關(guān)鍵詞：5G；大數(shù)據(jù)；人工智能；智能農(nóng)機；無人駕駛

0引言

我國糧食生產(chǎn)以小農(nóng)經(jīng)營為主，生產(chǎn)規(guī)模比較小，隨著流轉(zhuǎn)和托管模式的發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)?；幸欢ǜ淖?，但是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受傳統(tǒng)資源約束的影響還是比較大，局面沒有發(fā)生根本改變。隨著我國城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源要素的平衡被打破，引發(fā)了我國當前農(nóng)村面臨的客觀窘相：勞動力流失、耕地撂荒和農(nóng)村空心化等。近年來，數(shù)字化、自動化和智能化技術(shù)在糧食生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用步伐加快，機械化生產(chǎn)與信息化技術(shù)深度融合，初步形成了無人化農(nóng)業(yè)概念，引發(fā)社會廣泛關(guān)注。無人化農(nóng)業(yè)系統(tǒng)包括生產(chǎn)信息采集設(shè)施、生產(chǎn)作業(yè)裝備和生產(chǎn)管理平臺3大組成部分，以全過程智能化管控、精準化作業(yè)實施為核心，通過數(shù)據(jù)孿生，指導和驅(qū)動糧食生產(chǎn)運行，以實現(xiàn)糧食生產(chǎn)的降本、高效、精準和綠色。

5G網(wǎng)絡(luò)，下行峰值數(shù)據(jù)速率可達20Gbps，而上行峰值數(shù)據(jù)速率超過10Gbps；此外，5G還將大大降低時延及提高整體網(wǎng)絡(luò)效率，簡化后的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將提供lt;5ms的端到端延遲[1-3]。5G帶來的是超越光纖的傳輸速度，超越工業(yè)總線的實時能力及全空間的連接，5G將會帶來業(yè)務(wù)場景的全面創(chuàng)新?；?G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，充分運用智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，融合5G、人工智能和數(shù)字孿生等賦能手段，搭建技術(shù)創(chuàng)新平臺、構(gòu)建技術(shù)協(xié)同體系、汲取行業(yè)市場需求及攻關(guān)農(nóng)機短板，在研發(fā)農(nóng)機共性、關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)面向市場且應(yīng)用性較強的系列云服務(wù)平臺產(chǎn)品，為農(nóng)機行業(yè)及農(nóng)村用戶提供自主可控的綜合性系統(tǒng)解決方案[4-8]。

15G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺主要功能和設(shè)計理念

1.1主要功能

大田耕作區(qū)以大田作物玉米和小麥輪作為主、經(jīng)濟作物為輔進行生產(chǎn)，在此區(qū)域內(nèi)利用智能農(nóng)業(yè)機械、田間傳感網(wǎng)絡(luò)、5G通信技術(shù)、智能灌溉系統(tǒng)、機藝融合技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)和3S技術(shù)等建立面向未來的智慧大田種植體系，探索智慧農(nóng)業(yè)的實施路徑，并以此核心種植區(qū)域的實踐結(jié)果向其余大田區(qū)域擴散[9-11]。

規(guī)劃建設(shè)15.33hm2（230畝）農(nóng)業(yè)耕作區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)利用智能農(nóng)業(yè)機械、田間傳感網(wǎng)絡(luò)、SG通信技術(shù)、智能灌溉系統(tǒng)、機藝融合技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)和3S技術(shù)等建立面向未來的智慧稻田種植體系，探索智慧稻田的實施路徑。

建設(shè)無人車試驗區(qū)，占地1.67hm2（25畝），主要進行無人農(nóng)機的驗證、展示。構(gòu)建多機協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)，充分利用北斗GNSS衛(wèi)星導航高精度定位系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)、農(nóng)機整車控制器和傳感器環(huán)境感知系統(tǒng)提供的技術(shù)能力，解決多臺農(nóng)機自主、協(xié)同作業(yè)問題。通過多機協(xié)同作業(yè)提高作業(yè)效率、降低人工成本、縮短作業(yè)時間、適配農(nóng)藝要求及優(yōu)化機具匹配，實現(xiàn)更高效、可持續(xù)的綠色智能農(nóng)業(yè)發(fā)展要求。

