智能化農業(yè)機械裝備RTKGPS系統(tǒng)應用

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了智能化農業(yè)機械裝備RTKGPS系統(tǒng)應用范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

摘要：隨著精準農業(yè)的提出，以RTKGPS系統(tǒng)為基礎的新型生產(chǎn)模式誕生。文章針對RTKGPS系統(tǒng)的技術原理展開分析，闡述了該系統(tǒng)在農業(yè)智能化中的應用，包括改良平地機、農機導航系統(tǒng)、變量農機設備以及聯(lián)合收割機等，力求使農業(yè)真正實現(xiàn)智能化、精準化生產(chǎn)，推動農業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞：GPS系統(tǒng)；智能技術；農業(yè)機械設備；應用

為了提高農業(yè)生產(chǎn)效率，將電子技術與農業(yè)機械相結合，衍生出智能化農業(yè)機械設備，以RTKGPS系統(tǒng)為例，將其應用到農業(yè)生產(chǎn)中，根據(jù)每塊土地特性與農作物生長特點，在恰當?shù)臅r間施加相應的肥料，真正落實精準農業(yè)模式，實現(xiàn)經(jīng)濟與環(huán)境效益最大化目標。

1RTKGPS系統(tǒng)技術原理

RTKGPS系統(tǒng)是在兩個測站的載波相位基礎上構建而成，以實時型為主，可以迅速定位，將用戶與系統(tǒng)相互連接，結構相對較為復雜，是該系統(tǒng)的設計基礎。在應用過程中由基準站利用數(shù)據(jù)鏈將觀測結構傳遞給流動站，流動站對衛(wèi)星與載波相位進行接收，通過差分處理后給出定位結果。該系統(tǒng)的應用效率較高，每個站點可覆蓋5～10km的半徑區(qū)域，且精度可達厘米級別，無累積誤差，即便是在野外觀測中同樣會取得理想的測量結果[1]。精密GPS定位采用相對技術，無論在幾點間同步觀測后的處理，還是由基準站將改正值及時傳輸給流動站，均可看成相對技術。根據(jù)采用值類型的不同分為四種類型：實時差分GPS，其精度范圍在1～3m之間；廣域實時差分，精度范圍為1～2m之間；精密時差分，精度在1～5cm之間；實時精密時差分，精度在1～3cm之間。對于差分數(shù)據(jù)來說，其類型多種多樣，其中偽距型與坐標型的定位誤差相關性與基站距離之間呈反比關系。RTK觀測模型為：paliontopdtdrcp)(dddN式中，代表相位測量值，單位為m；p代表星站間幾何距離；c代表光速；dr代表接收機差值；dt代表衛(wèi)星誤差；N代表整周未知數(shù)；dion代表電離層折射影響；dtop代表對流層折射；dpal代表相對論效應；代表觀測噪聲；代表載波相位長度。

2RTKGPS系統(tǒng)在農業(yè)智能化設備中的應用

2.1改良平地機

以某農場為例，為了提高農業(yè)生產(chǎn)效率，對傳統(tǒng)平地機進行改良，引入固定基站與移動接收系統(tǒng)。其中，固定基站包括接收天線、12V直流電源、GNSS接收機等設備，具有高精度特征，在導航、定位等領域得到普遍應用。該設備具有較強的兼容性與接收功能，可結合實際需求內置多星多頻板卡、收發(fā)一體通信模塊，還支持不同通信協(xié)議，如SOUTH協(xié)議、透明傳輸?shù)?，并與多家GNSS電臺無縫銜接，具備以太網(wǎng)通信接口，可為高速網(wǎng)絡傳輸提供更多便利。在車載控制模塊中，內部設置無線通信模塊、電磁閥模塊、定位板卡等，通過平地系統(tǒng)應用，使土地平整度高度精確到±2cm以內。同時，在應用RTK技術后，與常規(guī)激光控制相比，工作效率將顯著提升，現(xiàn)場作業(yè)免受惡劣天氣的干擾，作業(yè)精度高，后期調試與維護便捷，可取得理想的平地效果。

