农业机械导航技术发展分析

　　摘要:导航技术是农业机械在作业环境中进行自主控制的关键技术，目前是农业机械研究领域的热点。通过分析现有的国内外文献，从目前农业机械导航主要方式以及关键技术入手，阐述了国内外该领域的研究进展。详细介绍了广泛研究的GPS导航和视觉导航，同时简要地介绍了电磁导航、机械导航、激光导航、超声波导航、地磁导航等其他导航形式。对农业机械导航中的环境感知、导航控制、地图构建等关键技术进行了分析，指出了农业机械导航技术的未来发展趋势。

　　关键词:农业机械导航综述

　　引言

　　科学技术的进步正推动着现代农业生产向着自动化、信息化、规模化、精确化方向快速发展。为了使农业机械能够在作业环境中完成自动除草、收获、施肥、修剪、耕耘等工作任务，要求其必须具备自主导航这一基础功能，即农业机械通过自身携带的各项传感器感知周围的环境，在对感知到的信息进行处理后，实时获取自身的位置和姿态信息，然后实时进行路径规划和导航控制，完成各项作业任务。

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　　1自主导航方式

　　1.1卫星导航系统

　　美国、俄罗斯、中国、欧洲都建有各自独立的卫星导航系统。其中美国的全球定位系统GPS(Globalpositioningsystem)目前在农业机械导航领域应用最为广泛，展示了其技术的优越性和巨大潜力。它是美国国防部主要为满足军事部门对海上、陆地和空中运载体进行高精度导航和定位要求而建立的，基本原理是空中卫星不间断发射自身的星历参数，用户接收机收到这些信号参数后，解算出接收机的三维位置、运动方向、运动速度，以及接收机所在地区的当地时间［1］。

　　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［16］。

　　2农业机械导航关键技术

　　2.1环境感知技术

　　导航中的环境感知技术，即移动载体能够根据自身所携带的传感器对所处周围环境进行环境信息的获取，并提取环境中有效的特征信息加以处理和理解，最终建立所在环境的模型［60］。该技术是机器人实现环境建模、定位、路径规划等自主导航控制的前提，环境感知能力的强弱直接影响到机器人的控制决策能力。

　　2.2导航控制技术

　　农业机械导航控制技术主要包括横向控制和纵向控制。其中，纵向控制为速度控制，农业机械作业时一般速度不高，而且速度的变化范围小，所以在导航控制研究中往往把研究的重点放在横向控制上。横向控制是指车辆的转向控制，而转向控制的重点在于导航控制器的设计。导航控制器可以将农业车辆的位置信息与规划路径相比较得到的偏差信号发送给转向控制机构，通过转向操作机构控制农业机械按照理想路径运行。目前，设计这类导航控制器的方法主要包括:智能控制方法、PID的控制方法、最优控制方法、预瞄控制方法、预测控制方法等。

　　3发展分析

　　导航技术作为自动化农业装备的关键技术之一，成为该领域的研究热点。其中部分成果，如卫星导航中的GPS导航、玉米收获自动对行中的机械导航等技术已经被商业化应用，有效地提高了农业机械的作业效率和作业质量，同时降低了驾驶人员的劳动强度。

　　参考文献

　　1李建平，林妙玲．自动导航技术在农业工程中的应用研究进展［J］．农业工程学报，2006，22(9):232－236．LiJianping，LinMiaoling．Ｒesearchprogressofautomaticguidancetechnologiesappliedinagriculturalengineering［J］．TransactionsoftheCSAE，2006，22(9):232－236．(inChinese)

　　2ＲeidJF，ZhangQ，NoguchiN，etal．AgriculturalautomaticguidanceresearchinNorthAmerica［J］．ComputersandElectronicsinAgriculture，2000，25(1－2):155－167．

　　3ZhangQ，QiuHC．Adynamicpathsearchalgorithmfortractorautomaticnavigation［J］．TransactionsoftheASAE，2004，47(2):639－646．

　　姬长英周俊

《农业机械导航技术发展分析》

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