1.1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)院校在拖拉機導(dǎo)航技術(shù)研究中做了大量的研究工作。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的紀(jì)朝鳳、劉剛等開發(fā)了CAN總線的農(nóng)用車輛自動導(dǎo)航控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由GPS接收模塊、顯示控制終端模塊、前輪轉(zhuǎn)角傳感器、航向傳感器及自動轉(zhuǎn)向控制器等組成，采用自適應(yīng)PID控制算法設(shè)計的轉(zhuǎn)向控制器，通過調(diào)節(jié)比例參數(shù)，達(dá)到農(nóng)機轉(zhuǎn)向自動控制的目的。試驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)在農(nóng)機行駛速度為0.7m/s時，進(jìn)行直線跟蹤導(dǎo)航，橫向偏差不大于23cm，平均導(dǎo)航控制偏差小于9cm；在進(jìn)行曲線路徑跟蹤時，橫向偏差不大于32cm，平均導(dǎo)航控制偏差小于13cm（紀(jì)朝鳳等，2009）。宋正河、呂安濤、毛恩榮等將DGPS技術(shù)應(yīng)用于拖拉機自動駕駛系統(tǒng)研究中，對自動導(dǎo)航控制關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，重點設(shè)計了拖拉機自動導(dǎo)航控制算法及導(dǎo)航軟件系統(tǒng)。通過GPS接收機、陀螺儀、電子羅盤等傳感器獲取車輛位置、姿態(tài)信息，采用卡爾曼濾波方法進(jìn)行多傳感器數(shù)據(jù)融合，并提出了一種融合動力學(xué)與運動學(xué)模型特點的自適應(yīng)控制參數(shù)的整定方法，對拖拉機自動導(dǎo)航控制器參數(shù)的確定具有重要指導(dǎo)價值（呂安濤，2006）。浙江大學(xué)的馮雷利用低成本GPS和固態(tài)慣性傳感器技術(shù)，開展了農(nóng)用車輛自動導(dǎo)航系統(tǒng)的研究，通過GPS和慣性傳感器組合，為農(nóng)業(yè)機械提供亞米級定位信息，并建立了農(nóng)機運動學(xué)和動力學(xué)模型，實現(xiàn)了對農(nóng)機運動軌跡的推算與導(dǎo)航控制，其中農(nóng)機運動學(xué)模型在自動導(dǎo)航控制領(lǐng)域具有一定的實用性（馮雷，2004）。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)的羅錫文、張智剛、趙祚喜等研發(fā)了基于RTK-GPS的拖拉機自動導(dǎo)航控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以東方紅X-804拖拉機為研究對象，在農(nóng)機運動學(xué)模型與轉(zhuǎn)向操縱控制模型相融合的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出直線跟蹤導(dǎo)航控制系統(tǒng)狀態(tài)方程，并設(shè)計了PID導(dǎo)航控制器，提出了跨行地頭轉(zhuǎn)向控制方法，開展了農(nóng)機導(dǎo)航田間試驗研究。試驗結(jié)果表明，當(dāng)拖拉機行駛速度為0.8m/s時，直線跟蹤橫向偏差不大于15cm，平均跟蹤偏差小于3cm（羅錫文等，2009）。西北農(nóng)林科技大學(xué)機電學(xué)院的陳軍等對拖拉機進(jìn)行了電控改造，拖拉機位置監(jiān)測采用Leica TCA 1105自動跟蹤測位儀，通過FOG傳感器獲取車輛航向角，前輪轉(zhuǎn)角采用位移傳感器測得，拖拉機方向盤采用驅(qū)動伺服電動機驅(qū)動控制方式實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)向控制。將最優(yōu)控制理論與車輛運動學(xué)模型相結(jié)合，開展拖拉機自動導(dǎo)航控制的研究（陳軍等，2006）。圖1-3所示為中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院（以下簡稱中國農(nóng)機院）研制的基于北斗的BDLeader-301型農(nóng)機自動導(dǎo)航系統(tǒng)。

圖1-2 凱斯的Magnum系列拖拉機

在過去的幾十年里，國內(nèi)外研究人員在拖拉機自動導(dǎo)航技術(shù)的研究上已經(jīng)取得了不少成果，但由于拖拉機作業(yè)精度要求高，輪胎與地面接觸情況復(fù)雜，作業(yè)負(fù)載具有時變性和不確定性，給拖拉機自動導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用帶來很大的困難。在實際應(yīng)用過程還存在自動導(dǎo)航控制系統(tǒng)控制效果不穩(wěn)定，負(fù)載影響較大和較大的行走作業(yè)誤差；作業(yè)行走速度低，效率還有待提高；自動導(dǎo)航系統(tǒng)制造成本還相對較高，限制了自動導(dǎo)航產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用等問題。所以，拖拉機自動導(dǎo)航技術(shù)還值得國內(nèi)學(xué)者進(jìn)行深入研究。

圖1-3 基于北斗的BDLeader-301型農(nóng)機自動導(dǎo)航系統(tǒng)

目前，農(nóng)機自動導(dǎo)航系統(tǒng)主要依賴于GNSS及機器視覺技術(shù)，其在作業(yè)過程階段可以減輕駕駛員的勞動強度，但在轉(zhuǎn)運、地頭轉(zhuǎn)彎等條件下仍需借助于人工干涉。無人駕駛系統(tǒng)則是通過機器視覺、激光雷達(dá)、GNSS等感知復(fù)雜環(huán)境，進(jìn)行動態(tài)路徑規(guī)劃、跟蹤、避障，可以完全解放駕駛員。無人駕駛技術(shù)已經(jīng)在汽車領(lǐng)域進(jìn)入實際行駛測試階段；在農(nóng)機領(lǐng)域，國外一些大型企業(yè)也開始進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)探索，凱斯公司提出了Magnum無人駕駛概念拖拉機，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，真正意義上的無人駕駛農(nóng)機也會很快出現(xiàn)。

多機聯(lián)合作業(yè)的集群作業(yè)模式是未來農(nóng)業(yè)集約化、規(guī)?；l(fā)展的必然選擇，多機協(xié)同導(dǎo)航技術(shù)是下一代農(nóng)機導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，也是適應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)集約化、規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展趨勢，如收割機—運糧機的主從協(xié)同作業(yè)。要充分借助于各類農(nóng)業(yè)傳感器和控制器，實現(xiàn)多個農(nóng)機的智能互聯(lián)，將協(xié)同作業(yè)的各類農(nóng)機的工作狀態(tài)進(jìn)行實時采集和分析，并進(jìn)行自動控制和調(diào)節(jié)，優(yōu)化農(nóng)機的作業(yè)性能，達(dá)到最優(yōu)的作業(yè)效果。