农机自主导航技术在玉米种植中的有效应用和发展趋势

在农业现代化发展过程中，农机装备发挥了重要的支撑作用，通过大力推广现代化农机装备，切实提升了农业生产效率，生产质量将农民群众从繁重的农业劳作中解脱出来，增加了农户的经济收益。当前随着我国农业科技水平的不断提升，农机自动化、智能化水平显著提高，自动化农机已经成为某些地区规模化农业生产的重要支撑，同时也成了提升农业发展质量的重要手段。农机自主导航技术是农业机械自动化的关键，通过将自主导航技术应用到玉米种植当中，能够进一步实现玉米种植模式的升级换代，简化玉米种植环节，提升种植效益，降低人力成本投入。本文主要结合实际工作经验，探讨了农机自主导航技术在玉米种植中的应用，希望对广大同行有所借鉴。

传统的玉米种植过程中，耕种、施肥、喷药、收割等环节均需要人工操作，存在劳动强度大、作业效率低、成本高等问题。而随着科技的日益发展，农机自主导航技术的应用可以解决这些问题，提高精准度和农业效率。玉米种植过程中通过积极应用自主导航技术，能够实现玉米种植环节的机械化、自动化和智能化，大幅度提升了玉米种植的精细化水平，转变了玉米传统种植方式，简化了种植环节，降低了人力成本的投入，对提高玉米产量和品质有很大帮助。

一、农机自主导航技术原理

农机自主导航技术是一种利用车载传感器、导航系统和控制系统实现农机自动行驶的技术，在玉米种植中，农机自主导航技术的应用可以实现精确定位和自动导航，提高种植效率和精度。农机自主导航技术的核心是传感器系统，主要包括激光雷达、摄像头、GPS等，激光雷达可以获取周围环境的深度信息，用于避障和地图构建，摄像头用于识别道路标志和农作物，GPS可以提供位置信息。导航系统根据传感器获取的信息，通过算法处理和分析，实现农机的自动导航，常用的算法有基于视觉的SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）和基于激光雷达的SLAM。SLAM算法可以同时实现定位和建图，使农机能在未知环境中自主行驶。控制系统根据导航系统的指令，控制农机的行驶速度、方向等，控制系统主要依靠PID控制、模糊控制等进行控制操作。PID控制通过对速度和转向的控制，使农机按照预定的轨迹行驶；模糊控制则通过模糊逻辑处理不确定信息，实现自适应控制。

二、玉米种植机械化需求分析

1、玉米种植特点

玉米是我国重要的粮食作物之一，种植面积广泛，栽培管理过程中大田玉米种植密度较高，通常种植量在3000～5000株/667m2，高密度的种植方式对播种的均匀性有很高的要求。再加上不同地区的地形复杂，玉米种植区域涵盖平原、丘陵、山地等多种地形，这为机械化种植带来了挑战。同时，玉米的生长周期较短，从播种到收获通常只有几个月时间，季节性强，这就对机械化种植的速度和效率提出了要求。传统的玉米种植、管理和收获主要依赖人工，劳动强度大，特别是在播种和收获季节，劳动力需求量极大。此外天气、土壤等环境因素对玉米的生长影响也非常显著，这要求机械化种植技术能够适应不同的环境条件，结合玉米生长发育阶段的实际特点，就需要不断加强适用性机械装备的有效推广，大幅提升效率和质量。

2、农机作业关键环节剖析

在玉米栽培的农机作业环节中，合理选择和使用农机具至关重要。依据玉米的整个生长发育过程，需要从整地环节入手，整地环节是玉米高产的基础，使用旋耕机、深松机等机械能够有效改善土壤结构，增加土壤通透性，为玉米根系生长创造良好条件。进入到播种阶段之后，机械化播种质量直接关系到玉米的出苗率和种植密度，精准播种机的应用可以确保种子均匀分布，种植深度一致，提高出苗整齐度和苗期生长的均衡性。在施肥环节，机械化施肥技术的应用不仅提高了施肥效率，还通过深施肥等技术减少了养分的流失，提高了肥料利用率。植保环节中，使用喷雾机和无人机进行农药喷洒，能够有效控制病虫害的发生和扩散，减少对环境的污染，保障玉米的健康生长。收获环节中，联合收割机的使用极大地提高了收获效率，减少了人工劳动强度，同时可以保持玉米穗的完整性，减少损失。收获后的机械脱粒和干燥设备的应用，确保了玉米的品质和储存安全，大田秸秆直接粉碎还田利用。

