长的应用时间，这项导航技术的主要特点就是成本较低，且我国对于地磁导航技术的研究还处于初步阶段，对于农业生产方面产生的应用效果还存在一定的局限性。
2.农业机械自动导航系统关键技术
2.1跟踪技术
农业机械自动导航系统当中的跟踪技术，便是可以针对被跟踪目标的方向开展准确、动态化的定位。在农田实施耕作时，农业机械的运行速度相对较低，但是对于机械生产操作的要求相对较高。想要确保农业机械生产操作质量，就应该针对机械的速度和操作目标进行明确的把控。在田间开展生产的过程中，跟踪技术可以针对机械运行的实际状况进行反馈，并且结合农业生产的实际情况开展信息反馈，制作出明确的农业生产操作计划，避免出现机械操作偏差的现象。
跟踪技术在开展定位和导航工作的过程中，最为重要的技术便是神经控制技术以及模糊控制技术，通过两种技术相互协作，便可以针对人的操作进行模拟，有效地在保障机械自动操纵质量的基础上，适应不同地域条件和农业环境的生产需求，强化农业机械自动导航工作效率。
2.2环境感知技术
环境感知是重要的技术环节，通过农机自身携带的环境感知传感器，对周边的农作环境进行感知和测评，进而提取、整理、研究有效的感知信息，确定作业范围的环境模型。这一技术感知的强弱水平，直接关系到具体农作策略的实施。比如：机械除草机械人，通过对杂草、农作物的色差比较，不断调控自身作业规程，以实现农业除草的目的。
2.3智能控制系统
当前，基于机械导航的工作环境，农业机械对控制系统技术更为依赖。智能控制系统主要分为2种，即纵向控制与横向控制。纵向控制需要在导航技术的支持下，才能完成对机械的位置、路径规划及工作量计算等工作。而横向控制主要是针对农业机械进行控制，通常对于导航技术的使用较少。因此，农业机械导航技术水平的高低，严重影响着纵向控制技术的应用。目前，我国在农业飞行机械的使用当中，主要借助GPS定位系统、GIS系统等进行相关的作业，并且采用神经网络及模糊控制对飞行机械进行控制。神经网络的应用成功地实现了农业机械的直线行驶。而模糊控制的应用实现了机械的转向等功能，对于农业机械的发展及作业发挥十分重要的作用。
3.农机自动导航技术发展分析
3.1 GNSS导航技术
全球导航卫星系统主要是通过与微型飞行器的实际位置的距离计算，并且距离通常是由无线电信号传输的时间来测量的。这对天线的位置也是接收天线的绝对地标，并通过接收机获得相关数据，相对位置是从同一组卫星观测得到的接收天线的位置使用2个以上或多个接收器。GNSS测量的误差主要是传播路径、卫星和接收机之间的误差，GNSS还可以实时定位农业机械的位置，提高原有的精度和速度。基于在农业机械上使用的GNSS数据，经过对中央控制器的处理，可以得到农业机械相应的准确度和方位。
3.2农机物联网技术
物联网（IOT）是基于电子标签和电子编码并基于互联网而建立的实物互联网。现如今，随着农业智能化、精准农业的发展，物联网技术在现代农业中的应用越来越广泛，在农业环境监测，室内温度控制、气象监测、产品的安全性和可追溯性、设备管理、智能诊断等诸多方面取得了良好的应用。在农业机械自动导航、网络技术应用方面应该解决三个问题：一是独立的自动导航系统功能组件之间的车辆物联；二是多个农用机械之间的机器物联；三是农用机械与农业远程监控中心的连接。目前通用的车载物联主要采用基于ISO11783协议标准的农业机械总线通信技术，并且农机群和远程材料结合无统一标准。
3.3引入传感、液压技术
在农业机械设备的实际运行过程中，通过液压技术对机械设备进行相应的控制，进而实现对农业机械耕作的全程监控。如若将液压技术与传感技术有机结合，并将其应用到机械化耕作当中，则会大大提升农业耕作的整体效率，实现整体农业生产的自动化管理。例如，播种机、施肥机、喷洒农药机等。在实施机械全程自动化的监控与管理过程中，可以对相应的数据进行反馈及收集。一般作业人员会将小型的传感器安装在收割机上，通过传感器能实现对农业作业温度、水分等进行数据搜集。此外，如若将传感器与GPS监控系统相结合，能实现对农作物全过程进行实时监控。
结 语：
现代农业机械导航技术在农业生产中已经得到了应用和推广，这是农业技术发展的革新，虽然在实践过程中还存在一些问题，相信通过不断地研究和改进，农业机械导航技术一定会逐步地成熟，还有很大的发展空间。
参考文献：
[1]张忠喜，杨志远.农业机械自动导航技术研究进展[J].石河子科技，2018(1).
[2]佘航宇．农业机械导航技术的发展与应用［J］．南方农机，2017(2)．
[3]朱春城.农业机械导航技术的发展与应用［J］.湖北农机化，2018（2）：48-49.