引言

“加快建設(shè)農(nóng)業(yè)強(qiáng)國”是中國現(xiàn)代化強(qiáng)國發(fā)展中提出的新目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)以科技和機(jī)制創(chuàng)新為動(dòng)力，以設(shè)施和裝備升級(jí)為重點(diǎn)，推進(jìn)農(nóng)業(yè)科技裝備全領(lǐng)域突破，推動(dòng)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量高效益發(fā)展。作為全球領(lǐng)先的MEMS傳感解決方案供應(yīng)商，新納傳感很早就開始布局精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，推出助力農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展的高精定位傳感器，已成為全球頭部農(nóng)機(jī)企業(yè)John Deere連續(xù)7年伙伴級(jí)供應(yīng)商。未來，新納將繼續(xù)以科技助力中國農(nóng)業(yè)發(fā)展，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力。

高精度定位導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，有助于提高精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，幫助農(nóng)民通過自動(dòng)駕駛農(nóng)機(jī)提升生產(chǎn)效率。

如何提高自動(dòng)駕駛農(nóng)機(jī)定位精度？

我們設(shè)想一下，農(nóng)田里農(nóng)民正在用拖拉機(jī)作業(yè)，沒有車道線，沒有指示牌，也沒有高精地圖，通常拖拉機(jī)只能依賴GNSS來實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航，而傳統(tǒng)GNSS僅能提供米級(jí)定位精度。

對(duì)于這類自動(dòng)化機(jī)器而言，精準(zhǔn)定位尤為重要。隨著技術(shù)不斷發(fā)展和突破，目前高精度定位技術(shù)可以提供移動(dòng)車輛準(zhǔn)確、可靠的絕對(duì)位置與相對(duì)位置。并且，在不影響性能提升的前提下，不斷降低成本，定位精度已提升到了厘米級(jí)，這使得該技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用成為可能。

相對(duì)于傳統(tǒng)的GNSS，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位技術(shù) (RTK) 就可以將定位精度提高到厘米級(jí)。不僅如此，RTK技術(shù)的應(yīng)用可以精確到麥田行間距，甚至是同一行中相鄰麥穗之間的間距，這不僅能最大限度地減少收割過程中的糧食浪費(fèi)，同時(shí)可以更好地控制施肥過程，防止施肥過度或者施肥不足。當(dāng)然，設(shè)備作業(yè)對(duì)農(nóng)作物的損壞率也將大大降低。

那么RTK如何提高GNSS精度？首先，RTK通過測量GNSS載波信號(hào)以及獲取準(zhǔn)確的時(shí)間信息；其次，RTK使用來自基準(zhǔn)站的網(wǎng)絡(luò)改正數(shù)來校正移動(dòng)站的測量數(shù)據(jù)，從而進(jìn)一步提高定位數(shù)據(jù)精度。

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)必備——

高性能慣性測量單元（IMU）

當(dāng)我們說起厘米級(jí)定位，必然會(huì)提到高精衛(wèi)慣組合定位系統(tǒng)(INS)，其除了公路場景自動(dòng)駕駛車輛定位應(yīng)用外，同樣能完全滿足非公路場景下精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)自動(dòng)駕駛農(nóng)機(jī)作業(yè)要求。

INS不僅融合了GNSS與RTK數(shù)據(jù)，還包括了慣性測量單元（IMU）。IMU用于測量移動(dòng)物體加速度與角速度，其中加速度計(jì)測量x、y、z軸方向的線性加速度，陀螺儀則測量三軸方向的角速率，最終可獲取車輛如自動(dòng)駕駛拖拉機(jī)的速度、位置與運(yùn)動(dòng)姿態(tài)變化等信息。

但區(qū)別于路面車輛，在制定農(nóng)用設(shè)備安全移動(dòng)和導(dǎo)航解決方案時(shí)，還需要考慮機(jī)械設(shè)備自身的特性。比如在振動(dòng)環(huán)境下，自動(dòng)播種機(jī)或干草打捆機(jī)安全運(yùn)行過程中，需確保IMU信號(hào)完整性，根據(jù)IMU信號(hào)鏈獲取信息來分析，以消除或減少振動(dòng)帶來的加速度變化，以及引起的誤差。目前，最有效的IMU校準(zhǔn)方法是將其置于高精度轉(zhuǎn)臺(tái)與溫箱中進(jìn)行校準(zhǔn)，可確保IMU在溫度變化以及復(fù)雜場景下輸出的精度。

此外，相較于使用光纖陀螺儀的IMU，微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）IMU傳感器性價(jià)比更高，尺寸也更小。因而MEMS IMU傳感器在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中應(yīng)用更為廣泛。

新納MTLT335D傾角傳感器

滿足ISO 13849標(biāo)準(zhǔn)，兼容性好

隨著農(nóng)業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械安全要求也越來越高：它涵蓋了各種復(fù)雜自動(dòng)化應(yīng)用，如增加農(nóng)作物產(chǎn)量，如何避免過度施肥或施肥不足，或者提高灌溉效率等。因此，符合ISO 13849安全標(biāo)準(zhǔn)的農(nóng)業(yè)機(jī)械系統(tǒng)和子系統(tǒng)已經(jīng)開始進(jìn)入市場。

新納MTLT335D動(dòng)態(tài)傾角傳感器符合ISO 13849 性能級(jí)別d（PLd）的要求，開發(fā)流程均遵循ISO 13849 中的設(shè)計(jì)和安全要求，可應(yīng)用于自動(dòng)化農(nóng)業(yè)機(jī)械中，推動(dòng)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展。

MTLT335D是MTLT305D的升級(jí)版，其外形尺寸、電氣接口、連接器與MTLT305D相同，但在關(guān)鍵性能上達(dá)到了進(jìn)一步提升與改進(jìn)。如陀螺儀角度隨機(jī)游走 (ARW) 和零偏不穩(wěn)定性 (BI)就提高了三倍。通常來說，ARW 數(shù)值越低，表示在計(jì)算姿態(tài)和位置的過程中角速率積分誤差就越小。BI表示陀螺儀零偏隨時(shí)間變化的程度，MTLT335D改進(jìn)后的BI值可以更快、更好地估計(jì)真實(shí)的陀螺儀偏差，生成更準(zhǔn)確的姿態(tài)和位置數(shù)據(jù)。

MTLT335D與MTLT305D在通訊電纜以及與SAE J1939 CAN接口數(shù)據(jù)協(xié)議也是相同的，兩者可使用相同的軟件輸出數(shù)據(jù)，MTLT335D可保持系統(tǒng)軟件的兼容性，可直接遷移至ISO13849標(biāo)準(zhǔn)中。因此，客戶如需改進(jìn)解決方案，可無縫兼容。

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)未來可期

縱觀當(dāng)今農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展，農(nóng)業(yè)“無限可能”這一目標(biāo)已不再遙遠(yuǎn)。當(dāng)前技術(shù)成本越來越低，技術(shù)適應(yīng)能力越來越強(qiáng)大，技術(shù)靈敏度也越來越高。曾經(jīng)被認(rèn)為無法攻克的難題，如崎嶇不平而無法耕種的地帶等，如今都可通過傳感器成功采集這些信息并用于計(jì)算與校正拖拉機(jī)的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)roll, pitch 和yaw。

自動(dòng)化作業(yè)將農(nóng)民從繁重的拖拉機(jī)操作中解放出來，大大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和工作效率，灌溉、施肥與農(nóng)藥可以精確定位到單株農(nóng)作物，減少資源浪費(fèi)，提高生產(chǎn)力。

審核編輯：郭婷