淺談智能化除草機器人技術發展現狀及趨勢展望

鐘啟鳴

摘 要：隨著社會的發展，科學技術的不斷創新，智能化技術逐漸的應用到了各個領域當中，形成了各具特色的機器人系統，其中就包括了農業生產工作當中，為農業生產工作進一步增強提供了保障。為了使其在實際工作中發揮出較大的作用，我們高中生作為祖國發展的棟梁，就對智能化除草機器人技術發展現狀及趨勢展望進行了研究，首先概述了我國智能除草機器人的發展，然后重點的對其技術原理與重要技術進行了分析，最后對其發展趨勢進行了展望，為我國智能化除草機器人的發展做出了一定貢獻，更好的促進我國農業生產工作的進行。

關鍵詞：智能化除草機器人；技術原理；發展趨勢

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.115

0 引言

在我國歷史發展的過程中，農業一直處于重要的地位，為我國經濟的增長提供了良好的保障。在農業生產的過程中，從春播到秋收，通常需要進行很多項工作，其中除草工作是其中主要的工作之一，該項工作進行的好壞，會直接影響到農民的經濟收入。而當前階段進行該項工作時，通常是采用化學農藥除草的方式，這種方式不僅效率不高，而且還會對環境造成嚴重的污染，不滿足我國現今可持續發展戰略的實施。因此，高中生的我們作為祖國未來的接班人，加強對智能化除草機器人技術發展現狀及趨勢展望進行研究具有重要意義，為我國農村的經濟發展提供了一定保障。

1 智能除草機器人的發展概述

在我國社會發展的過程中，農村人口一直占據很高的比例，具相關部門統計，當前階段我國農村人口超過了7.5億，將近占具我國總人口總數的60%。在這種情況下，雖然我國土地面積非常的廣闊，但是人均土地占有量不是很多，因此，在進行農業生產工作的過程中，農業機械的應用程度還不是很高，并且在使用的機械設備中自動化程度較低，從而對我國農業機器人的研究造成了嚴重的影響，與其他國家相比，我國的研究還非常落后[1]。而在我國當前階段中，農村人口老齡化問題逐漸加重，同事一些農村又在逐漸的向著城市化的方向發展，導致農村勞動力數量逐漸的減少，對農業生產正常的進行造成了嚴重影響，從而使原有的工作量使用更少的人員來完成，提高了人們的勞動強度，而且還增加了生產過程中的投入成本，不利于我國農村的發展。

我國當前的農業除草工作中，主要有兩種方式，一種是人力除草的方式，這是一種古老的除草方式，是由我國古代人民總結出來的除草方式，這種方式不僅強度非常大，而且效率還不是很高，不利于農業生產的進行，正在逐漸的被拋棄。另一種為化學農藥除草，這種方式是根據一些化學成分對雜草的影響，殺死雜草中的細胞，從而達到了除草的目的。使用該種方式除草時，會對從社會造成一定的影響。首先可以將化學農藥殘留到作物中，如對作物使用時清理不當，就會導致這些化學成分進入到人們的體內，出現中毒的問題，從而對人們的身體健康造成嚴重的影響，不利于人們正常的生活；其次是我國缺少完善的農藥使用標準，同時農民還缺乏安全意識，在工作的過程中，常常使用錯誤的施藥方法，致使農藥出現飄散的現象，不僅使農藥的利用效率不是很高，而且隨著農藥的飄散，還會對環境造成影響，不利于人們的生活與作物的生長[2]。

智能除草機器人研究的過程中，首先是美國、英國等國家對其進行了研究，研究的相對較為完善，而我國當前階段中，國家與社會逐漸加強了對農業生產中的除草工作的重視，開始了對智能除草機器人的研究，通過對國外技術的借鑒，也在開始自行的進行研發。雖然我國研發的時間較晚，但是我國一直作為農業生產大國，對農業的重視程度較高，也會加強對智能除草機器人研究的重視程度，在之后的研究過程中，一定會追趕上國外的先進技術，形成我國獨特的智能除草機器人系統，為我國農業生產更好的進行提供了良好的幫助[3]。

2 智能除草機器人的技術原理與重要技術分析

除草機器人中硬件系統起到了決定性作用，其中包括了很多部分，如PC處理機、末端執行器等，通過這些部分起到的不同作用，才能使智能除草機器人發揮出應有的作用。

2.1 除草原理

在智能除草機器人工作的過程中，主要的工作原理為：首先要對田間各種類型的雜草與植物的信息進行收集并分析，并將分析的結果存儲到相應的硬盤當中，為之后的工作提供良好的對照信息；然后進行除草工作時，硬件中的攝像頭就會發揮出其應有的作用，根據農田的壟條形狀，對拍攝進行調整，從而對每一條壟條進行拍攝，并將拍攝的畫面通過傳送裝置傳輸到PC處理機中，之后PC處理機根據傳回的結果，與硬盤中的對照信息進行比較。最后，根據比較出來的結果，對除草系統進行控制，使除草系統在工作時，能夠與作物保持一定的距離，避免其對作物造成損害[4]。

2.2 除草的重要技術

（1）視覺影像技術。在智能除草機器人中，視覺影像技術是其中最為重要的一項技術，智能除草機器人運動時，該項技術可以對環境進行拍攝，拍攝出多個物體圖像，然后將該圖像傳輸到相應的計算機中，計算機就會對其進行處理與分析，之后將分析的結果傳送到控制系統中，控制系統就會根據傳輸的結果對機器人進行控制，從而準確的尋找到作物的生長位置，保證該設備能夠正常的在田間行走，不會對作物造成影響。

