梁海濱

（茌平縣樂(lè)平鋪鎮(zhèn)農(nóng)機(jī)管理服務(wù)站，山東 茌平 252126）

智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備由衛(wèi)星定位、傳感器、計(jì)算機(jī)控制以及機(jī)電液一體化等技術(shù)組成。這種機(jī)械裝備能通過(guò)對(duì)區(qū)域圖進(jìn)行調(diào)控，精準(zhǔn)調(diào)節(jié)種子、農(nóng)藥、灌溉等使用位置以及用量，通過(guò)這種方式，不僅能避免施肥、播種、灌溉過(guò)程中的資源浪費(fèi)現(xiàn)象，還能通過(guò)減少化肥、農(nóng)藥的使用，起到減少環(huán)境污染的作用，也為實(shí)現(xiàn)我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供堅(jiān)強(qiáng)的后盾。

1 RTK GPS定位系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

RTK技術(shù)又稱為載波相位差分技術(shù)，是一種常用于GPS定位系統(tǒng)測(cè)量的方法。其通過(guò)實(shí)時(shí)處理2個(gè)測(cè)量站載波相位觀測(cè)量，對(duì)其進(jìn)行差分處理，再將基準(zhǔn)站采集的載波相位信息發(fā)送給接收端，從而實(shí)現(xiàn)求差解算坐標(biāo)，達(dá)到減少GPS定位誤差的目的。與往常靜態(tài)、快速靜態(tài)以及動(dòng)態(tài)測(cè)量的GPS定位測(cè)量方式需要進(jìn)行事后解算才能達(dá)到厘米級(jí)別的精度不同，載波相位差分技術(shù)能通過(guò)差分處理，在野外直接獲取厘米級(jí)別定位精準(zhǔn)度，也正因?yàn)槿绱耍d波相位差分技術(shù)的出現(xiàn)提高了野外測(cè)量作業(yè)的效率。

2 RTK GPS系統(tǒng)在智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備中的應(yīng)用

2.1 拖拉機(jī)導(dǎo)航應(yīng)用

全球定位系統(tǒng)的出現(xiàn)是現(xiàn)代導(dǎo)航技術(shù)的重大突破，其具有定位精度高、時(shí)間精度準(zhǔn)確、適用范圍廣以及能全天候使用等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于經(jīng)常在野外作業(yè)的導(dǎo)航使用。自動(dòng)駕駛技術(shù)是基于自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)車輛自主沿規(guī)劃路線進(jìn)行行駛反饋的控制，這種方式多用于農(nóng)業(yè)設(shè)施中，如翻地等比較繁重且需要進(jìn)行重復(fù)性作業(yè)的生產(chǎn)中。

以某種植基地拖拉機(jī)導(dǎo)航控制系統(tǒng)為例，其主要包含以下幾個(gè)部分：一是基準(zhǔn)站，基準(zhǔn)站的作用是負(fù)責(zé)接收RTK GPS定位衛(wèi)星信號(hào)，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出信號(hào)中誤差，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信方式將正確信號(hào)傳達(dá)到拖拉機(jī)，便能達(dá)到提高組件定位精度的目的；二是車載衛(wèi)星定位組件，安裝與拖拉機(jī)機(jī)體中的組件，通過(guò)結(jié)合RTK GPS定位系統(tǒng)，接收定位衛(wèi)星的信號(hào)，并且發(fā)布拖拉機(jī)實(shí)時(shí)信息，根據(jù)接收改進(jìn)的差分信號(hào)，通過(guò)信號(hào)改進(jìn)，從而達(dá)到矯正正確位置的目的；三是決策支持組件，決策支持組件對(duì)于拖拉機(jī)導(dǎo)航來(lái)說(shuō)，是最重要的一個(gè)部分，相關(guān)人員能通過(guò)決策支持組件進(jìn)行人工規(guī)劃拖拉機(jī)行駛路線，同時(shí)決策支持組件最關(guān)鍵的一個(gè)功能是根據(jù)規(guī)劃路線以及衛(wèi)星定位接收信息，進(jìn)行計(jì)算，然后選擇一個(gè)最為合理的路線進(jìn)行作業(yè)工作；四是執(zhí)行組件，執(zhí)行組件主要控制拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向方面，是自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要執(zhí)行者［1］。

