（一）文献综述

人类经历了农业社会、工业社会后，目前正处在信息社会阶段。随着劳动工具的改进，农业也经历了从青铜器到铁器，从畜力到农业机械，从自动化农业到智能化生产的过程。因此劳动工具的演变体现了农业 1. 0 到农业 4. 0 的演变。农业、农村、农民问题是决定国家发展和命运的战略问题。追寻包括农业现代化在内的整个国家的现代化，是中华民族的伟大梦想和不懈追求。

农业 1. 0———传统农场: 所谓农场是指农业生 产单位、生产组织或生产企业，以从事农业生产、畜牧养殖和水产养殖为主。传统农场历史悠久，是农业社会的产物。传统农场的农业生产以人力、畜力为主，劳动力和土地处于核心地位，劳动工具是简单的手工工具( 如铁器) 和畜力，农业生产方式延续了古老而原始的传统农耕方式。17 世纪，农场成为欧洲农业生产的基本单位。目前，我国传统农场基本消失。

农业 2. 0———机械化农场: 机械化农场起源于工业革命时代，是工业社会的产物。机械化农场是指利用各种动力和配套农机具装备农业，使用现代农业机械取代人力和畜力，实现生产工具的机械化，从而进行大规模农业生产的农场形态。欧美国家是最早实现农业生产机械化的国家，我国目前的农场已经实现了机械化［15］。

农业 3. 0———自动化农场: 自动化农场出现在20 世纪后期，是信息社会的产物。自动化农场是将 计算机等信息技术与传统农业机械设备结合，使用自动化装备代替传统农机装备，实现农业生产管理自动化的农场。美国、荷兰和挪威等欧美国家已经分别实现了大田种植、设施蔬菜、畜禽养殖和水产养殖等大部分农场的高度自动化，我国目前处于机械化与自动化的过渡阶段。

农业 4. 0———无人农场: 随着物联网、人工智能与机器人的发展，无人农场将会在 21 世纪中后期逐渐出现。无人农场是指在人不需要进入农场情况下，采用新一代信息技术，通过智能装备与机器人自主完成农业生产、管理任务的农场终极形态，真正实 现了机器代人。欧、美、日等发达国家的无人农场已 进入小范围应用阶段，以日本为首的发达国家各种农场作业机器人已相继研制成功。

20 世纪 50 年代以来，发达资本主义国家开始对农业进行科学技术改造，使得农业生

产步入了机械化，初步实现了农业的产业化、市场化、集约化和社会化，进而带动了农业

向现代化方向转变。新中国成立以来，中国经过长期艰苦卓绝的努力，经济社会各项事业

取得了举世瞩目的伟大成就，中国工业化也终于向成熟和发达时期过渡。虽然中国工业化

取得了伟大成就，但与之相比，农业现代化的发展步伐缓慢。

进入80年代，美国的农用车辆制造商开始把电子技术、液压驱动技术引入拖拉机的

设计制造中，这就为在农业机械上研究现代导航控制方法提供了可能。90年代以后，随

着精细农业概念的提出，计算机、电子产品成本的不断下降，计算机技术、信息技术在

农业机械装备上开始获得广泛应用。这些技术成为现代导航控制系统研究的重要基础。

随后出现的机器视觉系统导航、卫星导航、多传感器信息融合导航等现代导航控制技术，

均是计算机技术、电子技术、信息技术 的集成。1994年，美国建成新一代卫星导航与定位系统，即全球定位系统，该系统具有全能性（陆地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、连续性、实时性的导航、定位和时功能，能提供精密的三维坐标、速度和实践。全球定位系统为研究农业机械导航提了新的方式。

农业是中国经济的重要支柱，随着中国经济的快速发展，农业也在不断发展。可我国人口老龄化的日渐凸显，人口红利即将消失，但农业生产最重要的资源便是农业劳动力，所以需要新的生产方式代替传统生产方式，农业现代化孕育而生。农业现代化就是利用新的科学技术，制造高效率生产机器，代替传统人力的农业生产方式。我国面临的情况是农业机械化程度低，机械化化率仅为59%，传统的耕种方式已经不能满足现代化生产的需要，必须通过转变为现代化、科技化的生产方式来提高农业生产效率。

近年国家中央一号文件聚集三农，在文件中明确表示要发展高科技农业，尤其将研究重点放在“精准农业”技术方面，力求实现提高农业生产效率、增加粮食产量目标的同时还要避免环境恶化，保障食品安全，努力实现农业可持续发展目标。农机自动驾驶控制技术作为“精准农业”技术的基础，尤其基于我国自主研发的北斗导航系统的农机自动驾驶控制技术，对其进行更为深入的研究，具有重要的理论与学术价值，符合国家农业技术发展的战略需求，是实现农业现代化建设的必经之路。