建設(shè)新技術(shù)驗證區(qū)，約占地5.33hm2（80畝）。主要用于智慧農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)機和機藝融合等各種新技術(shù)的驗證；結(jié)合科研院所進行土壤改良、作物新品種和農(nóng)藝新技術(shù)等的試驗及應(yīng)用；作為智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)應(yīng)用的創(chuàng)新地，為其他地塊提供新技術(shù)應(yīng)用支持。

1.2設(shè)計理念

該項目建設(shè)一個以物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)及控制為核心的大田農(nóng)機管控系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)合衛(wèi)星導航、自組通信網(wǎng)絡(luò)，提供一個包含導航終端、自動駕駛和大數(shù)據(jù)挖掘的綜合農(nóng)機管控方案。通過各種類型的農(nóng)機智能終端，提供農(nóng)機管理、車身數(shù)據(jù)采集、自動駕駛作業(yè)和變量控制作業(yè)等功能，平臺將充分采集農(nóng)機實時信息，使移動管理終端具備查詢、調(diào)度、定位、測量、計算和管理等功能。

2多農(nóng)機智能作業(yè)平臺建設(shè)方案

2.1項目目標

多機協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)充分利用北斗GNSS衛(wèi)星導航高精度定位系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)、拖拉機整車控制器多傳感器環(huán)境感知系統(tǒng)提供的技術(shù)能力，解決多臺拖拉機自主、協(xié)同作業(yè)問題：目標模式A，單臺拖拉機無人自主駕駛（多種路徑規(guī)劃、靜態(tài)障礙物避障）；目標模式B，兩臺拖拉機模擬協(xié)同作業(yè)（播種協(xié)同、收割協(xié)同、青貯協(xié)同）；目標模式C，有人駕駛、無人駕駛拖拉機協(xié)同作業(yè)。

通過多機協(xié)同作業(yè)解決提高作業(yè)效率、降低人工成本、縮短作業(yè)時間、適配農(nóng)藝要求和優(yōu)化機具匹配問題，實現(xiàn)更高效、可持的綠色智能農(nóng)業(yè)發(fā)展要求。

2.2系統(tǒng)硬件選型

本多機協(xié)同系統(tǒng)設(shè)計方案的實施目標：基于合作方的自動駕駛產(chǎn)品（使用固定式RTK差分基準站）、戰(zhàn)術(shù)自組網(wǎng)通信終端和5G移動通訊網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)上述3個項目目標。多機協(xié)同系統(tǒng)設(shè)備連接如圖1所示。

2.3系統(tǒng)設(shè)計方案

2.3.1總體設(shè)計方案

系統(tǒng)設(shè)計方案如圖2所示。在多機協(xié)同作業(yè)中心（云平臺）完成多機協(xié)同的全局協(xié)同規(guī)劃（全路徑規(guī)劃且實現(xiàn)靜態(tài)障礙物避障）；在終端僅進行動態(tài)局部協(xié)同的實時調(diào)整并基于多傳感器環(huán)境感知／安全策略，實現(xiàn)基本的動態(tài)避障和無人駕駛多機協(xié)同、單機無人自主駕駛及有人與無人駕駛協(xié)同。

2.3.2系統(tǒng)設(shè)計

云端平臺全局規(guī)劃作業(yè)分為兩種情況：單機無人自動作業(yè)和多機協(xié)同作業(yè)。

（1）單機無人自動作業(yè)。云端平臺根據(jù)作業(yè)地塊信息，預(yù)置單機作業(yè)方式（套行、梭形）。①生成作業(yè)地塊的全路徑規(guī)劃。②在預(yù)置調(diào)度區(qū)域?qū)㈩A(yù)先定義好的移庫路徑與作業(yè)地塊的全路徑規(guī)劃按照拼接邏輯進行拼接，生成全局規(guī)劃路徑并生成關(guān)鍵點集。③先由關(guān)鍵點集產(chǎn)生作業(yè)速度剖面，再根據(jù)作業(yè)機具作業(yè)速度剖面對生成的全路徑上每個路徑點增加時長信息，生成全局規(guī)劃軌跡。④在全局規(guī)劃軌跡上增加關(guān)鍵點農(nóng)具控制信息，生成全局規(guī)劃作業(yè)。

