1.1.1 國外研究現狀

美國伊利諾伊大學的Noquchi課題組研究人員基于RTK-GPS技術、GDS傳感器、機器視覺技術等，研發了車輛自動導航控制系統。該系統采用擴展卡爾曼濾波方法和二維概率密度函數方法，將多傳感器獲取的信息進行數據融合處理。同時將3種傳感器技術進行不同組合導航，設計了4種導航路徑規劃控制策略，試驗結果表明，基于GDS傳感器和RTK-GPS技術組合導航獲得了滿意的控制效果，導航橫向偏差不大于7.4cm（Qiu H C，2002）。

美國斯坦福大學的Thomas Bell等以John Deere 7800拖拉機為研究對象，在駕駛室頂部安裝了4個衛星接收天線，采用CP-DGPS技術開展農業車輛自動導航技術的應用研究，根據導航衛星相對于每個GPS接收天線的方向角和高程的不同，通過測量各GPS天線相對衛星的角度和GPS信號相位差，來推算車輛的姿態信息。試驗結果表明，該方法可以比較精確地得到車輛位置，以CP-DGPS獲得的路徑與理想路徑間的誤差均值小于5cm，方差在10cm以內（Thomas Bell，2009）。

美國東倫敦綜合技術學院采用激光導航裝置，成功研制了一種激光導航拖拉機，該激光導航系統能夠準確測定拖拉機所在位置及航向信息，橫向位置測量偏差不大于25cm，并且可以根據輸入的農場計算機中心作業處方數據，得到該位置土壤的水分含量、養分信息、地理信息等，并能準確推算出所需播種數量、肥料、農藥量等，從而實施最佳種植作業策略。

美國卡內基梅隆大學的Carl Wellington課題組人員以John Deere 6410拖拉機為試驗平臺，在該平臺上裝有三軸陀螺儀、差分GPS接收機、多普勒雷達測速傳感器、車輪轉速傳感器、前輪轉角傳感器、兩個測距雷達傳感器和一個高清攝像頭，采取多傳感器感知作業環境信息、農機位置及姿態信息，從而實現拖拉機自動導航與避障功能。

日本是研究拖拉機自動導航技術起步較早，也是研究比較深入的國家之一，有些導航技術已經應用到了實際農業生產中。日本北海道大學基于機器視覺技術，進行了無人駕駛拖拉機的研究，在拖拉機上安裝線性圖像傳感器和圖像處理裝置，并進行了田間無人駕駛試驗研究，試驗結果表明當拖拉機以0.26m/s的速度行走時，橫向偏差為4cm。東京大學研究人員將CCD攝像機安裝在拖拉機上，設計了彩色HIS變換算法進行導航路徑規劃，試驗結果表明，當拖拉機以0.25m/s的速度行走時，橫向偏差為2cm。日本北海道農業研究中心將GPS、陀螺儀等傳感器組合使用，實現了拖拉機的自動導航，并開發了一套拖拉機自動駕駛系統，開展了田間旋耕作業的自動駕駛試驗研究。該系統將GPS接收機位置信息作為基本導航信息，同時利用陀螺儀獲取偏移信息，采用卡爾曼（Kalman）濾波方法進行估計，進一步提高了拖拉機的航向和橫向位置精度，試驗結果表明該系統可以達到拖拉機按設定路徑自動行駛的目的。

韓國科研人員采用機器視覺與圖像處理技術，開發了視覺導航拖拉機，利用超聲波非接觸探測方法進行避障研究，設計了模糊算法及導航控制器，使拖拉機沿預定路徑行走，并應用于果園農藥的噴灑作業導航任務中。

荷蘭農業和環境工程研究所（IMAG-DLO）的R.P.Van Zuydam將RTK-GPS技術與農田電子地圖相結合，實現了拖拉機自動導航控制。試驗結果表明該系統田間試驗最大橫向偏差為12cm，水泥路面試驗最大偏差為2cm。

丹麥奧爾堡大學的K.M.Nielse等基于機器視覺技術開發了作物中雜草自動識別的自動導航農機，該農機利用GPS與陀螺儀組合進行導航控制，主要用于精準農業中定點除草、施肥、噴藥等作業。

丹麥皇家獸醫和農業學院的Simon Blackmore等以輪式拖拉機為研究對象，建立了拖拉機自動駕駛試驗平臺，開展了路徑規劃、跟蹤控制、自動避障、農機具控制系統等方面的研究工作。

國外高端農機配備有自動導航系統、故障監測與報警系統、懸掛力位自動調節系統、動力換擋系統，豪華駕駛室內觸摸屏控制計算機和多功能操作手柄，標準的接口可以與不同的農具組合使用。上述技術提高了機器的操控性和機動性，駕駛員可以舒適地操作農具，實現了精準高效作業。約翰迪爾開發的AutoTrac駕駛系統和JDLink故障診斷系統可實現實時導航和故障診斷，導航精度為±2.5cm。克拉斯XERION系列拖拉機配備自動導航轉向系統、多功能手柄和CEBIS電子信息顯示系統，操控自如，安裝有ISOBUS數據總線。愛科全球系列F1004-C拖拉機，采用電控四驅，豪華駕駛室配備多功能儀表盤，具有多個報警功能；可以接入愛科開發的“愛·農”農機車輛網系統。圖1-2所示的凱斯的Magnum系列拖拉機安裝了全程控制AFS AccuGuideTM自動導航系統的AFS Pro 600型彩色監視器，可實現自動耕深調節，能夠連接AFS遠程信息管理系統。