2.2 聯(lián)合收割機(jī)應(yīng)用

以某農(nóng)場(chǎng)聯(lián)合收割機(jī)為例，其采取地面的固定式GPS差分糾偏站以及移動(dòng)RTK GPS接收系統(tǒng)組成。地面GPS差分糾偏站采用AG214（MS750）型的雙頻GPS接收機(jī)、接收天線以及功率為35 W的PCC數(shù)傳發(fā)射電臺(tái)、PCC數(shù)傳電臺(tái)天線和12 V直流電源等機(jī)械設(shè)備。此設(shè)備由美國(guó)天寶公司生產(chǎn)，由于其精準(zhǔn)動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，在定位、導(dǎo)航以及控制等領(lǐng)域受到廣泛應(yīng)用。此外，該接收機(jī)信號(hào)強(qiáng)度、精準(zhǔn)度較高，其提供的設(shè)備能實(shí)現(xiàn)最高精度以及最快響應(yīng)時(shí)間功能，進(jìn)而提供厘米級(jí)別的定位，較適合于地面的固定式差分糾偏站接收信號(hào)使用。在接收機(jī)方面，此設(shè)備能通過(guò)提供的顯示器以及鍵盤等硬件設(shè)施對(duì)聯(lián)合收割機(jī)進(jìn)行運(yùn)行設(shè)置，并且可以將設(shè)計(jì)參數(shù)按照不同工作情況進(jìn)行有效分類，同時(shí)儲(chǔ)存于接收機(jī)內(nèi)，在需要使用時(shí)，可以隨時(shí)通過(guò)ASCⅡ或者二進(jìn)制信息的3個(gè)雙向串行端口輸出。

傳輸路徑采取差分?jǐn)?shù)據(jù)無(wú)線傳輸模式，通過(guò)高頻無(wú)線通訊設(shè)備，信號(hào)非常強(qiáng)，然而由于控制距離較遠(yuǎn)，所以會(huì)受電臺(tái)發(fā)射高度、功率以及移動(dòng)站與基準(zhǔn)站阻攔。此農(nóng)場(chǎng)PCC數(shù)傳電臺(tái)天線長(zhǎng)度為3 m，高度為14 m，經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)量發(fā)現(xiàn)，收割機(jī)接收信號(hào)范圍最遠(yuǎn)距離達(dá)到35 km，此距離完全能滿足使用需求。此外，PCC數(shù)傳接收機(jī)通過(guò)RS-232串行接口通過(guò)與AG132型的GPS接收機(jī)進(jìn)行連接，接口數(shù)據(jù)差分信號(hào)格式參數(shù)為：波特率9 600 b/s，數(shù)據(jù)位8個(gè)，起始位1個(gè)，停止位1個(gè)，校驗(yàn)位0個(gè)。通過(guò)這些參數(shù)的設(shè)置，能讓RTK GPS系統(tǒng)控制的智能化機(jī)械設(shè)備達(dá)到自動(dòng)工作的目的［2］。

2.3 變量噴霧機(jī)

由于我國(guó)農(nóng)田較小，加之丘陵、山地等復(fù)雜地形較多，也因此對(duì)無(wú)人機(jī)飛行精準(zhǔn)度要求比較高，一旦無(wú)法做到精準(zhǔn)噴灑農(nóng)藥、化肥，不僅會(huì)達(dá)不到防蟲害的目的，還因?yàn)橐恍﹨^(qū)域農(nóng)藥過(guò)多，產(chǎn)生藥物侵害現(xiàn)象。傳統(tǒng)無(wú)人噴霧機(jī)也正是由于GPS定位較差，偶爾會(huì)產(chǎn)生飛行線路不準(zhǔn)確、重噴或者漏噴等現(xiàn)象，而RTK技術(shù)的出現(xiàn)，也讓變量噴霧機(jī)走上了精準(zhǔn)作業(yè)之路。變量噴霧機(jī)又叫農(nóng)業(yè)植保噴霧機(jī)，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)農(nóng)藥化肥噴灑作業(yè)的飛行器。其通過(guò)對(duì)原有噴霧機(jī)進(jìn)行改造，在噴霧機(jī)上加裝定位模塊，然后通過(guò)地面GNSS RTK手持繪測(cè)器、GNSS RTK移動(dòng)基站以及GNSS RTK固定基站等信號(hào)連接設(shè)備組成，在作業(yè)期間，變量噴霧機(jī)能根據(jù)人工設(shè)定的噴霧量、噴霧飛行路線，完成農(nóng)藥、化肥噴灑任務(wù)，并且在飛行過(guò)程中，能記錄噴灑數(shù)據(jù)，以便于人工數(shù)據(jù)采集。

