新疆生產(chǎn)建設兵團第五師農(nóng)機安全監(jiān)理所 謝俊華

新疆生產(chǎn)建設兵團第五師81團農(nóng)業(yè)科 顏登軍

新疆生產(chǎn)建設兵團第五師農(nóng)科所 郭海玲

拖拉機自動導航駕駛技術在新疆生產(chǎn)建設兵團的應用
——以第五師81團為例

新疆生產(chǎn)建設兵團第五師農(nóng)機安全監(jiān)理所 謝俊華

新疆生產(chǎn)建設兵團第五師81團農(nóng)業(yè)科 顏登軍

新疆生產(chǎn)建設兵團第五師農(nóng)科所 郭海玲

本文以新疆生產(chǎn)建設兵團第五師81團為例，介紹了拖拉機自動導航駕駛系統(tǒng)的定義、組成、工作原理，闡述了該技術在81團推廣應用情況、主要經(jīng)驗及啟示與建議。通過使用該項技術，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的作業(yè)質量，減少成本，節(jié)約資源，對81團精準農(nóng)業(yè)高新技術應用推廣具有重要意義。

拖拉機；自動導航駕駛技術；81團

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，拖拉機是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械中最重要的驅動力，主要驅動各種機械化操作，它可以掛載或連接到牽引農(nóng)機具的大多數(shù)領域的工作，還可以進行拖車運輸業(yè)務，所以拖拉機是實施“精準農(nóng)業(yè)”的根本動力。

傳統(tǒng)的農(nóng)田作業(yè)完全依賴駕駛員的駕駛經(jīng)驗，在直線度和結合線的精度上很難得到保證，尤其在地塊較大的情況下，偏航的情況在所難免。返工、播種時的重漏、結合線偏差過大直接造成生產(chǎn)成本的增加和地塊利用率的降低。

農(nóng)田拖拉機自動駕駛技術使用在保證土地農(nóng)作物之間的行距、間距的同時，能長時間的精確作業(yè)而不受時間的限制，農(nóng)忙時期可以晝夜作業(yè)，避免因夜間光線不足而無法作業(yè)的問題。在降低人工技術需求的同時，極大提高作業(yè)質量和效率，減少重復作業(yè)，節(jié)約時間，降低作業(yè)成本，減輕駕駛員的工作負擔。

1 拖拉機自動導航駕駛系統(tǒng)

1.1 定義

拖拉機自動駕駛系統(tǒng)是無人直接參與下駕駛拖拉機行駛的自動控制系統(tǒng)。利用計算機實時控制技術，在車輛上建立自動駕駛控制裝置和自動駕駛執(zhí)行裝置，代替有經(jīng)驗的駕駛員自動操縱車輛?？商岣哕囕v的主動安全性，降低車輛的燃料消耗，減少排氣污染，提高車輛的作業(yè)效率，同時也可減輕駕駛員的負擔。

1.2 組成

拖拉機自動駕駛平臺按照功能不同可以分為定位導航系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、自動執(zhí)行系統(tǒng)等。本團使用的自動導航駕駛產(chǎn)品主要是廣州中海達衛(wèi)星導航技術股份有限公司提供的自動導航駕駛系統(tǒng)和北京麥格天農(nóng)科技發(fā)展有限公司提供的美國天寶GPS自動導航駕駛產(chǎn)品。以美國天寶GPS自動導航駕駛系統(tǒng)為例，其主要組成如圖1所示。

（1）導航光靶：內置雙頻衛(wèi)星信號接收機；31個醒目指示燈在任何能見度下快速給您在線信息反饋；多重導航模式可供選擇：直線、曲線、環(huán)線；大按鈕，一按即可完成所有主要導航功能，衛(wèi)星定位狀態(tài)，設置和幫助功能的控制；使用U盤簡單快速地把每天的作業(yè)數(shù)據(jù)導入計算機，用于出圖和打印報告。

