新疆昌吉市濱湖鎮(zhèn)農(nóng)機管理站 范治璇

新疆昌吉市位于天山北坡經(jīng)濟帶的核心位置，地處準葛爾盆地南緣，地勢平坦開闊，土地肥沃，適于種植甜菜、小麥、棉花、玉米、番茄等大田作物。近年來，昌吉市土地整合連片經(jīng)營種植已頗具規(guī)模，大型農(nóng)機裝備已可以無障礙運行，這也為衛(wèi)星定位導(dǎo)航和拖拉機自動駕駛系統(tǒng)的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。2013年以來，昌吉州、市兩級政府投入巨額財政資金引進該項技術(shù)設(shè)備投入使用，效果明顯，獲得專家、農(nóng)民群眾的一致認可。衛(wèi)星定位導(dǎo)航和拖拉機自動駕駛系統(tǒng)已成為昌吉市發(fā)展現(xiàn)代化大農(nóng)業(yè)的一個重要組成部分。

1 系統(tǒng)介紹

1.1 衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)

采用國產(chǎn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）和美國全球定位系統(tǒng)（GPS）兩種衛(wèi)星接收系統(tǒng)，互為備份作為驗證比較使用。兩種系統(tǒng)都包括地面差分基站、接收機、引導(dǎo)光靶和控制器等設(shè)備。

1.2 拖拉機自動駕駛系統(tǒng)

主要有電動控制、直接界面控制和液壓控制三種形式。電動駕駛控制由高扭矩的直驅(qū)電機驅(qū)動精確駕駛方向盤完成方向操作，方向盤內(nèi)置方向傳感器,能實現(xiàn)高精度自動駕駛。直接的界面駕駛控制是根據(jù)拖拉機的系統(tǒng)狀況提供標準的總線接口界面自動調(diào)節(jié)拖拉機液壓閥，達到控制目的。液壓駕駛控制則要在拖拉機液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中嵌入安裝液壓控制閥和車輪角度傳感器，才能實現(xiàn)拖拉機自動駕駛。

2 應(yīng)用情況

2013年昌吉市引進6套衛(wèi)星導(dǎo)航自動駕駛設(shè)備（美國拓普康和天寶品牌）并在濱湖鎮(zhèn)、榆樹溝鎮(zhèn)、大西渠鎮(zhèn)等3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)推廣使用，分別安裝在東方紅、約翰·迪爾等大型拖拉機上，主要應(yīng)用于機采棉、機收甜菜、制種玉米等機械化示范基地的鋪膜播種、噴藥作業(yè)環(huán)節(jié)，作業(yè)總面積達到900km2。

2.1 系統(tǒng)方案

昌吉市選用的拖拉機自動駕駛系統(tǒng)采用電動控制（5臺拖拉機采用）和液壓控制（1臺拖拉機采用）兩種方案。其中電動駕駛控制系統(tǒng)升級使用RTK（實時動態(tài)定位）系統(tǒng)，精度達到2cm以內(nèi)。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（包括BDS和GPS）的差分改正信號由地面電臺式基站發(fā)送，為使信號更穩(wěn)定，在實踐應(yīng)用中設(shè)定半徑為5km（有效半徑≤15km）。

圖1 放置于昌吉市濱湖鎮(zhèn)農(nóng)機示范基地的北斗導(dǎo)航差分基站

2.2 使用情況比較

兩種自動駕駛方案在實際應(yīng)用中相比較，電動駕駛控制系統(tǒng)適用性更好，優(yōu)點更突出，主要表現(xiàn)在：電動方向盤通用性、互換性好，可在任何輪式拖拉機上拆裝調(diào)換，不改變液壓油路；駕駛反饋性好；設(shè)置簡單，可逆向操作；地形適應(yīng)性好，配置靈活，地形惡劣時可自主選用車輪轉(zhuǎn)角傳感器實現(xiàn)更加穩(wěn)定的自動駕駛。液壓駕駛控制系統(tǒng)則需改變原車液壓系統(tǒng)，安裝較為困難，技術(shù)維護難度大。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與全球定位系統(tǒng)相比，導(dǎo)航效果相當，但設(shè)備成熟度相對較低，基站設(shè)備體積稍大，配套欠缺，有待進步。