（2）多機協(xié)同作業(yè)。云端平臺根據(jù)作業(yè)地塊信息，預(yù)置多機協(xié)同作業(yè)方式。①生成協(xié)同作業(yè)地塊的全路徑規(guī)劃，根據(jù)協(xié)同作業(yè)方式（左右、前后），按照協(xié)同位置約束進行協(xié)同路徑點映射（協(xié)同路徑由一一對應(yīng)的協(xié)同點組成），分別生成由一一對應(yīng)路徑點組成的協(xié)同規(guī)劃路徑。②在預(yù)置調(diào)度區(qū)域（協(xié)同車輛可使用相同的預(yù)置調(diào)度區(qū)域，也可使用不同的預(yù)置調(diào)度區(qū)域）將預(yù)先定義好的不同協(xié)同車輛的移庫路徑分別和與其對應(yīng)的全路徑規(guī)劃進行拼接，生成協(xié)同全局規(guī)劃路徑，同時生成協(xié)同全局規(guī)劃路徑的關(guān)鍵點集。③由關(guān)鍵點集產(chǎn)生協(xié)同作業(yè)速度剖面，再根據(jù)作業(yè)機具作業(yè)速度剖面對生成的主終端全路徑上每個路徑點增加時長信息，生成主終端全局規(guī)劃軌跡；將一一對應(yīng)點的時長信息拷貝至協(xié)同全局規(guī)劃路徑中，生成從終端全局規(guī)劃軌跡。④在主從協(xié)同全局規(guī)劃軌跡上增加關(guān)鍵點農(nóng)具控制信息，生成協(xié)同全局規(guī)劃作業(yè)。

3協(xié)同終端設(shè)計

3.1協(xié)同終端總體構(gòu)架

協(xié)同作業(yè)終端的總體構(gòu)架如圖3所示，協(xié)同作業(yè)終端分為3個部分：系統(tǒng)操作層、算法模塊和安全／監(jiān)控層。系統(tǒng)操作層根據(jù)全路徑規(guī)劃（包括靜態(tài)避障規(guī)劃）的多機協(xié)同作業(yè)路徑完成自動駕駛、多機協(xié)同作業(yè)車輛速度及農(nóng)具控制控制。算法模塊用于提取作業(yè)規(guī)劃路徑，進行自動駕駛控制；提取車輛速度控制信息，進行協(xié)同速度控制；提取關(guān)鍵點農(nóng)具控制信息，進行農(nóng)具控制。安全／系統(tǒng)監(jiān)控模塊完成多機協(xié)同作業(yè)的實時通訊及狀態(tài)監(jiān)控工作。

協(xié)同作業(yè)終端的3個部分相互獨立，實現(xiàn)上也是3個不同實體。協(xié)同映射點管理是協(xié)同作業(yè)算法的關(guān)鍵，通過映射點，完成協(xié)同需要的速度局部調(diào)整。關(guān)鍵節(jié)點控制的輸出結(jié)果對應(yīng)不同作業(yè)階段的農(nóng)具操作控制。將提取的規(guī)劃路徑信息和上述解析內(nèi)容分別發(fā)送給自動駕駛控制器、整車控制器完成協(xié)同作業(yè)需要的自動駕駛和農(nóng)具控制。

主從拖拉機均運行上述3個部分，通過自組網(wǎng)通信設(shè)備進行位置、速度和對應(yīng)軌跡點序號等信息交互。即所有導航相關(guān)處理均在本機進行（邊緣計算），據(jù)此提高整個多機協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)的可靠性，即使短暫出現(xiàn)無線通信鏈路故障，多機協(xié)同作業(yè)仍可繼續(xù)進行。

3.2多機協(xié)同目標模式

3.2.1模式A：單車無人駕駛

云端控制中心根據(jù)無人作業(yè)車輛位置，按照作業(yè)需求完成無人作業(yè)的全路徑規(guī)劃，并將全路徑作業(yè)任務(wù)下達到終端設(shè)備。自動駕駛控制器完成自動駕駛轉(zhuǎn)向控制并將作業(yè)路徑的屬性及關(guān)鍵點信息（直線、曲線、地頭、靜態(tài)障礙物、前進倒車和關(guān)鍵點距離等）通過CAN總線發(fā)送至拖拉機整車控制器，整車控制器控制拖拉機和農(nóng)具動作。

