农业机械导航技术发展分析

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1、２０１４年９月农业机械学报第４５卷第９期ｄｏｉ：１０．６０４１／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１４．０９．００８农业机械导航技术发展分析姬长英周俊（南京农业大学工学院，南京２１００３１）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

2、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：农业机械导航综述中图分类号：Ｓ２２；Ｖ２４９３文献标识码：Ａ文章编号：１０００１２９８（２０１４）０９００４４１１立的，基本原理是空中卫星不间断发射自身的星历引言参数，用户接收机收到这些信号参数后，解算出接收科学技术的进步正推动着现代农业生产向着自机的三维位置、运动方向、运动速度，以及接收机所［１］动化、信息化、规模化、精确化方向快速发展。为了在地区的当地时间。使农业机械能够在作业环境中完成自动除草、收获、由于ＧＰＳ的巨大成功，美国的农业机械卫星导施肥、修剪、耕耘等工

3、作任务，要求其必须具备自主航技术研究开展最早（表１）。斯坦福大学的导航这一基础功能，即农业机械通过自身携带的各ＭｉｃｈａｅｌＯ’Ｃｏｎｎｏｒ等成功地为约翰迪尔７８００拖拉项传感器感知周围的环境，在对感知到的信息进行机开发了一套ＧＰＳ导航系统，在拖拉机驾驶室的上处理后，实时获取自身的位置和姿态信息，然后实时方安装了４个单通道的ＧＰＳ传感器，接收器以进行路径规划和导航控制，完成各项作业任务。１０Ｈｚ的频率进行姿态测量，航向响应小于１°，直线［２］本文从农业机械导航技术入手，通过分析国内跟踪标准偏差小于２５ｃｍ。伊利诺斯大学的外文献，详细阐述目前农业

4、机械导航中应用较多的Ｂｅｎｓｏｎ等混合使用ＧＤＳ（ＧｅｏｍａｇｎｅｔｉｃｄｉｒｅｃｔｉｏｎＧＰＳ导航和视觉导航这两种主要方式，并简单综述ｓｅｎｓｏｒ）和一个中等精度的ＧＰＳ系统（２０ｃｍ），引导［２］电磁导航、机械导航、激光导航、超声波导航等其他拖拉机沿着直线行驶，其平均误差小于１ｃｍ。导航形式。然后分析农业机械导航中环境感知、导Ｚｈａｎｇ等则运用ＲＴＫＧＰＳ接收器和光纤陀螺仪，航控制，以及地图构建等关键技术。最后对农业机探索了拖拉机自动导航中的动态路径搜索算法，来［３］械导航技术发展加以分析。满足农业作业的需求。除美国外，其他国家也在积极开展农

5、业机械１自主导航方式的ＧＰＳ导航技术的研究。日本的Ｙｏｓｈｉｓａｄａ１１卫星导航系统Ｎａｇａｓａｋａ等为久保田ＳＰＵ６５０型插秧机开发了美国、俄罗斯、中国、欧洲都建有各自独立的卫自动导航系统。在该系统中，使用ＲＴＫＧＰＳ来提星导航系统。其中美国的全球定位系统ＧＰＳ供插秧机的精确定位信息，并用光纤陀螺仪检测（Ｇｌｏｂａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍ）目前在农业机械导航领插秧机前进方向。为了避免由地面不平引起的域应用最为广泛，展示了其技术的优越性和巨大潜ＧＰＳ天线坐标的变化而引起测量误差，随时估算力。它是美国国防部主要为满足军事部门对海上、天

6、线顶点的坐标陆地和空中运载体进行高精度导航和定位要求而建Ｐ０＝Ｒ（－）Ｒ（－θ）Ｒ（－ψ）Ｐ（１）收稿日期：２０１４０５０１修回日期：２０１４０５１９国家高技术研究发展计划（８６３计划）资助项目（２００６ＡＡ１０Ｚ２５９）、国家自然科学基金资助项目（３１０７１３２５）和中央高校基本科研业务费自主创新项目（ＫＹＺ２０１００６）作者简介：姬长英，教授，博士生导师，主要从事智能化农业装备和土壤机器系统研究，Ｅｍａｉｌ：ｃｈｙｊｉ＠ｎｊａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ第９期姬长英等：农业机械导航技术发展分析４５表１美国农业机械卫星导航研究成果Ｔａｂ．１Ｎａｖｉｇ

7、ａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｂａｓｅｄｏｎＧＰＳｆｏｒＵＳａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ研究单位实验平台传感器实验结果卡耐基梅隆大学（１９９４—１９９８）ＮｅｗＨｏｌｌａｎｄＳｐｅｅｄｒｏｗｅｒＧＰＳ、视觉在４０ｈｍ２［４］面积上进行了自动收获作业斯坦福大学（１９９６）ＪｏｈｎＤｅｅｒｅ７８００ＴｒａｃｔｏｒＧＰＳ航向精度为１°，直线跟踪精度偏差为２５ｃｍ［５－６］伊利诺斯大学（１９９６—２０００）Ｃａｓｅ８９２０ＭＦＤ，２ＷＤＴｒａｃｔｏｒｓＧＰＳ、视觉、ＧＤＳ基于作物行的视觉导航速度达到１６ｋｍ／ｈ［７－８］１２６ｋｍ／ｈ行驶时横向精度标准差３ｃｍ，

8、最大误差伊利诺斯大学（２００４）ＭａｇｎｕｍＭＸ２４０ｔｒａｃｔｏｒＲＴＫＧＰＳ、ＦＯＧ［３］小于１０ｃｍ式中，Ｐ和Ｐ０分别为校正前后Ｇ