北斗是中国自主建设、独立运行，与世界其他卫星兼容共用的全球卫星导航系统。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段 3 部分组成，可在全球范围内全天候、全天时地为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并且具备短报文通信能力。中国正积极培育北斗系统的应用开发，打造由基础产品、应用终端、应用系统和运营服务构成的北斗产业链，持续加强北斗产业保障、推进和创新体系，不断改善产业环境，扩大应用规模， 实现融合发展，提升卫星导航产业的经济和社会效益。涉及国家经济、公共安全的重要行业领域须逐步过渡到主要采用北斗卫星导航系统，同时兼容其他卫星导航系统的服务体制，鼓励其他行业和领域采用相同模式。当前，党中央、国务院高度重视北斗系统的发展，将北斗系统示范工程列为科技重大专项，支撑国家创新发展战略。全面发展和推广自主知识产权的卫星导航定位产品，已成为一种国家战略。北斗在国家重点领域、大众消费领域的普遍应用，正在催生各种“北斗+”融合应用新模式。

随着北斗卫星导航系统的成功，精准农业北斗农机自动导航驾驶系统的概念开始提出。精准农业是当今世界农业发展的新潮流，是由信息技术支持的、根据空间变异定位、定时、定量地实施的现代化农事操作技术与管理的系统，其基本涵义是根据作物生长的土壤性状，调节对作物的投入，即一方面查清田块内部的土壤性状与生产力空间变异，另一方面确定农作物的生产目标，进行定位的“系统诊断、优化配方、技术组装、科学管理”，调动土壤生产力，以最少的或最节省的投入达到同等收入或更高的收入，并改善环境，高效地 利用各类农业资源，取得更好经济效益和环境效益。在国内卫星导航自动驾驶设备生产企业中，其中国内为主要生产应用较多的是北斗卫星导航自动驾驶设备。

同时中国农业正在向精细化、智能化、集约化的方向转变，将精准农业技术引入农业实践中，从而推进现代农业发展方式转变和结构调整。2015 年，国务院印发《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》《中国制造 2025》，都把加速信息化与农机化的融合作为重要内容。2016 年，农业部等八部委制订《“互联网+”现代农业三年行动实施方案》，明确提出要加大国产导航技术和智能农机装备的应用等，以促进我国农机装备信息化产业链的发展。2017年，在农业部发布的《全国农业机械化发展第十三个五年规划》中，再次将机械化、信息化融合促进计划作为未来发展的重点，提出实施“互联网+”农业机械化，促进信息化与农机装备、作业生产、管理服务深度融合。

习近平总书记在 2018 年 11 月 30 日的二十国集团领 导人峰会上指出，世界经济数字化转型是大势所趋，新的工业革命将深刻重塑人类社会。在习近平总书记关于加快数字中国建设、发展数字经济的号召下，在数字化、网络化、智能化技术的推动下，精准农业作为数字农业的基本阶段，已经成为现代农业的实现形式，成为推进农业绿色发展的根本手段。卫星导航系统和高分卫星遥感系统作为空间信息基础设施，是精准农业的重要技术支撑，是发展现代农业和实现农业可持续发展的关键技术。以卫星遥感、地理信息技术等现代信息技术改造传统农业，是促进现代农业发展的有效途径。

（二）选题目的及意义

中国有着悠久的农耕历史，农业作为国民经济建设与发展的基础，一直是国家重点关注的问题，并且经过不断的研究我国在农业生产培育新作物方面取得了世界级的显著成果。然而，我国仍然面临着“人多地少、资源短缺、环境恶化、人均耕地水平达不到国民基本生活需求”等严峻问题。另外，我国人口老龄化现象也越来越严重，而且农村地区老龄化正逐步超过城镇地区，劳动力短缺也成为一个很棘手的问题。

现代农业生产走向大农业和机械化道路也就显得非常重要，在传统人工驾驶播种作业过程中,驾驶员必须时刻注意力高度集中,操作水平要求较高、劳动强度大，在播种作业质量方面播行七扭八歪，使农用土地资源造成了严重的损失。卫星导航自动驾驶技术是通过高精度的卫星定位系统来测定农机具的运动状态，通过液压驱动控制或电磁控制拖拉机的转向系统，使农机按照设定的路线（直线或曲线）自动行驶，无需操作方向盘。该技术的优点主要有以下三点：

（1）提高农机作业效率。研究表明，最好的农机驾驶员在经过长时间劳作后，由于机械操作疲劳度的影响也会导致作业精度以及工作效率明显降低，这样会导致劳动力的浪费，而利用基于北斗导航自动驾驶的农机可以将驾驶员从高强度的农业工作中解放出来，全天候不间断的作业，增加工作时长，有效提高农机的利用效率。