圖1 自動導航駕駛系統(tǒng)組成

（2）方向傳感器：獨特的方向傳感器向導航控制器發(fā)送高精度的轉角信息。

（3）通信模塊：通過GPRS/CDMA登陸服務器，接收基站的差分數(shù)據(jù)。

（4）導航控制器：自動駕駛系統(tǒng)的核心，通過接收衛(wèi)星信號的定位信息和方向傳感器的轉角信息，向液壓系統(tǒng)發(fā)送指令。

（5）液壓控制器：液壓控制器根據(jù)導航控制器發(fā)送的指令，改變油箱的流量和流向，保證農(nóng)機按照設定的路線行駛。

1.3 工作原理

導航控制器根據(jù)衛(wèi)星定位的坐標及車輪的轉動情況，實時向液壓控制閥發(fā)送指令，通過控制液壓系統(tǒng)油量的流量和流向，控制車輛的行駛，確保車輛按照導航光靶設定的路線行駛。

2 81團推廣應用概況

2014年五師引進了拖拉機衛(wèi)星導航自動駕駛技術，該技術可控制車輛按規(guī)定的路線行駛，根據(jù)拖拉機的定位數(shù)據(jù)與期望的比較得到定位誤差，并按一定的控制規(guī)律控制拖拉機按規(guī)劃的路徑行駛。經(jīng)過改裝的拖拉機不需要農(nóng)機手再操作方向盤，通過衛(wèi)星和信號基站定位就可實現(xiàn)農(nóng)作物播種、噴藥、收獲等機械化精準作業(yè)。截至目前，該項技術已在全師棉花、玉米、小麥的播種作業(yè)中應用，并取得了較好的效果。

81團農(nóng)機部門積極協(xié)調、組織落實拖拉機衛(wèi)星導航自動駕駛技術運用項目。目前，全團53臺拖拉機全部安裝了GPS衛(wèi)星導航自動駕駛儀，通過廠家售后服務人員集中調試和操作培訓的無償技術指導，團場通過現(xiàn)場教學的方式，對農(nóng)機駕駛人員進行培訓。2014年對于安裝使用拖拉機衛(wèi)星導航自動駕駛系統(tǒng)的農(nóng)機職工，在享受國家農(nóng)機購置補助3.12萬元/臺同時，團場補貼2.88萬元/臺，職工只需支付5萬元；2015年購買的機車，只享受國家農(nóng)機購置補助3萬元/臺的補貼，職工支付5.7萬元/臺。

3 應用效果

從2014年開始，81團陸續(xù)引進GPS衛(wèi)星導航自動駕駛儀用于播種。應用GPS衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)后，目前，全團100%實現(xiàn)自動駕駛播種技術，播種機實現(xiàn)了自動駕駛、高精度播種、1 km播行垂直誤差不超過2 cm，解決了困擾職工多年的棉花種植“播行不直、接茬不準”的大難題。在播種作業(yè)中，駕駛員在播種時，只需腳踏油門，一切均由衛(wèi)星系統(tǒng)完成，大大減輕駕駛員的勞動強度。GPS衛(wèi)星導航自動駕駛儀運用于農(nóng)業(yè)播種生產(chǎn)中，在降低成本、搶抓農(nóng)時、解放勞動力等方面發(fā)揮了重大作用。

（1）在大功率拖拉機上安裝自動導航駕駛系統(tǒng)，與配套農(nóng)機具進行耕地、整地、播種、噴藥、施肥、收獲等農(nóng)田作業(yè)，可實現(xiàn)24 h不間斷作業(yè)，提高拖拉機的作業(yè)效率20%～30%，提高農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)率、降低成本、增加綜合效益。

（2）降低農(nóng)機職工的勞動強度，緩解單調反復的拖拉機駕駛工作壓力，更好地觀察農(nóng)機具的工作狀況，提高作業(yè)質量，節(jié)省人工費用1倍以上。以播種棉花為例，2015年全團51臺播種機車播種棉花9.952萬畝(1hm2=15畝)地，相比往年，春播一季每臺播種機車都不用再雇用其他播種手，可減少的雇工費1萬元/臺的投入，使用衛(wèi)星導航操作系統(tǒng)后，使春播作業(yè)累計增效53萬元，有效增加了農(nóng)機工人的作業(yè)利潤。

