北斗导航在农机自动驾驶技术上的应用

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本文收录于《农业工程技术-农业信息化》2024年第6期，目次13

摘要：在当前中国农业生产当中，农业机械的应用能够有效地推动农业生产的效率提升。北斗导航在农机自动驾驶中的技术应用值得关注，它能够有效地帮助农业机械实现自动驾驶。鉴于此，该文主要对北斗导航技术在农机自动驾驶的应用进行分析，以期为农业生产的高效、精准、智能化提供技术支持。

关键词：北斗导航；农机自动驾驶；技术应用

北斗导航的高精度定位与导航功能，不仅提升了农机作业的准确性和效率，更为农业生产带来了前所未有的便捷与智能化体验，因此，深入探讨北斗导航在农机自动驾驶技术中的应用，对于实现农业现代化、提高农业生产效率和资源利用率具有重大意义。

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北斗导航应用农机自动驾驶原理介绍

1.1   差分基准站

差分基准站是农机自动驾驶技术中的关键组成部分，它主要由一台具备高性能的BDS测量型接收机、发射电台以及天线等核心部件构成，这个系统的核心功能在于发射并接收与田间作业相关的各类数据，这些数据对于确保农机精准作业至关重要，因此差分基准站在提升农业自动化水平方面扮演着举足轻重的角色。差分基准站有两种主要类型：固定式和便携式。固定式差分基准站的特点是，其发射电台的有效广播半径大约为30公里，这使得它非常适合在农田集中分布的区域使用，由于其广播范围广泛，多个用户可以同时接收到基准站发射的信号，从而实现了资源的共享，降低了每个用户的使用成本。相较于固定式基准站，便携式基准站则更加灵活，其有效广播半径约为10公里，虽然范围相对较小，但它非常适合跨区作业的车辆使用，由于便携式基准站的便携性，用户可以轻松携带它前往不同的作业区域，为农机提供精准的导航数据。在供电方面，差分基准站的设计也考虑到了灵活性和便捷性，它既可以采用蓄电池供电，也可以接入市电进行供电，这种双重供电方式的设计，保证了基准站在各种环境下的稳定运行。

1.2   农机自动驾驶仪

北斗农机自动驾驶仪是一个集成了车载北斗卫星接收、精确定位和自动控制的综合系统，该系统安装在农机上，主要由北斗高精度定位终端、角度传感器、液压阀以及车载PC机等核心部件组成，北斗农机自动驾驶仪能够接收来自差分基准站传输的改正数据，这些数据经过解算和分析后，系统能够精确地获取农机当前的位置、方向和速度信息。为了确保农机在行驶过程中的稳定性和精准性，该驾驶仪还配备了传感器，用于实时感知农机的位姿，即农机在三维空间中的位置和姿态[1]。传感器将这些重要的位姿数据信息反馈至车载PC机中，在PC机内，经过一系列精确的计算和分析，系统会为农机规划出最优的行进路径，这一路径规划不仅考虑了农机的当前位置和速度，还结合了农田的实际情况和作业需求，一旦路径规划完成，相关信息会被传输至北斗导航仪，北斗导航仪根据这些信息，自动调整农机的行驶方向和速度，从而实现农机的自动驾驶，这种智能化的驾驶方式不仅提高了农机的作业效率，还大大减轻了操作人员的劳动强度，为农业生产带来了极大的便利。
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北斗导航农机自动驾驶技术的实际应用

2.1   智能化农机控制

智能化农机控制是利用北斗导航实现农机自动驾驶技术的核心应用之一，该技术通过北斗导航系统提供的高精度定位信息，使得农机能够精确地执行预设的作业路径和动作，在智能化农机控制系统中，北斗导航与传感器技术、自动控制技术紧密结合，实现了对农机行进速度、转向角度、作业深度的精细控制。智能化农机控制的关键在于实时的数据反馈和精确的控制算法。北斗导航系统提供的实时位置信息，结合农机上的各类传感器数据，如土壤湿度、作物生长情况等，通过先进的控制算法进行处理，从而自动调整农机的作业参数，这种智能化的控制方式不仅提高了农机作业的精准度和效率，还减少了人为操作的误差和劳动强度，为现代农业的智能化管理提供了有力支持。