在使用該技術時，主要有以下兩種方式。第一種是利用OCD-ICP的圖像配準方法，在使用該種方法進行應用時，應用了一定的圖形學原理，在圖像的邊緣處，根據農田的實際情況，選取出多個邊緣角點，并結合相應的篩選規則，對其進行篩選，使邊緣角點不斷地優化。當其優化到一定程度后，就要通過迭代最近點的方法對其進行處理，從而得出最佳的配準，從而確定出了作物的準確位置；另一種方式是利用HSI顏色分量的顏色特征提取法，采用該種方式進行運行時，由于植物的高矮、性狀等存在差異，導致光照射到不同的植物上，會產生不同的光照強度、色調與飽和度，因此，在繪制圖像時，就會直接采用多閾值分割的方法對其進行處理，將其以量化的形式體現出來，然后將這些量化后的顏色進行組合，并提取出不同顏色中的特征，根據特征內容的不同，將其分為不同的種類，最后將不同種類的特征進行組合，是圖像達到了跟個的效果，從而完成了整個工作[5]。

在實際的智能化除草機器人中，一種視覺影像技術往往達不到要求，通常情況下是對兩者共同應用，將兩者進行了有效的融合，形成了一種更加先進的圖像處理技術，并在該技術的基礎上，構建出了良好的操作平臺，在該平臺中就會更好的進行工作。當前階段中，國外的研究時間較長，研究基本上比較完善，而我國研究的時間較短，相對來說還不是很完善，還有更加廣闊的發展空間[6]。

（2）機械控制技術。在智能化除草機器人中，另一重要的組成部分就是控制系統，該系統性能的好壞直接影響了整個設備的工作性能。通過視覺影像技術得到的圖片信息，控制系統對其運動進行控制，從而使其達到了運動除草的目的。

在當前智能除草機器人當中，對該種技術的應用主要有以下兩種方式。第一種為建模分析的方式，在使用該種方式進行應用時，當圖片信息進入到該系統后，就會將其導入到相應的三維軟件中，該軟件就會根據圖像的信息，建立出相應的模型，然后通過該軟件具有的仿真功能，模擬出農田的不同環境，并根據農田的環境，來對機器人的移動進行設計，從而使其達到了移動的目的。并且，在這一過程中，還會根據相應的動力學原理，對機器人運行的效果進行研究，計算出其不可測的滑移量。在計算出該數據之后，將其輸送到控制器中，從而使其進一步對移動進行設計，產生出相應的補償控制器，這時就會將其導入到三維軟件與商業數學軟件中，利用兩者來對其進行仿真。通過該仿真結果可以發現，使用該種控制方法對機器人進行控制時，效果較好，使其運行的距離更加精確，對作物產生的破壞影響較??；另一種對數字圖像處理技術進行了一定的應用。在當前階段中，隨著社會的發展，數字圖像處理技術得到了快速的發展，使其更加的完善，具有了更加強大的功能，被廣泛的應用在我國的各個領域中，為各領域發展提供了良好的幫助。在智能化除草機器人中的應用，不僅可以使機器人更有效的對外部信息進行采集，而且還會加強其對環境的理解，為機器人正常的運行提供了保障[7]。并且在機器人運行的過程中，主要包括了兩個方面的工作內容，一個是對其自身的運動進行檢測，另一個為對目標的跟蹤，在使用該技術后，就能夠達到這兩項工作內容的要求，使機器人能夠更好地對雜草進行識別，并將識別的信息輸送到傳感器中，其內部的執行部門就會對機器人下達準確的行動命令，從而使其安全、穩定的移動到規定的位置，之后對其除草操作進行命令，從而使其完成整個除草的工作。

3 智能除草機器人的發展趨勢

隨著社會的發展，人們生活水平的提高，對各項工作具有了更加嚴格的要求，而農業生產工作作為我國社會發展中重要的組成部分，對其的要求也逐漸增加，因此使其向著現代化的發展具有重要的意義。在其之后的發展中，主要向著以下兩個方向發展。首先智能化除草機器人是在自然條件下應用的，人們無法對自然現象進行控制，使得與其他類型機器人的工作環境相比，具有多變的特點，對工作性能具有更高的要求。因此，在其之后的研究過程中就要向著更加智能化的方向發展。在之后的研究過程中，就要進一步對上述兩種技術進行研究，使其發展的更加完善，不僅使機器人在工作中發揮出更大的作用，而且還可以降低制造的成本，能夠更加廣泛的應用于農業生產中；其次在當前的智能化機器人工作中，通常是電力能源為其提供動力，在其運行中，會消耗大量的電能，這樣為了滿足其對電力的需求，電力系統就會增加對電力的需求，從而提高了對煤炭等資源的消耗，而且機器人在工作中還常常會發生電量不足的問題，使其突然停止運行，降低了其工作效率。因此，在其之后的發展中還要向著節能的方向研究。在該研究中，可以對耗能系統進行研究，降低機器人的運行功率，減少其運行過程中消耗的電力能源，而且還可以對新能源系統進行研究，在機器人運行時能夠利用自然環境中的太陽能、風能等自然能源，降低了其對電能的需求，從而可以達到節能的目的[8]。

4 總結

綜上所述，在農業生產中應用智能化除草機器人后，不僅可以提高除草的效率，是農作物更好的生長，而且還有效的對環境做出了保護，對我國社會的發展具有重要的影響。而在當前階段實際的農業生產工作中，智能化除草機器人應用的還不是很廣泛，還沒有形成一定的估摸，因此，本文作者就根據自己對其了解的程度，對智能化除草機器人進行了研究，為其更好的在實際工作中應用提供了一定保障。但是，一個人的力量終歸是有限的，這就要加強國家與社會各界對其的重視程度，通過人們共同的努力研究，使其更加的完善，為農業生產工作的發展提供了更有力的保障。

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