浅析精准农业自动驾驶导系统技术及应用必要性

浅析精准农业自动驾驶导系统技术及应用必要性一、精准农业精准农业的概念精准农业是由美国等发达国家率先发展起来的21世纪农 业模式，20世纪80年代初，美国的首次提出精准农业的概 念和设想，并在1992年4月召开了第1次精准农业学术的 研讨会，此后精准农业进入了生产实际应用。精准农业是由 信息技术支持的、根据空间变异定位、定时、定量地实施一 整套现代化农事操作技术与管理的系统，是在定位、导航基 础上，根据管理单元的土壤特性和作物生长发育需要，调 节对作物的投入（如肥料、杀虫剂、种子等），即一方面查 清田块内部的土壤性状与生产力空间变异，另一方面确定农 作物的生产目标，进行定位的“系统诊断、优化配方、技术组 装、科学管理”，调动土壤生产力，以最少的或最节省的投入 达到同等收入或更高的收入，并改善环境，高效地利用各类 农业资源，取得更好经济效益和环境效益。精准农业的体系结构1、全球定位系统。精准农业广泛采用了 GPS系统用于信息 获取和实施的准确定位。为了提高精度广泛采用了 DGPS(Differe ntial Global Positio ning System)技术，即所谓“差分 校正全球卫星定位技术”它的特点是定位精度高，根据不 同的目的可自由选择不同精度的GPS系统。2、地理信息系统GIS。精准农业离不开 GIS (Geographicallnformation System)的技术支持，它是构成农作物精准管理空间信息数据库的有力工具，田间信息通过 GIS系统予以表达和处理，是精准农业实施的重要。3、遥感系统RS。遥感技术(Remote Sen si ng)是精准农业 田间信息获取的关键技术，为精准农业提供农田小区内作物 生长环境、生长状况和空间变异信息的技术要求。4、作物生产管理专家决策系统。它的核心内容是用于提供 作物生长过程模拟、投入产出分析与模拟的模型库；支持作 物生产管理的数据资源的数据库；作物生产管理知识、经验 的集合知识库；基于数据、模型、知识库的推理程序；人机 交互界面程序等。5、田间肥力、墒情、苗情、杂草及病虫害监测及信息采集 处理技术设备。6、带GPS系统的智能化农业机械装备技术。如带产量传感 器及小区产量生成图的收获机械；自动控制精密播种、施肥、 洒药机械等等。然而，在上述精准农业系统中，全球定位系统(GPS)和 差 分校正全球卫星定位技术(DGPS)，是实现高精度定位的基础，也是精准农业自动驾驶导航实现的基石。二、全球定位系统（GPS）和差分GPS技术（DGPS） 全球定位系统（GPS）全球定位系统 GPS （Global PositioningSystem）是美国的第二代卫星导航定位系统。GPS的空间部分使用24颗卫星组成全球卫星 定位系统，每天24小时为全球陆、海、空用 户全天候提供三维位置、速度和时间信息。全 球定位系统（GPS）自从建立以来，已得到非常广 泛的应用。但对于精准农业作业而言，由于GPS定位精度实 只有约10米，是无满足作业需要的，必须通过DGPS技术来 提高定位精度，从而真正满足各类农业作业的要求。差分校正全球卫星定位技术（DGPS）Aeal-time dii怕苗 Eial GPSnd transmitterDGPS技术是在一 个精确的已知位 置（基准站）上安 装GPS接收机， 计算得到基准站 与GPS卫星的距 离改正数。基准站 将此数据传送给用户的GPS接收机上，修正用户GPS定位误 差修正，从而提高了定位精度。DGPS 一般可分为单基站DGPS、多基准站区域DGPS、广域DGPS和全球DGPS。目前在精准农业自动驾驶导航系统中，应用最为广泛的单基站DGPS，也即RTK技术，将GPS的定位精度提高到了 2.5厘米, 完全满足包括播种、起垄在内的各种农业作业的需要。三、精准农业导航自动驾驶系统（RTK）的组成和工作方式精准农业导航自动驾驶系统，一般由RTK基站和车载系统 主成，而车载系统主要又包括导航显示器、转向控制系统（转 向阀和控制电脑）以及接收机。以“澳佰” S3的便携式移 动基站系统为列，在车辆作业时，基站置于地头，接收GPS 数据的同时，发送差分改正数据到车载系统的接收机上，从 而使车辆实现2.5cm以内的定位精度；并通过导航操作软件 和转向控制系统，通过精密操控拖拉机的液压转向，最终实 现高精度的自动驾驶作业。四、使用精准农业导航自动驾的优越性和必要性精准农业导航自动驾驶技术目前在垦区已经得到到广泛 的应用，一方面是由于其本身具备优越性，另一方面也是由 于满足现代化农业发展的必然结果。其优越性主要体现为，由于将田间作业精度提高到 +2.5cm,极大程度上降低了作业中的行间重漏现象，一方面 更好地控制了行间精度，为作物的生长提供更优良的条件， 从而促进了产量的提高；另一方面，节约了各方面投入（如 种、肥、燃料等投入）。同时，由于采用了自动驾驶技术替 代传统的人工驾驶控制方向，提高了作业效率，大大节省了 作业时间。最后，使用导航自动驾驶技术，在夜间也可以同 白天一样高精度地作业。而精度农业导航驾驶系统的必要性则体现于以下几方面： 1随着农业的发展，农户收入的增加，人工成本也越来越高, 而同时有经验、技术好的驾驶人员则越来越稀缺。因此， 使用精准农业导航驾驶系统，几乎完全消除了对驾驶员技 术和经验的依赖，解决了人员供需的不平衡矛盾，也节约 了在人工上的投入。2随着保护性耕作在中国越来越多地得到认可和重视，免耕 播种的应用将会是一大趋势。相比于传统的垄上播种，在 茬地免耕平作，很难仅靠人工控制作业精度。虽然可以利 用划印器等方式，但其精度和作业效率难以得到保证，夜 间作业不可能实现。因此，导航作业成为必须选择。3. 近年来，由于气候变化加巨，经常使用农时意外缩短，时 间更为保贵，因此夜间作业成为必须的选择，而要保证夜 间作业的行间精度和效率，就离不开精准农业导航技术。4. 对于农机户而言，导航作业不但可以大大增加作业时间和 作业面积，并且装备导航系统的车辆也更受农户欢迎，装 备导航系统能够提高机户效益，最终将成为其必然选择。