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      如何看待RTK技術在農業航空植保中的應用

      2017-12-14 10:35:44 智飛小翟 27

      RTK的認識

           RTK(Real - time kinematic)定位技術基于載波相位觀測值的實時動態定位技術,它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果,并達到厘米級精度。

           其實從RTK的定義中,我們就知道RTK就是一種高精的定位技術,它的作用就是提高定位的精度,RTK通過基站來修正衛星信號偏差,通過這種方式,RTK技術大幅降低了大氣層對定位精度的影響,將偏移量控制在厘米級的范圍內,此時偏移量基本可控。

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      RTK的工作原理

           基站與A點的距離比較近,因此他們接收衛星信號時受到的大氣層影響也基本接近,基站本身已知所處位置的坐標,在得到衛星信號提供的坐標之后與原數據做新差分,并將差分的結果告知A點,因此A點也可以得到高精度的結果。

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      RTK對于植保無人機來說有什么用?

             在農業植保領域,大家都已經知道它能為無人機提高定位精度,降低飛行誤差。 由于衛星信號的多路徑效應以及大氣中對衛星信號的折射和反射,當農田周邊出現防風林或者天氣環境影響時,衛星的定位精度就會降低,導致作業中的無人機出現航線偏移。 航線偏移存在一定的風險,在便用普通GPS進行定位,航線偏移的誤差甚至可能達到10米左右,如果偏移量太大,將可能導致植保無人機撞上防風林或者其他事故發生。因此這樣的自主飛行并不能讓人安心,也沒有辦法真正的解放操作員的雙手,操作員仍需要全神貫注地盯著整個作業過程,隨時準備救場。

            通過下圖我們先來了解一下GPS和RTK定位的其中一個特點:普通GPS的圓概率誤差(CEP)有50%左右的概率在2.5米以內,另外50%的誤差可能更大,甚至接近10米。上圖中,當我們想要尋找O點的位置時,普通的GPS會告訴我們O點在A處,而A則是黃圈直徑10米范圍內的任意一個點。RTK通過實時差分技術,可以將范圍縮小到10cm內。

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      在實際農田的情況如下圖:

            飛機在作業時獲取到的航線坐標并不是一條直線,而是一個有寬度的區域,如果使用GPS定位進行航線作業,則區域的寬度在0-10米的范圍內,此時飛機實際飛行的軌跡將會是一條歪歪扭扭的曲線,并且每一次飛行的曲線都不一致,很有可能會導致重噴、漏噴,且無法杜絕。

            而使用RTK技術時,航線將是一個0-10厘米寬度的區域,與GPS相比,RTK基本等于是直線飛行,彎曲的幅度很小,因此噴灑的效果將更均勻可控。 在一些壟間距較大的田間作業時,如發生的偏移較大,甚至可能產生作物本身大部分漏噴和土地污染等次生危害,總而言之,RTK通過大幅提高定位精度來拓寬GPS定位技術的應用場景。 

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             在未來的農田里,RTK也會有更多產生作用的地方。它將融入作物生長的每一個階段,幫助我們實時獲取農田中任意位置的時間和空間信息,再搭配對應的設備,實現定時、定點、定量的農藥化肥投放,取得最佳的經濟效益和環境效益。除了植保作業外,高精度的實時定位還可以協助農村土地測量、確權和提供其他農田中的無人自動化設備高精度導航與數據服務。

      RTK技術的應用,可以說讓植保無人機真正走上了精準作業之路。

            精準作業體現在兩個維度:一是飛得精準,即高精度自主飛行技術。通過RTK系統可獲取準確的田地邊界信息,將航線精度從米級提升至厘米級,且不需要人工遙控,實現全自主飛行和噴灑;同時讓無人機自動避開房屋、樹木、電纜等障礙物,避免了碰撞和炸機事故。二是噴得精準,可以通過精準變量噴灑技術來達到,同時妥善地解決了以往因GPS定位偏差而造成的重噴、漏噴等問題。

        如果說定位系統相當于無人機的「眼睛」,那GPS好比是「近視眼」,RTK則像是戴著高精度「智能眼鏡」的「明眸」,既能準確識別各種障礙物,還能實時調整各種誤差,真正實現精準定位。

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      RTK價格偏高,真的值得消費者掏錢買單嗎?

            的確,RTK由于技術門檻高,價格并不「親民」,市面上一套優質RTK系統的價格可能相當于一臺植保無人機了。但是,僅僅因為價格偏高,就足以成為拒絕使用新技術的理由嗎?

           七八十年代,電腦剛在國內出現時,也是大幾千甚至上萬的「天價」。但電腦的第一批用戶中,很多利用這一新工具,發現了更多創造更大價值的機會。一臺大型的農業機械設備,價格可達幾十萬甚至上百萬,但農業機械化的第一批踐行者,因為最快地走上了精準、高效生產之路,從而最早實現了發家致富。

      有時候,價格不是問題,關鍵在于你買的產品能否給你帶來相應的價值回報。

            聰明的消費者,不如拿出賬本好好算一算,一臺新設備的使用,能在多大程度上提高作業效率,能為你節省多少生產成本。

            農業植保服務的成本主要包括人工成本和設備成本。使用普通GPS的植保機,由于無法實現全自動飛行,需要三名操作人員,包括飛手、安全員和地勤,缺一不可。而一套裝有高精度RTK系統的植保機,只需一名操作人員即可完成全套作業,人工成本降低至過去的三分之一。

           在農業植保領域,定位精度正是提高系統作業精度的關鍵限制因素,一方面,定位精度這一變量直接影響到航線規劃和藥劑噴灑精準度等其它變量;另一方面,使用普通GPS的無人機在實際作業中的確受定位偏差影響很大,成為其明顯的短板。而將RTK技術應用到植保無人機中,提高了飛行和噴灑的雙重精準度,恰恰是突破這一關鍵限制因素的一劑良方。隨著技術成本的降低,RTK系統大有可能成為行業應用級無人機的標配,也將在未來農業植保中得到越來越廣泛的應用。




      標簽: 果樹無人機
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