3、农机导航技术的应用潜力挖掘

农机导航技术是现代农业机械化技术发展的重要方向，对于提高玉米种植机械化水平，提升农业生产效率具有重大意义。首先，玉米种植面积广泛，传统的人工种植方式费时费力，效率低下。而农机导航技术的应用可以实现精确定位和自动导航，大大提高农业机械作业的效率和准确性。通过导航技术农机可以精确地进行播种、施肥、喷药等作业，避免了传统种植中因人工操作的不准确带来的资源浪费和环境污染。其次，玉米种植过程中需要大量的人力进行管理和维护，而农机导航技术的应用可以有效减少人力成本。农机导航技术的应用可以帮助农机进行自动化作业，减少了农民在田间的劳动强度和时间成本，该种生产方式对更好地解决基层地区农业劳动力老龄化和农业劳动力短缺的问题具有重要意义。再次，农机导航技术可以提高农业生产的智能化水平。农机生产环节通过搭载自动导航技术可以实现自动化作业，收集和分析农业生产数据，为农业生产提供科学依据，最终实现农业生产的精准管理和决策，提高农业生产效益。最后，农机导航技术的应用还能显著提高农业机械的利用率和作业质量。导航技术可以帮助农机进行高效作业，避免了因人工操作不当导致的机械损坏和作业质量问题。

三、农机自主导航技术在玉米种植中的应用

1、农机自主导航技术在玉米机械化播种中的精准实施

最常用的是基于GPS的自主导航系统。目前有多种类型的GPS系统，如单点定位（DGPS）、实时运动RTK （Real Time Kinematic）等。RTK GPS是目前最精确的，其偏差可以控制在厘米级别，非常适合用于农业机械导航。新式农机技术通常会在拖拉机或播种机上安装GPS接收器和导航控制设备，包括一个显示屏、一个控制器、一个或多个GPS天线。安装完成后，需要进行初步的系统调试和测试。在播种前，可以使用无人机或其他手段来收集地块的地形、土壤、植被等信息。这些信息可以用于播种机的路径规划和播种策略的设计。根据地块信息，设计播种机的行驶路径。这些路径需要考虑到地形、土壤、作物生长状况等因素。在播种过程中，播种机将按照预设的路径和速度自动行驶，操作人员只需要监控系统的工作状态，并在必要时进行干预即可。播种过程中，系统会收集各种数据，如播种机的位置、速度、播种的数量和位置等。这些数据可以用于后续的数据分析和优化工作。根据收集的数据和播种的结果，评估导航系统的性能，并进行必要的优化。

2、农机自主导航技术在玉米田间管理中的高效应用

玉米田间管理包括多种作业，如施肥、灌溉、除草、病虫害防治等。这些作业在精细农业中有其独特的需求，自主导航技术以其精准性和高效性成为极好的应用对象。该技术在应用过程中仍然以RTK GPS为主，因为其精度较高，适于田间管理作业。在施肥机、喷药机、灌溉设备或无人机等设备上安装GPS接收器和导航控制设备，进行系统调试。使用无人机、遥感等技术收集地块的土壤、植被、病虫害等信息。这些信息将用于规划施肥、喷药、灌溉等作业。根据收集的地块信息，可以设计出各种作业任务。可以根据土壤肥力和作物生长状况，规划施肥任务；根据植被状况和病虫害发生情况，规划喷药任务；根据土壤湿度和天气预报，规划灌溉任务。执行作业任务时，设备将按照预设的路径和速度自动行驶。设备上的传感器还可以实时监测作业状态，如施肥量、喷药量、灌溉量等，确保作业的精准性。根据收集的数据和作业结果，评估自主导航系统的性能，并对设备进行必要的优化。

3、农机自主导航技术在玉米收获中的科学优化应用

在玉米收获前，运用农机自主导航技术进行农田测绘，获取农田的地形、土壤、作物等信息，为后续作业提供数据支持。同时，根据玉米种植模式、种植密度等参数，进行作业路径规划，确保收获过程中的效率和质量。利用高精度定位算法和双天线定位定向技术，农机自主导航系统可以实现对农机设备的精准定位，确保农机在农田中按照预设路径进行作业。北斗卫星系统的高精度定位信号，使得作业精度达到了2.5cm。农机自主导航系统可根据农田实际情况，规划出最优的作业路径，避免重复作业和遗漏区域。在遇到障碍物时，系统可自动调整农机行驶路径，确保作业顺利进行。农机自主导航系统可根据农田作业需求，对农机设备的作业速度、作业深度等进行实时调整。在玉米的收获过程中，系统可以根据作物高度、密度等信息，自动调整收获速度和割刀高度，以确保收获质量。自主导航系统可实时采集农机作业过程中的各项数据，如作业速度、作业面积、收获量等。通过数据分析，可及时发现作业中的问题，调整作业参数，提高作业效率。同时，农机自主导航系统具备远程监控功能，管理人员可以实时了解农机作业状态，并及时提供远程支持。在玉米收获过程中，若农机设备出现故障，管理人员可及时协助解决，减少作业中断时间。另外，农机自主导航技术可与农业信息化、智能化等技术相结合，实现农田生产的智能化、精准化。设备与无人机、遥感技术等相结合，实现作物生长情况的实时监测，为农机作业提供更加精确的数据支持。