變量噴霧機(jī)的精準(zhǔn)作業(yè)主要體現(xiàn)在兩方面：一是線路精準(zhǔn)，通過(guò)RTK系統(tǒng)能獲取精準(zhǔn)的預(yù)噴灑區(qū)域地形以及地形邊界信息，通過(guò)差分?jǐn)?shù)據(jù)能精確到厘米級(jí)別，并且噴灑線路只需要在接收機(jī)進(jìn)行設(shè)置便可，全程并不需要人進(jìn)行遙控，以此實(shí)現(xiàn)自主飛行，并且通過(guò)RTK系統(tǒng)，變量噴霧機(jī)能自行規(guī)避房屋、樹木等障礙物，這種技術(shù)非常安全；二是藥量精準(zhǔn)，可以通過(guò)精準(zhǔn)變量達(dá)到精準(zhǔn)噴灑的目的，也能解決傳統(tǒng)噴霧機(jī)重噴、漏噴等問(wèn)題。

2.4 變量施肥播種機(jī)

變量施肥播種機(jī)是由傳統(tǒng)的條形播種機(jī)進(jìn)行改造的，能達(dá)到變量投放種子以及化肥的目的。其改造內(nèi)容主要為：加裝RTK系統(tǒng)、田間計(jì)算機(jī)、物料投放變量控制器等。其工作過(guò)程是：工作人員通過(guò)將設(shè)置的播種或者化肥數(shù)量信息存入計(jì)算機(jī)中，通過(guò)RTK移動(dòng)基站以及固定基站，對(duì)施肥播種機(jī)進(jìn)行線路設(shè)置，在行駛過(guò)程中，接收端經(jīng)過(guò)差分分析匹配適合的線路，通過(guò)決策組件進(jìn)行有效決策，將決定的線路通過(guò)執(zhí)行組件，進(jìn)行線路改進(jìn)，從而達(dá)到自動(dòng)播種的目的。如某農(nóng)田采取格蘭RTK-GPS差分智能精準(zhǔn)播種機(jī)進(jìn)行棉花種植，其在播種過(guò)程中，需要播種2次，由于智能化播種機(jī)械存在智能選擇路線的情況，從而導(dǎo)致一次播種存在播種缺漏，而格蘭RTK-GPS差分智能精準(zhǔn)播種機(jī)在播種過(guò)程中，能識(shí)別1 m范圍內(nèi)播種缺漏區(qū)域，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)播種均勻的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

RTK GPS系統(tǒng)在智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備中起到非常重要的作用，其不僅解放了勞動(dòng)力，還提升了農(nóng)業(yè)作業(yè)的效率。根據(jù)上述分析可知，RTK GPS系統(tǒng)能使智能農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精度達(dá)到厘米級(jí)別，并且存在自行矯正線路、接收信號(hào)范圍廣以及變量控制精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，如果將這項(xiàng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，將會(huì)極大地提升我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率。

［1］劉學(xué)，曹衛(wèi)彬，劉姣娣，等.RTK GPS系統(tǒng)在智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備中的應(yīng)用［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2007（9）：182-183，186.

［2］王新忠，王熙，王智敏，等.差分GPS定位系統(tǒng)在友誼農(nóng)場(chǎng)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2003（9）：32-33.