（1）全路徑規(guī)劃一：跳行作業(yè)。對于較寬的作業(yè)場地，使用跳行規(guī)劃方式完成整個無人駕駛作業(yè)過程。跳行作業(yè)要求地塊的半寬度滿足最小轉(zhuǎn)彎直徑要求，整個地塊分為兩個作業(yè)區(qū)，每個作業(yè)區(qū)作業(yè)車輛按照相同方向作業(yè)，如圖4a所示。

以東方紅LF2204型拖拉機為例，最小轉(zhuǎn)彎半徑6.5m，若農(nóng)具幅寬為2.8m，則需要跨越5壟轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)最小路徑單元，并以此單元拼接，直至整個地塊作業(yè)完成。此時地塊寬度為10個壟寬，即28m。

（2）全路徑規(guī)劃二：梭形作業(yè)。對于較窄的作業(yè)場地，場地寬度不滿足跳行作業(yè)要求，可使用梭形方式完成整個無人駕駛作業(yè)過程。該模式由整車控制器在關(guān)鍵點處控制車輛完成梭形掉頭，如圖4b所示。

（3）全路徑規(guī)劃三：靜態(tài)避障規(guī)劃。如圖4b所示，云端可根據(jù)靜態(tài)障礙物的大小、位置，選擇最優(yōu)的繞行路徑并將包含靜態(tài)障礙物避障規(guī)劃的全路徑作業(yè)規(guī)劃下發(fā)到終端執(zhí)行。

（4）全路徑規(guī)劃四：移庫作業(yè)規(guī)劃?？紤]工程實現(xiàn)及多機協(xié)同項目重點及背景數(shù)據(jù)采集問題，云端作業(yè)切換需要實現(xiàn)作業(yè)地塊到車庫／油庫及地塊到地塊間的相互轉(zhuǎn)移。移庫采用預(yù)置退出區(qū)域，采用預(yù)先人工駕駛?cè)窂接涗浄绞剑谛枰M行作業(yè)點切換時調(diào)出并完成程序化無人駕駛的切換／移庫作業(yè)。

此需求的實現(xiàn)，需要定義作業(yè)地塊的進入、退出點并預(yù)先完成所有可能的轉(zhuǎn)移路線的手工駕駛?cè)窂接涗浌ぷ鳎杀４嬖谠贫嘶蚪K端，根據(jù)需要予以調(diào)用或執(zhí)行。

3.2.2模式B：無人駕駛雙車協(xié)同

雙車協(xié)同以云端下發(fā)的全路徑規(guī)劃為基礎(chǔ)，基于雙車位置進行局部的動態(tài)規(guī)劃調(diào)整，然后通過自動駕駛控制器、整車控制器的協(xié)同實現(xiàn)不同的無人駕駛雙車協(xié)同作業(yè)。

（1）無人駕駛雙車協(xié)同一：播種協(xié)同。旋耕、播種等作業(yè)多車協(xié)同，可在路徑規(guī)劃模式A的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)如下協(xié)同作業(yè)路徑，如圖5a所示，藍車（黑色）在前，紅車（灰色）在后，間隔一定距離L，此距離需大于安全距離。

（2）無人駕駛雙車協(xié)同二：收割協(xié)同。使用兩臺拖拉機實現(xiàn)類似收割機和運輸車的作業(yè)協(xié)同模式，主拖拉機模擬收割機，從拖拉機模擬運輸車。

路徑方面，收割機采用如圖5b所示的回形路徑，回形路徑一般無需倒車，作業(yè)效率高，一般人工駕駛收割機即采用回形路徑。但在最后的紅色（粗線）部分，轉(zhuǎn)彎半徑過小，需要切換為路徑規(guī)劃模式A的梭行路徑，才能完成整個作業(yè)。

協(xié)同方面，收割機沿“回”形最外側(cè)收割，收割5min后，在直線上，通過車間通信召喚運輸車來到收割機正后方的已收割區(qū)域，與收割機相距5m，保持與收割機的相對靜止直線運行1min，運輸車駛離到地邊指定點卸糧，等待下一次召喚。