2.2農機導航系統(tǒng)

在現(xiàn)代導航技術中，RTKGPS系統(tǒng)的誕生具有里程碑式意義，其定位精準、應用范圍廣、功能全面，可投入到野外觀測導航中。在該系統(tǒng)基礎上，自動駕駛技術誕生，對車輛行駛路線進行規(guī)劃和控制，該技術應用到農業(yè)設施中，可高效完成翻地等較為繁重、多次反復的生產(chǎn)作業(yè)。以智能拖拉機為例，導航控制系統(tǒng)的應用主要體現(xiàn)在以下方面：（1）基準站。主要用于采集RTKGPS定位信號，計算出信號誤差后，依靠網(wǎng)絡渠道將正確信號傳送給拖拉機，以此提高組件定位精度。（2）決策支持組件。其屬于導航系統(tǒng)的關鍵部件，技術人員以此為依據(jù)規(guī)劃農機裝備行駛路線，使定位信息得到充分接收與計算，最后調整到最佳路線開展作業(yè)。（3）車載衛(wèi)星組件。將其安裝到機體中，與RTKGPS系統(tǒng)相結合接收信號，并向農機裝備實時傳送信息，通過修正差分信號達到位置矯正的目標。（4）執(zhí)行組件。主要對農機設備轉向進行控制，屬于自控系統(tǒng)中的主要部件之一，可提高轉向運行效率，無須人工干預便可自動駕駛[2]。

2.3變量農機設備

2.3.1新型噴霧機我國復雜地形較多，農田面積相對較小，對無人機飛行精度要求嚴格，一旦沒有精準噴射農藥與化肥，不僅無法起到抵御病蟲害的作用，還可能因局部農藥過量使糧食或其他生物受到侵害。對于傳統(tǒng)噴霧機來說，因定位精準度不高，有時會偏離規(guī)劃的飛行線路，出現(xiàn)部分地區(qū)重復噴灑，部分地區(qū)未噴灑到等情況。但在RTKGPS系統(tǒng)應用后，使傳統(tǒng)噴霧機得到改良，達到精準作業(yè)目標。與以往噴霧設備相比，其增加了定位模塊，操作者可在地面通過手持繪測器、移動基站等設備開展作業(yè)，支持自定義飛行路線、噴霧量等指標，高效完成農藥或化肥的噴灑目標，在飛行的同時還可自動記錄噴灑數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)采集提供更多幫助。

2.3.2新型播種機在以往條形播種機的基礎上加入智能技術，由此衍生出新型播種機，支持變量投放物料，將其應用到農業(yè)生產(chǎn)中，可根據(jù)實際需求控制種子與化肥的投放量。該設備的創(chuàng)新要點在于加裝RTKGPS系統(tǒng)，并發(fā)揮物料投放變量控制器、田間計算機等輔助作用。設備技術原理為操作者事先設置播種或化肥量信息，將其存儲到計算機中，利用固定/移動基站規(guī)劃播種機運行路線。在裝置運行中，接收端通過差分分析為其分配相應的線路，發(fā)揮決策組件作用并有效決策，利用執(zhí)行組件優(yōu)化線路，實現(xiàn)自動化播種的目標。例如，某農場分別采用RTKGPS系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)種植小麥，通過播種結果調查得知，常規(guī)播種設備的播種作業(yè)不夠均勻，局部出現(xiàn)多播或者漏播情況，需要后期人工補充完善；而RTKGPS系統(tǒng)下的智能播種設備，定位與速度信息精準可靠，可根據(jù)實際情況靈活調整裝置轉速，實現(xiàn)均勻精確播種目標。

