如何看待RTK技术在农业航空植保中的应用

2017-12-14 10:35:44 智飞小翟 29

RTK的认识

     RTK(Real - time kinematic)定位技术基于载波相位观测值的实时动态定位技术,它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果,并达到厘米级精度。

     其实从RTK的定义中,我们就知道RTK就是一种高精的定位技术,它的作用就是提高定位的精度,RTK通过基站来修正卫星信号偏差,通过这种方式,RTK技术大幅降低了大气层对定位精度的影响,将偏移量控制在厘米级的范围内,此时偏移量基本可控。

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RTK的工作原理

     基站与A点的距离比较近,因此他们接收卫星信号时受到的大气层影响也基本接近,基站本身已知所处位置的坐标,在得到卫星信号提供的坐标之后与原数据做新差分,并将差分的结果告知A点,因此A点也可以得到高精度的结果。

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RTK对于植保无人机来说有什么用?

       在农业植保领域,大家都已经知道它能为无人机提高定位精度,降低飞行误差。 由于卫星信号的多路径效应以及大气中对卫星信号的折射和反射,当农田周边出现防风林或者天气环境影响时,卫星的定位精度就会降低,导致作业中的无人机出现航线偏移。 航线偏移存在一定的风险,在便用普通GPS进行定位,航线偏移的误差甚至可能达到10米左右,如果偏移量太大,将可能导致植保无人机撞上防风林或者其他事故发生。因此这样的自主飞行并不能让人安心,也没有办法真正的解放操作员的双手,操作员仍需要全神贯注地盯着整个作业过程,随时准备救场。

      通过下图我们先来了解一下GPS和RTK定位的其中一个特点:普通GPS的圆概率误差(CEP)有50%左右的概率在2.5米以内,另外50%的误差可能更大,甚至接近10米。上图中,当我们想要寻找O点的位置时,普通的GPS会告诉我们O点在A处,而A则是黄圈直径10米范围内的任意一个点。RTK通过实时差分技术,可以将范围缩小到10cm内。

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在实际农田的情况如下图:

      飞机在作业时获取到的航线坐标并不是一条直线,而是一个有宽度的区域,如果使用GPS定位进行航线作业,则区域的宽度在0-10米的范围内,此时飞机实际飞行的轨迹将会是一条歪歪扭扭的曲线,并且每一次飞行的曲线都不一致,很有可能会导致重喷、漏喷,且无法杜绝。

      而使用RTK技术时,航线将是一个0-10厘米宽度的区域,与GPS相比,RTK基本等于是直线飞行,弯曲的幅度很小,因此喷洒的效果将更均匀可控。 在一些垄间距较大的田间作业时,如发生的偏移较大,甚至可能产生作物本身大部分漏喷和土地污染等次生危害,总而言之,RTK通过大幅提高定位精度来拓宽GPS定位技术的应用场景。 

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       在未来的农田里,RTK也会有更多产生作用的地方。它将融入作物生长的每一个阶段,帮助我们实时获取农田中任意位置的时间和空间信息,再搭配对应的设备,实现定时、定点、定量的农药化肥投放,取得最佳的经济效益和环境效益。除了植保作业外,高精度的实时定位还可以协助农村土地测量、确权和提供其他农田中的无人自动化设备高精度导航与数据服务。

RTK技术的应用,可以说让植保无人机真正走上了精准作业之路。

      精准作业体现在两个维度:一是飞得精准,即高精度自主飞行技术。通过RTK系统可获取准确的田地边界信息,将航线精度从米级提升至厘米级,且不需要人工遥控,实现全自主飞行和喷洒;同时让无人机自动避开房屋、树木、电缆等障碍物,避免了碰撞和炸机事故。二是喷得精准,可以通过精准变量喷洒技术来达到,同时妥善地解决了以往因GPS定位偏差而造成的重喷、漏喷等问题。

  如果说定位系统相当于无人机的「眼睛」,那GPS好比是「近视眼」,RTK则像是戴着高精度「智能眼镜」的「明眸」,既能准确识别各种障碍物,还能实时调整各种误差,真正实现精准定位。

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RTK价格偏高,真的值得消费者掏钱买单吗?

      的确,RTK由于技术门槛高,价格并不「亲民」,市面上一套优质RTK系统的价格可能相当于一台植保无人机了。但是,仅仅因为价格偏高,就足以成为拒绝使用新技术的理由吗?

     七八十年代,电脑刚在国内出现时,也是大几千甚至上万的「天价」。但电脑的第一批用户中,很多利用这一新工具,发现了更多创造更大价值的机会。一台大型的农业机械设备,价格可达几十万甚至上百万,但农业机械化的第一批践行者,因为最快地走上了精准、高效生产之路,从而最早实现了发家致富。

有时候,价格不是问题,关键在于你买的产品能否给你带来相应的价值回报。

      聪明的消费者,不如拿出账本好好算一算,一台新设备的使用,能在多大程度上提高作业效率,能为你节省多少生产成本。

      农业植保服务的成本主要包括人工成本和设备成本。使用普通GPS的植保机,由于无法实现全自动飞行,需要三名操作人员,包括飞手、安全员和地勤,缺一不可。而一套装有高精度RTK系统的植保机,只需一名操作人员即可完成全套作业,人工成本降低至过去的三分之一

     在农业植保领域,定位精度正是提高系统作业精度的关键限制因素,一方面,定位精度这一变量直接影响到航线规划和药剂喷洒精准度等其它变量;另一方面,使用普通GPS的无人机在实际作业中的确受定位偏差影响很大,成为其明显的短板。而将RTK技术应用到植保无人机中,提高了飞行和喷洒的双重精准度,恰恰是突破这一关键限制因素的一剂良方。随着技术成本的降低,RTK系统大有可能成为行业应用级无人机的标配,也将在未来农业植保中得到越来越广泛的应用。




标签: 果树无人机
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