5G在城郊智慧农场多机协同作业中的组网研究

对单台农机作业技术的研究逐渐趋向成熟，鲜有看到对多台农机联合作业通信技术的研究报道。多台农机作业过程中通过车载传感器不断地采集大量不同种类的数据(图像、视频等)，5G能否满足这些数据对带宽、时延、速率等传输要求以实现机群协同作业是值得研究的科学问题。本文经过细致梳理国内外研究现状与动态分析，提出无线通信技术支撑多机协同作业是智慧农场的关键技术特征；当前4G、5G在农场中的覆盖范围与信号强度是否支撑多机协同作业值得研究。本文选取河南新乡国家级某农业科技园区作为实验基地，通过设计实验，测试参考信号接收功率和信号与干扰加噪声比指标，采用车载仪器与手持仪表对4G、5G信号覆盖范围与强度进行实际测量，并将测量数据绘图进行可视化展示与分析，为智慧农场多机协同作业如何采用4G、5G混合组网提供科学依据与指导。

随着工业信息化与城镇化的持续推进，我国从事传统农业生产的劳动力逐渐减少，农业劳动力的老龄化与短缺问题逐渐突显，成为制约农业发展的重要因素。未来谁来种地，用什么设备种地是我国亟需解决的问题，农机作业是重复而繁重的作业，作业环境相对封闭，为无人驾驶农机落地提供了天然的条件。随着国家政策对智慧农业、无人农场的需求倾斜，国内对无人驾驶的需求不断增大，各地都在对无人示范农场、智慧农业进行搭建，以尝试和打通无人化农业的进程。发展以“机器替换人”进行农业生产为主要特征的现代化智慧农业的需求日趋增加[1] [2]；智慧农业是未来农业的发展方向， 是现代农业的高级形式[3] [4]。针对农作物种植区域，实现“耕、种、管、收、运”环节的无人化作业需要使用不同种类的自动驾驶农机装备(拖拉机、收割机、运粮车等)，其核心优势表现在提高作业精度与效率、提升农户操作体验、降低农户劳动强度与单位面积投入成本等。单台无人驾驶拖拉机每日作业量达到16 hm2，行驶速度也能达到12 km/h， 高精度作业和全地形适应能力使得自动驾驶相对人工驾驶在每日作业量与行驶速度分别提高约33.3%与50% [5]；在红外、导航定位、毫米波雷达等感知技术的辅助下，拖拉机即使在夜间无人驾驶的状态下也能够保证作业效率；自动驾驶农机凭借最优的路径规划减少不必要的行程，有效降低油耗与环境污染的同时， 还减少对土壤的压实[6] [7]。

农机自动驾驶是指农机设备通过自身安装的各种传感器与通信设备获取车辆周围环境信息与自身空间位置，自主按照预设行驶路线并主动避让障碍