2.3 系統(tǒng)的優(yōu)勢

這項新技術(shù)在昌吉市各示范基地的應(yīng)用實踐證明，自動駕駛系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)作業(yè)方式，能做到播行筆直，達到1km僅有2cm直線誤差，人工無法做到這樣精準的操作；鋪膜播種行距一致性好，無壓膜等行間干擾現(xiàn)象，便于后續(xù)中耕或打藥環(huán)節(jié)的作業(yè)；導(dǎo)航系統(tǒng)的控制器可識別地塊邊界和U形轉(zhuǎn)彎，而且容易鎖定下一條行駛路線，不遺失或重復(fù)工作區(qū)域。

3 效果分析

從各種作物的播種、噴藥作業(yè)實踐來看，采用衛(wèi)星定位導(dǎo)航和拖拉機自動駕駛系統(tǒng)可產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

3.1 土地利用率提高

精確的交接使土地利用率提高15%，避免了土地浪費，增產(chǎn)效果顯著，經(jīng)濟效益好。

3.2 人機功效突出

自動駕駛系統(tǒng)減輕了駕駛?cè)藛T的勞動強度，機械操作疲勞度明顯降低，播種、噴藥等作業(yè)行走過程不需人工干預(yù)，作業(yè)不受光線限制，作業(yè)時間延長，機械利用率提高。

3.3 作業(yè)質(zhì)量大幅提升

農(nóng)機作業(yè)真正做到了播行整齊、行距一致、不重播、不漏播的農(nóng)田作業(yè)標準。

3.4 系統(tǒng)適應(yīng)性好

圖2 安裝自動駕駛系統(tǒng)的拖拉機正在種作業(yè)

衛(wèi)星定位系統(tǒng)可靈活架設(shè)基站，在信號覆蓋范圍內(nèi)開展導(dǎo)航作業(yè)，機械作業(yè)過

圖3 安裝衛(wèi)星導(dǎo)航自動駕駛系統(tǒng)的拖拉機在噴藥

4 系統(tǒng)推廣的不利因素和對策

4.1 設(shè)備費用高

衛(wèi)星定位導(dǎo)航自動駕駛終端設(shè)備多為進口，其單套價格達8~12萬元，雖然政府投入了巨額補貼，但昂貴的價格仍然限制了它的大范圍推廣。這是該項技術(shù)推廣的不利因素之一。由于單機價格很高，成本控制、分攤就要重點考慮。因此自動駕駛系統(tǒng)推薦安裝在大型拖拉機上并開展大面積作業(yè)，有利于降低單位成本。

4.2 農(nóng)民不易掌握技術(shù)

改裝拆換技術(shù)難度高，設(shè)備保養(yǎng)維護困難，調(diào)試安裝需要專業(yè)人員操作，農(nóng)民不易掌握，這對企業(yè)售后服務(wù)提出更高要求。農(nóng)機部門要把好關(guān)，選擇有實力、信譽好的企業(yè)來做產(chǎn)品銷售和服務(wù)。

4.3 信號覆蓋有限

電臺式基站信號覆蓋有限，影響跨區(qū)域作業(yè)。可以考慮增GSM信號源，采用網(wǎng)絡(luò)通訊模式的參考站接收設(shè)備及軟件，使基站覆蓋范圍達到70km，解決跨區(qū)問題。

5 應(yīng)用前景

通過在播種、噴藥過程中的實際應(yīng)用效果表明,衛(wèi)星定位導(dǎo)航自動駕駛系統(tǒng)優(yōu)勢明顯,其運行特點適合在播種、起壟、開溝、施肥、噴藥、收獲等各作業(yè)環(huán)節(jié)使用，有著廣闊的發(fā)展前景。