（3）提高田間作業(yè)質量和精度，播種100%實現(xiàn)了播行端直，土地有效利用率提高3%，為后續(xù)實現(xiàn)棉花機采、減少棉花田間浪費打下了堅實的基礎。減少空耗，動力節(jié)油5%，節(jié)肥、節(jié)藥效果顯著。

4 主要經(jīng)驗、啟示與建議

4.1 主要經(jīng)驗

（1）衛(wèi)星導航自動駕駛系統(tǒng)液壓部件比較精密，主要使用拖拉機的液壓系統(tǒng)，所以拖拉機的液壓油一定要常更換，并保持清潔。

（2）作業(yè)地塊與基站距離最好在20 km以內，且天線不能遮擋，影響信號接收和系統(tǒng)調試，基站需要配備備用電瓶，防止斷電后影響拖拉機作業(yè)，使用小的移動基站，電瓶電量一定要夠，電壓要穩(wěn)。

（3）在實際作業(yè)過程中，駕駛員應注意力保持集中，時刻注意田塊中電線桿、滴灌出水立柱等的障礙物，播種機上的劃行器不能拆除，特別是在信號不穩(wěn)定時，為不影響作業(yè)，需要劃行器輔助作業(yè)。

（4）衛(wèi)星導航自動駕駛系統(tǒng)的顯示屏是液晶觸摸屏，所以擦拭灰塵應在拖拉機啟動前，嚴禁在作業(yè)中擦拭灰塵，避免作業(yè)精度出現(xiàn)誤差。

（5）使用拖拉機衛(wèi)星導航自動駕駛系統(tǒng)，需要建設信號接收發(fā)射基站，這就需要到當?shù)責o線電管理局辦理使用許可證。在無線電管理局劃定的頻率范圍內使用，每年繳納相應頻率使用費用。否則，無許可證使用無線電，若影響了軍事、民航、防雹作業(yè)等造成損失需承擔相應法律責任，而且頻率相近也影響自身作業(yè)。

4.2 啟示與建議

（1）拖拉機自動導航駕駛系統(tǒng)的應用關鍵在于須選擇產(chǎn)品性能穩(wěn)定、售后服務跟得上的代理廠家進行合作。自動導航駕駛系統(tǒng)涉及到電控、液壓、電子信息網(wǎng)絡等諸多方面，一旦出現(xiàn)故障，農(nóng)機職工自身無法維護，部分廠家的售后服務人員不足，不能及時解決問題，更有些故障是維修人員也找不到問題的原因，耽誤了農(nóng)機正常機械作業(yè)。

（2）安裝導航產(chǎn)品成本較高，雖然有國家購機補貼政策、團基本上也都有政策的支持，但導航產(chǎn)品入手的價格基本在4～5萬元，在一定程度上增加了農(nóng)機職工成本，建議出臺更優(yōu)惠政策，加大補貼力度，減少職工投入。

（3）加大GPS衛(wèi)星導航自動駕駛技術的培訓，使農(nóng)機職工能夠真正掌握此技術，出現(xiàn)簡單的故障，能夠自行解決。

（4）目前自動導航設備市場有待于規(guī)范，代理商較多，不同的代理商所代理的導航設備的基站差分協(xié)議不同，差分信號不能通用，每一個品牌就得設1個RTK地面差分基站，造成重復投資，給用戶造成使用不便。

5 結束語

綜上所述，拖拉機自動駕駛技術提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的作業(yè)質量，減少成本，節(jié)約資源，對81團精準農(nóng)業(yè)高新技術應用推廣具有重要意義。全面提升81團農(nóng)業(yè)機械化、自動化與智能化水平，促進了農(nóng)機與農(nóng)藝、農(nóng)機化與信息化有機融合。

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2016-07-03）