2.4聯(lián)合收割機

該設備主要由地面固定糾偏站與移動接收系統(tǒng)構成，其中前者采用AG214型雙頻GPS接收機，后者為12V直流電源與PCC電臺天線設備。該設備具有精準化、動態(tài)化特征，可應用到導航、控制與定位等領域中。在傳輸路徑規(guī)劃方面，采用差分數(shù)據(jù)傳輸模式，以高頻無線通信設備為主，信號強度較大，PCC接收機通過RS-232串行接口通信的方式，與GPS接收機連接，將設計參數(shù)根據(jù)實際需求分門別類，存儲在接收機中隨時使用。其波特率為9600b/s、起始與停止位各1個，校驗位為0。通過上述指標設定，可使RTKGPS系統(tǒng)智能化目標順利達成。

2.5自動導航插秧機

在農業(yè)機械裝備中，插秧機的作用是將稻苗種植到稻田中。隨著農業(yè)種植規(guī)模不斷擴大，傳統(tǒng)插秧機難以滿足現(xiàn)實需求，許多企業(yè)開始將自動導航系統(tǒng)應用于插秧機，以此提高該裝備的智能化水平。在移動平臺基礎上，洋馬VP4E插秧機被研制出來，內部導航系統(tǒng)模塊包括顯示器、控制器、RTK定位系統(tǒng)、視覺傳感器等。在基站與移動站參數(shù)設置方面，將集成化安裝到農機之前，應對C94M8P模塊參數(shù)進行設置。首先是基站設置，將基站模塊中的衛(wèi)星天線固定在天線板上，通過數(shù)據(jù)線將模塊與計算機相連，開啟u-center進行設置。然后確定基站坐標，主要包括兩種方式，一種是將基站設置在已知坐標處，再將其輸入到FixedPosition中；另一種是將基站模塊作為單獨信號接收機進行定位，對定位誤差與最長觀測時間進行設置，當滿足二者中任何一個閾值后，自定位過程結束，通常在10～15min觀測時間內定位精度可達到1m左右。在基站設置完畢后，另取一塊C94M8P模塊與計算機相連，除了無須額外輸入移動站位置，其他設置過程與基站相同。最后，安裝定位模塊。RTK系統(tǒng)中的基站與移動站為兩個單獨的模塊，需要同時外接天線與CAN總線，不可直接安裝到插秧機設備中，而要將全部部件先集成到自制塑料盒內。C94M8P模塊安裝完畢后，還應將塑料盒分別安裝在三腳架與插秧機橫梁上，將全部GPS模塊與轉換器塑料盒設置在思銳R2004三腳架上，為了避免周圍矮小樹木干擾信號，應將高度定位1m，并且確保接收機測出位置坐標能夠準確表示插秧機控制點的位置。對此，應在插秧機的前部懸梁上設置移動站，對于一般插秧機來說都要配備該懸梁。在插秧機工作中，控制器還應根據(jù)GPS-RTK系統(tǒng)輸出偏差調整裝備運行路徑，安裝慣性導航傳感器用于調整農機姿態(tài)，避免航向角度過度偏離目標，影響插秧效果，使其更好地適應現(xiàn)代化農田作業(yè)需求。

3結論

在智能農業(yè)發(fā)展背景下，rtkgps系統(tǒng)在農業(yè)裝備改良中起到了關鍵作用，由此研發(fā)的改良平地機、農機導航系統(tǒng)、變量農機設備以及聯(lián)合收割機等可減輕勞動強度，提高農業(yè)作業(yè)效率，使農業(yè)生產(chǎn)精度達到厘米級別，還可自動規(guī)劃和矯正路線，擴大衛(wèi)星信號的接收范圍等，將該項技術引入農業(yè)生產(chǎn)中，可為現(xiàn)代化農業(yè)普及提供極大助力。

參考文獻

[1]徐紀洋.RTKGNSS系統(tǒng)在智能化農業(yè)機械裝備中的應用[J].建筑工程技術與設計,2018(31):3243.

[2]蔣浩.基于RTK技術的農業(yè)機械自動導航系統(tǒng)研究[D].浙江大學,2019.

作者：陳冠昊 單位：邢臺職業(yè)技術學院