模擬運輸車需要實時生成作業(yè)路徑。該路徑分為兩部分：垂直于收割作業(yè)行、收割作業(yè)行。根據(jù)預(yù)測協(xié)同位置，確認同步區(qū)域，然后生成模擬運輸車的兩段直線協(xié)同路徑（約束模擬運輸車原路返回同一個卸糧點）。

3.2.3模式C：有人駕駛與無人駕駛雙車協(xié)同

兩車以特定相對位置起步，前車人工駕駛，或直或彎，后車與其保持相對靜止。人工駕駛行為需要符合一定的規(guī)則：特定轉(zhuǎn)彎半徑下的最大速度應(yīng)不超過設(shè)定的最大橫向加速度；最小轉(zhuǎn)彎半徑不小于設(shè)定值；車輛加／減速變化不超過設(shè)定的加／減加速度；作業(yè)速度在設(shè)定范圍；主從車輛保持相對位置同時滿足作業(yè)區(qū)域邊界約束等。

3.3協(xié)同系統(tǒng)性能參數(shù)

3.3.1協(xié)同環(huán)境參數(shù)

橫向協(xié)同作業(yè)間距為0.5～1.5倍車長，縱向協(xié)同作業(yè)間距為0.5～1.5倍車長，測試地塊大小為100～200mx100～200m，協(xié)同作業(yè)速度為5～7km/h（根據(jù)攜帶農(nóng)具的不同有差異）。

3.3.2性能參數(shù)

使用合眾思壯慧農(nóng)EAS100型電動方向盤自動駕駛和WR03-MIMO戰(zhàn)術(shù)自組網(wǎng)終端，借助地面固定RTK實時載波相位差分技術(shù)，多機協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)預(yù)計獲得如下性能：協(xié)同定位精度lt; 30cm（橫向、縱向一地面RTK），協(xié)同航向精度lt;0.5，協(xié)同速度精度lt;0.2m/s。

4 5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案

4.1 5G主要應(yīng)用場景

根據(jù)中國一拖智慧農(nóng)業(yè)示范園的整體需求和業(yè)務(wù)特征，通過部署SG定制網(wǎng)，為項目中以下場景提供SG接入能力。場景一：視覺檢測類，包括工業(yè)視覺檢測、無人機巡檢；場景二：信息采集與控制類，包括農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備遠程控制、SG產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集；場景三：多機協(xié)同遠控類，包括無人農(nóng)機控制、自動駕駛數(shù)據(jù)回傳。

4.2網(wǎng)絡(luò)需求

時延要求：lt;20ms（無人農(nóng)機控制），總體要求時延lt;50ms；單終端帶寬：8M以上；本地數(shù)據(jù)不出園區(qū)；數(shù)據(jù)本地處理能力。

4.3建設(shè)方案

4.3.1 5G定制專網(wǎng)比鄰模式組網(wǎng)方案

考慮中國一拖智慧園區(qū)對時延、大帶寬及未來局部區(qū)域的大連接需求，采用比鄰模式的5G定制專網(wǎng)的建設(shè)方案。根據(jù)客戶需求和業(yè)務(wù)特征，新建5G網(wǎng)絡(luò)，通過SA網(wǎng)絡(luò)支持網(wǎng)絡(luò)切片。

UPF（用戶端口管理）下沉到園區(qū)數(shù)據(jù)機房，園區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)交互無需經(jīng)過大網(wǎng)，直接傳輸?shù)娇蛻舻膬?nèi)網(wǎng)服務(wù)器／數(shù)據(jù)中心，可保障數(shù)據(jù)不出園區(qū)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)安全隔離。