2.2   精准灌溉及喷药

相较于传统的灌溉和喷药方式，精准灌溉和喷药技术显著地解决了水资源浪费和农药过量使用的问题，从而引领农业生产向着更加环保和高效的方向发展。借助北斗导航系统的高精度定位功能，农机能够精确地沿着预设的路径执行灌溉和喷药任务，这种路径的精确性不仅确保了每一块土地都能得到均匀且适量的水资源和农药，而且避免了重叠或遗漏的区域，此外，传感器技术和先进的图像处理技术的融入，使得农机能够实时监测土壤湿度、作物生长状况以及病虫害的出现情况，通过这些数据的实时分析，系统能够精确计算出所需的灌溉量和喷药量，确保作物得到恰到好处的滋养和保护。这种精准的作业模式显著提高了水资源和农药的利用效率，减少了不必要的浪费，从而降低了生产成本，由于农药和水的精准使用，减少了对环境和生态系统的负面影响，使得农业生产更加环保和可持续。通过自动驾驶农机的应用，作业效率得到了显著提升，据统计，相较于传统农机，自动驾驶农机可以提高20%至30%的作业效率，并且每亩地可以节约大约20%的种子使用量，在施肥方面，传统方式下每亩地需要使用80斤的肥料，而自动驾驶农机则可以将这一数字降低到50斤，大大降低了作业成本[2]。

2.3   农田资源的普查及规划

传统的农田资源普查方式需要大量的人力物力投入，而且数据获取的准确性和时效性都难以保证，而利用北斗导航技术，可以实现对农田资源的高效、精准普查，通过装备了北斗导航系统的农机在田间作业，可以实时收集农田的地理位置、土壤条件、作物生长情况等数据。这些数据经过处理后，可以为农田资源的规划和利用提供科学依据，例如，根据土壤条件和作物生长情况，可以合理规划农田的种植结构和轮作方式。

2.4   农机自动驾驶技术

农机自动驾驶技术是北斗导航在农业领域的重要应用之一，传统的农机作业需要驾驶员手动操作，不仅劳动强度大，而且作业效率和质量都难以保证，而农机自动驾驶技术的出现，彻底改变了这一现状。通过北斗导航系统提供的高精度定位信息，农机可以自动识别和跟踪预设的作业路径，同时，结合传感器技术和自动控制技术，农机可以自动调整行驶速度、转向角度和作业深度等参数，实现精准的作业效果，这种自动驾驶技术不仅提高了农机作业的效率和质量，还降低了驾驶员的劳动强度和安全风险[3]。
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北斗导航自动化驾驶系统在各类机械中的应用

3.1   拖拉机

拖拉机作为田间作业的核心动力机械，通过与各种非自走式农业机械的连接，赋予了这些设备移动能力，当拖拉机装备了北斗卫星自动导航驾驶系统后，其作业精度和效率得到了显著提升。此系统使拖拉机在耕地、播种、收获和管理等各个环节都能实现精准操作，从而确保作业质量达到预设的标准，这不仅提高了农业生产的标准化水平，也为现代农业的智能化和精准化发展奠定了基础。

3.2   插秧机

插秧机在结合了北斗卫星自动导航驾驶系统后，能够精确地进入指定的工作区域进行作业，在插秧机进入作业区之前，操作人员可以根据需要设定插秧的深度和取秧量，在自动规划的路线中，插秧机能够快速、准确地完成插秧作业。

3.3   平地机

平地机在融合了北斗卫星导航技术和拖拉机的动力后，能够进行全方位、高精度的土地平整作业，经过这样的平整处理，土地在后续的生产过程中能够更好地保持水分、肥料和农药等生产要素的平衡分布，这不仅减少了因地势不平整而造成的资源浪费，还有助于实现农作物生产的统一性和标准化，进而有效提高作物的产量和质量。
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结语

北斗导航应用农机自动驾驶技术在现代农业中展现出了巨大的潜力和价值，通过高精度定位、智能化控制和数据分析，该技术为农业生产提供了精准、高效的解决方案，它不仅提高了农机的作业效率和精准度，还降低了资源浪费和环境污染，推动了农业生产的可持续发展。

参考文献：

[1]赵一蒙.基于北斗导航的农机自动驾驶系统研究[D].青岛:青岛理工大学,2017.

[2]张顺,李志强,何忠萍,等.北斗导航系统在玉米“品”字形密植模式上的应用研究[J].农家科技,2023,(8):55-57.

[3]郭建军,曹彦,梅雪,等.自动驾驶技术在农业机械中应用[J].农业工程,2023,13(11):32-36.

作者单位：山东省济南市农业机械技术推广站

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http://www.nygcjs.cn/cn/article/doi/10.16815/j.cnki.11-5446/s.2024.17.013

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文章转自  农业信息化

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