（2）有效提高土地利用率。应用基于北斗导航的农机自动驾驶控制系统，可以利用自动导航系统工作时对路径的储存数据，按照固定的路线进行作业，提高农机作业精准度，避免重播和漏播的土地浪费现象，节本降耗，快速、高效地完成播种、收割等农业作业，有效提高了农机作业质量、土地利用率和经济效益。

（3）有利于农田规模化生产。应用基于北斗导航的农机自动驾驶技术进行作业的农机，不需要驾驶员亲自进行操作，只需在控制终端进行操作，可以更好的统筹全局，也有更多的精力对农机具作业情况进行监控和对农机具进行维护，降低机械化作业损失。

（三）主要参考文献

[1]Tam K O. China's Agricultural Modernization:The Socialist Mechanization Scheme[M].Taylor and Francis:2023-08-01.

[2]Clavijo M,Jiménez F,Naranjo E J. The Development and Prospects of Autonomous Driving Technology[J]. Applied Sciences,2023,13(9).

[3]韩杨,陈雨生,陈志敏.中国高标准农田建设进展与政策完善建议——对照中国农业现代化目标与对比美国、德国、日本经验教训[J].农村经济,2022(05):20-29.

[4]游雨云.基于嵌入式技术的小麦自动播种机设计[J].南方农机,2021,52(15):72-73.

[5]杨振东,刘文龙,张继峰等.北斗导航农机自动驾驶系统研究[J].科学技术创新,2021(20):47-49.

[6]赵霞,高菊玲,张志鹏.基于北斗导航的农机自动驾驶技术研究进展[J].江苏农机化,2020(06):18-21.DOI:10.16271/j.cnki.jsnjh.2020.06.006.

[7]李道亮,李震.无人农场系统分析与发展展望[J].农业机械学报,2020,51(07):1-12.

[8]李翔宇,麻君君.气吸式小麦播种机的技术原理及作业质量提升[J].农机使用与维修,2019(01):73.DOI:10.14031/j.cnki.njwx.2019.01.056.

[9]安冬冬,王新果,吴忠鹏.基于卫星导航自动驾驶技术在播种作业中的试验研究[J].时代农机,2017,44(08):88.

[10]蒋腾.北斗导航拖拉机自动驾驶系统的应用[J].农机科技推广,2017(07):29-30.

[11]赵娜,刁怀龙,刁培松等.基于单片机的小麦播种机播种面积的监测系统[J].吉林农业大学学报,2016,38(06):766-770.DOI:10.13327/j.jjlau.2016.3213.

[12]刘后军.小麦播种机发展现状与未来[J].农民致富之友,2016(20):228-229.

[13]张超. 基于卫星导航自动驾驶技术在播种作业中的试验研究[D].石河子大学,2015.

[14]徐冬.小麦精密播种机械的研究与应用[J].农业科技与装备,2015(06):79-80.DOI:10.16313/j.cnki.nykjyzb.2015.06.030.

[15]. Global Precision Farming (GPS/GNSS, GIS, Remote Sensing & VRT) Market Outlook 2020 - Technology, Components, Application and Geography[J]. M2 Presswire,2014.

[16].农机GPS卫星定位自动导航驾驶[J].河北农机,2014(06):62.

[17]姜松. 西部农业现代化演进过程及机理研究[D].西南大学,2014.

[18]毛飞,孔祥智.中国农业现代化总体态势和未来取向[J].改革,2012(10):9-21.

[19]赵丽清,殷元元.GPS精密播种自动控制系统的设计[J].农业机械,2009(09):75-77.

[20]卢广锋,张旭升,尹克荣等.GPS技术在精密播种上的应用[J].山东农机,2002(03):7-8.

[21]OKADA Y,ISHIKAWA K,NAGATA M. Studies on the Precision Seeding (II)[J]. JOURNAL of the JAPANESE SOCIETY of AGRICULTURAL MACHINERY,1982,44(2).

[22]OKADA Y,ISHIKAWA K,NAGATA M. Studies on the Precision Seeding (III)[J]. JOURNAL of the JAPANESE SOCIETY of AGRICULTURAL MACHINERY,1982,44(3).

[23]OKADA Y,ISHIKAWA K,NAGATA M. Studies on the Precision Seeding (I)[J]. JOURNAL of the JAPANESE SOCIETY of AGRICULTURAL MACHINERY,1980,42(3).

[24]刘慧. 农机自动驾驶装备研发及路径规划算法研究[D].中北大学,2023.DOI:10.27470/d.cnki.ghbgc.2023.000190.

[25]杨振东,刘文龙,张继峰等.北斗导航农机自动驾驶系统研究[J].科学技术创新,2021(20):47-49.

[26]李岩,刘欢,张雯雯等.北斗卫星导航系统在精准农业中的应用[J].测绘与空间地理信息,2022,45(05):151-153+155.