園區(qū)端到端交互時延減少，并提供一定的QoS保障。同時，對于大帶寬、時延敏感的計算工作，可依托邊緣MEC執(zhí)行，提升總體效率。

4.3.2專線保障

為滿足中國一拖智慧園區(qū)5G定制網(wǎng)各單元設(shè)備互聯(lián)，若后期有需求，中國電信洛陽分公司將對園區(qū)進行全光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，可將OLT等設(shè)備下沉至園區(qū)數(shù)據(jù)中心機房。各部門全部采用光纖與中心機房互聯(lián)，并且園區(qū)內(nèi)配置5G設(shè)備遠端、5GCPE和交換機等設(shè)備，以實現(xiàn)園區(qū)內(nèi)移動設(shè)備的5G、WIFI無線信號覆蓋和非移動設(shè)備的光纖、辦公網(wǎng)、智慧農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)（SAM）、企業(yè)資源系統(tǒng)（BPS）及生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）等的需求，并根據(jù)業(yè)務(wù)需要靈活選取設(shè)備接入方式，控制網(wǎng)絡(luò)使用成本。

4.4網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

根據(jù)項目需求和業(yè)務(wù)特征，中國電信洛陽分公司為園區(qū)新建5G網(wǎng)絡(luò)，通過SA網(wǎng)絡(luò)支持網(wǎng)絡(luò)切片，支持終端接人室分站。核心網(wǎng)側(cè)采用UPF下沉（UPF設(shè)備部署在園區(qū)數(shù)據(jù)機房區(qū)），為園區(qū)提供業(yè)務(wù)隔離、業(yè)務(wù)加速、高帶寬和低時延服務(wù)；園區(qū)網(wǎng)絡(luò)由中國電信洛陽分公司統(tǒng)一管理，實現(xiàn)建、維、優(yōu)和保一站式服務(wù)。

園區(qū)位于洛陽市郊區(qū)靠近農(nóng)村邊緣地區(qū)，結(jié)合現(xiàn)場情況和5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋特性，經(jīng)現(xiàn)場實地考察結(jié)合園區(qū)需求，最終采取園區(qū)內(nèi)新增5G室分站覆蓋的建設(shè)方式。規(guī)劃建成后，園區(qū)將實現(xiàn)單站覆蓋半徑600m，保證5G網(wǎng)絡(luò)建成后的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。新建設(shè)SG室分站新增SG主設(shè)備AAU3臺，新增5G BBU1臺。本次覆蓋園區(qū)面積約70萬tm2。

園區(qū)規(guī)劃UPF下沉，采用1+1的2U的E9000H-2UPF設(shè)備進行部署，使園區(qū)具備數(shù)據(jù)本地分流能力的同時，還具備本地容災(zāi)能力。

4.5建設(shè)特色

（1）用先進的無人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙測遙控技術(shù)、通訊技術(shù)和遙感應(yīng)用技術(shù)集合，智能化地獲取田間土地及作物信息，經(jīng)過解析處理，生成農(nóng)田電子地圖和農(nóng)田作物生長指數(shù)圖譜等農(nóng)業(yè)應(yīng)用成果，為農(nóng)田管理提供科學數(shù)據(jù)參考。

（2）基于無人駕駛的拖拉機自動耕播。中國一拖根據(jù)未來農(nóng)業(yè)機械發(fā)展趨勢，結(jié)合自身產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)勢，通過自主創(chuàng)新，攻關(guān)“精準農(nóng)藝約束下自動駕駛拖拉機整機作業(yè)智能控制技術(shù)”“自動駕駛拖拉機精準路徑規(guī)劃行駛控制技術(shù)”和“自動駕駛拖拉機安全控制技術(shù)’’等關(guān)鍵技術(shù)，并應(yīng)用在了東方紅大功率動力換擋輪式拖拉機產(chǎn)品上，達到了設(shè)計要求。適用于大中型農(nóng)場的中、重負荷耕、耙、播、收及復(fù)式作業(yè)等多種作業(yè)需求。

研發(fā)團隊在拖拉機原有電控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，加裝路徑規(guī)劃系統(tǒng)、安全控制系統(tǒng)、機組通訊系統(tǒng)、整車控制系統(tǒng)和地理環(huán)境識別系統(tǒng)等，實現(xiàn)車輛的自動駕駛及作業(yè)功能。保證拖拉機在自動駕駛過程中，車輛自動按照規(guī)劃路徑行駛、作業(yè)，識別障礙物停車等，實現(xiàn)駕駛員可隨時接管車輛控制并做到主動干預(yù)，防止意外和自動駕駛系統(tǒng)失效等情況的發(fā)生。