四、技术挑战与未来发展方向

1、现有农机自主导航技术应用面临的关键问题

尽管农机自主导航技术在玉米种植中展示了许多优势，但其应用也存在一些亟待解决的问题。其中导航系统的精度问题是一个重大挑战，虽然当前的导航技术已经取得了很大进步，但在实际操作中，导航系统的精度仍然会受到地形复杂程度、天气条件以及卫星信号干扰等各方面因素的影响，这些因素会导致农机的导航误差，从而影响种植行距的均匀性和作业质量。另外系统在运行过程中，导航的可靠性也需要急需解决，导航系统的硬件和软件在长期使用过程中可能会出现故障或损坏，导致农业机械无法正常工作，导航系统的更新和维护也需要较高的成本，这些都增加了经济负担。为了提高导航系统的可靠性，需要在硬件设计、软件开发和系统维护等方面进行改进。从农机自主导航技术的推广应用和普及工作开展情况来看，还存在着技术门槛和经济门槛，虽然政府和农业部门可以通过补贴和培训来缓解这一问题，但要实现大规模应用仍需时间和资源的投入，对于小农户而言，购买和使用高精度导航设备的成本较高，且操作复杂，培训成本也不容忽视。此外，农机自主导航技术在实际应用中的适应性问题也需要引起重视，不同地区的土壤类型、气候条件和种植习惯各不相同，导航系统需要具备较强的适应能力，以满足不同环境下的作业需求。在技术层面，导航系统的智能化水平有待提高。目前的导航系统主要依赖于预设的路径规划和简单的感知技术，缺乏对环境的深度理解和自主决策能力。未来的导航系统需要引入更多的人工智能和机器学习技术，提高其环境感知和自主决策的能力，实现更高效、更智能的作业。

2、农机自主导航技术未来发展趋势

展望未来，随着传感器技术、定位系统和智能算法的不断进步，农机自主导航技术将朝着更高精度、更高效率和更低成本的方向发展。通过与大数据技术的结合，农机导航系统能够逐步实现智能化、网络化和协同化，为农业生产带来革命性的变化。农机自主导航技术作为现代农业中不可或缺的部分，其核心在于通过传感器、定位系统和智能算法的协同作用，实现高精度、高效率的农田作业。

在今后发展过程中，以现代信息技术为支撑的自主导航系统，将更加完善地构建和应用，大幅提升效率和质量。一是传感器技术的进步为农机自主导航提供了可靠的数据支持。激光雷达、超声波雷达、视觉传感器等技术的发展，使得农机能够实时感知周围环境，识别障碍物和作物行间的距离，确保作业的精准性和安全性。二是定位系统在农机自主导航中将发挥越来越重要的作用。传统的GPS系统由于精度有限，难以满足农业作业的需求。而近年来RTK（实时动态差分）技术的应用大幅提升了定位精度，达到了厘米级别，高精度定位系统不仅能够提高农机作业的准确性，还能有效减少重复作业，降低资源浪费，提升生产效率。三是智能算法则是实现农机自主导航的“大脑”。通过结合机器学习和人工智能技术，农机能够根据传感器和定位系统提供的数据，自主规划作业路径，动态调整行驶轨迹。算法的优化不仅能够提高导航的精度和效率，还能根据不同的作业需求进行个性化设置，确保每一项农田作业都能达到最佳效果。同时，农机自主导航技术的发展将促进农业生产的智能化和信息化。随着传感器技术、人工智能和大数据分析技术的不断进步，农机自主导航系统将能够实时获取和分析田间土壤湿度、温度、病虫害等环境数据，并根据这些数据进行智能决策。例如当系统检测到某一区域的土壤湿度不足时，可以自动调整灌溉系统，确保玉米能够获得充足的水分，当检测到病虫害时，可以自动进行精准喷药，减少农药的使用量和对环境的影响。四是农机自主导航技术的发展将促进农业劳动力的解放和优化配置。目前，农业劳动力短缺是全球农业面临的共同挑战之一，特别是在一些发达国家和地区，农业从业人员的老龄化问题日益严重。农机自主导航技术的应用可以大幅度减少对人工操作的依赖，实现无人化作业，减轻农民的劳动强度，提高劳动生产率。总之，农机自主导航技术在玉米种植中的应用前景广阔，但也需要各方共同努力，积极应对挑战，推动技术的不断进步和完善。通过政策支持、技术研发和推广应用的多方协作，农机自主导航技术必将在未来玉米种植中发挥越来越重要的作用，助力农业现代化和可持续发展。

（作者单位：750100 宁夏银川市永宁县农业机械安全监理站）