如何看待RTK技術(shù)在農(nóng)業(yè)航空植保中的應(yīng)用
RTK的認(rèn)識(shí)
RTK(Real - time kinematic)定位技術(shù)基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù),它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果,并達(dá)到厘米級(jí)精度。
其實(shí)從RTK的定義中,我們就知道RTK就是一種高精的定位技術(shù),它的作用就是提高定位的精度,RTK通過基站來修正衛(wèi)星信號(hào)偏差,通過這種方式,RTK技術(shù)大幅降低了大氣層對(duì)定位精度的影響,將偏移量控制在厘米級(jí)的范圍內(nèi),此時(shí)偏移量基本可控。
RTK的工作原理
基站與A點(diǎn)的距離比較近,因此他們接收衛(wèi)星信號(hào)時(shí)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(biāo),在得到衛(wèi)星信號(hào)提供的坐標(biāo)之后與原數(shù)據(jù)做新差分,并將差分的結(jié)果告知A點(diǎn),因此A點(diǎn)也可以得到高精度的結(jié)果。
RTK對(duì)于植保無人機(jī)來說有什么用?
在農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域,大家都已經(jīng)知道它能為無人機(jī)提高定位精度,降低飛行誤差。 由于衛(wèi)星信號(hào)的多路徑效應(yīng)以及大氣中對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的折射和反射,當(dāng)農(nóng)田周邊出現(xiàn)防風(fēng)林或者天氣環(huán)境影響時(shí),衛(wèi)星的定位精度就會(huì)降低,導(dǎo)致作業(yè)中的無人機(jī)出現(xiàn)航線偏移。 航線偏移存在一定的風(fēng)險(xiǎn),在便用普通GPS進(jìn)行定位,航線偏移的誤差甚至可能達(dá)到10米左右,如果偏移量太大,將可能導(dǎo)致植保無人機(jī)撞上防風(fēng)林或者其他事故發(fā)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(gè)作業(yè)過程,隨時(shí)準(zhǔn)備救場(chǎng)。
通過下圖我們先來了解一下GPS和RTK定位的其中一個(gè)特點(diǎn):普通GPS的圓概率誤差(CEP)有50%左右的概率在2.5米以內(nèi),另外50%的誤差可能更大,甚至接近10米。上圖中,當(dāng)我們想要尋找O點(diǎn)的位置時(shí),普通的GPS會(huì)告訴我們O點(diǎn)在A處,而A則是黃圈直徑10米范圍內(nèi)的任意一個(gè)點(diǎn)。RTK通過實(shí)時(shí)差分技術(shù),可以將范圍縮小到10cm內(nèi)。
在實(shí)際農(nóng)田的情況如下圖:
飛機(jī)在作業(yè)時(shí)獲取到的航線坐標(biāo)并不是一條直線,而是一個(gè)有寬度的區(qū)域,如果使用GPS定位進(jìn)行航線作業(yè),則區(qū)域的寬度在0-10米的范圍內(nèi),此時(shí)飛機(jī)實(shí)際飛行的軌跡將會(huì)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(huì)導(dǎo)致重噴、漏噴,且無法杜絕。
而使用RTK技術(shù)時(shí),航線將是一個(gè)0-10厘米寬度的區(qū)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(yè)時(shí),如發(fā)生的偏移較大,甚至可能產(chǎn)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(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景。
在未來的農(nóng)田里,RTK也會(huì)有更多產(chǎn)生作用的地方。它將融入作物生長的每一個(gè)階段,幫助我們實(shí)時(shí)獲取農(nóng)田中任意位置的時(shí)間和空間信息,再搭配對(duì)應(yīng)的設(shè)備,實(shí)現(xiàn)定時(shí)、定點(diǎn)、定量的農(nóng)藥化肥投放,取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。除了植保作業(yè)外,高精度的實(shí)時(shí)定位還可以協(xié)助農(nóng)村土地測(cè)量、確權(quán)和提供其他農(nóng)田中的無人自動(dòng)化設(shè)備高精度導(dǎo)航與數(shù)據(jù)服務(wù)。
RTK技術(shù)的應(yīng)用,可以說讓植保無人機(jī)真正走上了精準(zhǔn)作業(yè)之路。
精準(zhǔn)作業(yè)體現(xiàn)在兩個(gè)維度:一是飛得精準(zhǔn),即高精度自主飛行技術(shù)。通過RTK系統(tǒng)可獲取準(zhǔn)確的田地邊界信息,將航線精度從米級(jí)提升至厘米級(jí),且不需要人工遙控,實(shí)現(xiàn)全自主飛行和噴灑;同時(shí)讓無人機(jī)自動(dòng)避開房屋、樹木、電纜等障礙物,避免了碰撞和炸機(jī)事故。二是噴得精準(zhǔn),可以通過精準(zhǔn)變量噴灑技術(shù)來達(dá)到,同時(shí)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(tǒng)相當(dāng)于無人機(jī)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(zhǔn)確識(shí)別各種障礙物,還能實(shí)時(shí)調(diào)整各種誤差,真正實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。
RTK價(jià)格偏高,真的值得消費(fèi)者掏錢買單嗎?
的確,RTK由于技術(shù)門檻高,價(jià)格并不「親民」,市面上一套優(yōu)質(zhì)RTK系統(tǒng)的價(jià)格可能相當(dāng)于一臺(tái)植保無人機(jī)了。但是,僅僅因?yàn)閮r(jià)格偏高,就足以成為拒絕使用新技術(shù)的理由嗎?
七八十年代,電腦剛在國內(nèi)出現(xiàn)時(shí),也是大幾千甚至上萬的「天價(jià)」。但電腦的第一批用戶中,很多利用這一新工具,發(fā)現(xiàn)了更多創(chuàng)造更大價(jià)值的機(jī)會(huì)。一臺(tái)大型的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備,價(jià)格可達(dá)幾十萬甚至上百萬,但農(nóng)業(yè)機(jī)械化的第一批踐行者,因?yàn)樽羁斓刈呱狭司珳?zhǔn)、高效生產(chǎn)之路,從而最早實(shí)現(xiàn)了發(fā)家致富。
有時(shí)候,價(jià)格不是問題,關(guān)鍵在于你買的產(chǎn)品能否給你帶來相應(yīng)的價(jià)值回報(bào)。
聰明的消費(fèi)者,不如拿出賬本好好算一算,一臺(tái)新設(shè)備的使用,能在多大程度上提高作業(yè)效率,能為你節(jié)省多少生產(chǎn)成本。
農(nóng)業(yè)植保服務(wù)的成本主要包括人工成本和設(shè)備成本。使用普通GPS的植保機(jī),由于無法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)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(tǒng)的植保機(jī),只需一名操作人員即可完成全套作業(yè),人工成本降低至過去的三分之一。
在農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域,定位精度正是提高系統(tǒng)作業(yè)精度的關(guān)鍵限制因素,一方面,定位精度這一變量直接影響到航線規(guī)劃和藥劑噴灑精準(zhǔn)度等其它變量;另一方面,使用普通GPS的無人機(jī)在實(shí)際作業(yè)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(shù)應(yīng)用到植保無人機(jī)中,提高了飛行和噴灑的雙重精準(zhǔn)度,恰恰是突破這一關(guān)鍵限制因素的一劑良方。隨著技術(shù)成本的降低,RTK系統(tǒng)大有可能成為行業(yè)應(yīng)用級(jí)無人機(jī)的標(biāo)配,也將在未來農(nóng)業(yè)植保中得到越來越廣泛的應(yīng)用。