（3）無人駕駛播種拖拉機。以中國一拖先進的動力換擋拖拉機為載體采用定位+慣導等先進技術(shù)，整機通過CAN總線進行通訊、采用先進的機電液控制系統(tǒng)，結(jié)合北斗高精度定位技術(shù)，實現(xiàn)一款適用于農(nóng)田耕、整、植保用途的無人駕駛拖拉機。

（4）無人駕駛操作臺。無人駕駛拖拉機配備北斗定位系統(tǒng)，利用北斗三頻定位技術(shù)，多模高精度組合定位實現(xiàn)車輛精確定位，通過建立靜止、低速、高速全程實時駕駛狀態(tài)判別模型實現(xiàn)車輛的快速人線和連續(xù)自動控制，通過對農(nóng)藝要求的進一步分析，確定了一系列適用于農(nóng)業(yè)作業(yè)環(huán)境的直線、圓周或任意曲線的路徑規(guī)劃，并通過對車輛的精確定位、航向判定及車身姿態(tài)，發(fā)送車輛控制指令，使得車輛根據(jù)導航信息嚴格按照規(guī)劃好的路徑自動行駛。

5智能制造科技進展進一步開發(fā)和應(yīng)用情況

智能制造科技進展雖然在智能農(nóng)機自動駕駛、任意曲線行駛控制、協(xié)同作業(yè)和農(nóng)具智能控制等技術(shù)產(chǎn)品方面取得了突破性進展，但是在農(nóng)機ADAS系統(tǒng)、遠程駕駛系統(tǒng)和精準作業(yè)系統(tǒng)等方面仍處于不斷完善和發(fā)展階段。

在農(nóng)機ADAS系統(tǒng)方面，隨著農(nóng)機自動駕駛技術(shù)的發(fā)展，為提高農(nóng)田地理環(huán)境識別的準確率，多傳感器融合識別農(nóng)田地理環(huán)境技術(shù)將是下一步的研究重點，為優(yōu)化和提升農(nóng)機無人駕駛及農(nóng)藝精準實施提供更好的技術(shù)支撐。

在農(nóng)機遠程駕駛系統(tǒng)方面，由于農(nóng)田地理環(huán)境復(fù)雜、各地農(nóng)藝不同，農(nóng)機在作業(yè)時需要在非結(jié)構(gòu)化特殊場景時人工遠程介入，如特殊的岬角轉(zhuǎn)彎、特殊地形農(nóng)地區(qū)域場景作業(yè)處理等，另外，農(nóng)機特殊故障時需要通過遠程駕駛系統(tǒng)人為介入，避免安全事故發(fā)生等。遠程駕駛運用5G、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)實現(xiàn)平臺遠程驅(qū)動無人駕駛機械作業(yè)，也是為實現(xiàn)降低糧食無人化生產(chǎn)場景搭建成本的必備技術(shù)。

在精準作業(yè)系統(tǒng)方面，隨著感知技術(shù)、衛(wèi)星遙感技術(shù)等發(fā)展，基于數(shù)據(jù)孿生驅(qū)動裝備，并結(jié)合農(nóng)藝要求，精準實施農(nóng)業(yè)作業(yè)將是下一步發(fā)展方向。

在平臺方面，在無人作業(yè)裝備（拖拉機、收獲機、機具）參數(shù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、算法優(yōu)化及遠程交互與協(xié)同等方面仍要進一步深化研究，以實現(xiàn)糧食生產(chǎn)高質(zhì)量保障。

6結(jié)束語

裝備向自動化、智能化的發(fā)展是不可逆的，另外，智能農(nóng)機是農(nóng)業(yè)場景里的裝備，有其特殊性，不同的智能化水平可以解決不同的問題，有較高輔助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實用性。面對技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展，我國農(nóng)業(yè)裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨拓展領(lǐng)域、增加品種、完善功能和提升水平的多重挑戰(zhàn)，農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)需求將越來越大。本項目可在大面積作業(yè)的場景下得到很好地推廣應(yīng)用，實現(xiàn)高效的農(nóng)機作業(yè)，符合我國目前農(nóng)業(yè)全程機械化、智能化的要求，有提供解決國家糧食安全有效方案的社會價值意義，應(yīng)用前景廣大。