新疆昌吉市濱湖鎮(zhèn)農(nóng)機(jī)管理站 范治璇

新疆昌吉市位于天山北坡經(jīng)濟(jì)帶的核心位置，地處準(zhǔn)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(jī)裝備已可以無障礙運(yùn)行，這也為衛(wèi)星定位導(dǎo)航和拖拉機(jī)自動(dòng)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(jí)政府投入巨額財(cái)政資金引進(jìn)該項(xiàng)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(rèn)可。衛(wèi)星定位導(dǎo)航和拖拉機(jī)自動(dòng)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(gè)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(yàn)證比較使用。兩種系統(tǒng)都包括地面差分基站、接收機(jī)、引導(dǎo)光靶和控制器等設(shè)備。

1.2 拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)

主要有電動(dòng)控制、直接界面控制和液壓控制三種形式。電動(dòng)駕駛控制由高扭矩的直驅(qū)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)高精度自動(dòng)駕駛。直接的界面駕駛控制是根據(jù)拖拉機(jī)的系統(tǒng)狀況提供標(biāo)準(zhǔn)的總線接口界面自動(dòng)調(diào)節(jié)拖拉機(jī)液壓閥，達(dá)到控制目的。液壓駕駛控制則要在拖拉機(jī)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(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛。

2 應(yīng)用情況

2013年昌吉市引進(jìn)6套衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)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(gè)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(jī)上，主要應(yīng)用于機(jī)采棉、機(jī)收甜菜、制種玉米等機(jī)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(dá)到900km2。

2.1 系統(tǒng)方案

昌吉市選用的拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)采用電動(dòng)控制（5臺(tái)拖拉機(jī)采用）和液壓控制（1臺(tái)拖拉機(jī)采用）兩種方案。其中電動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)升級(jí)使用RTK（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位）系統(tǒng)，精度達(dá)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(hào)由地面電臺(tái)式基站發(fā)送，為使信號(hào)更穩(wěn)定，在實(shí)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(jī)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(dòng)駕駛方案在實(shí)際應(yīng)用中相比較，電動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)適用性更好，優(yōu)點(diǎn)更突出，主要表現(xiàn)在：電動(dòng)方向盤通用性、互換性好，可在任何輪式拖拉機(jī)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(shí)可自主選用車輪轉(zhuǎn)角傳感器實(shí)現(xiàn)更加穩(wěn)定的自動(dòng)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(hù)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(dāng)，但設(shè)備成熟度相對(duì)較低，基站設(shè)備體積稍大，配套欠缺，有待進(jìn)步。

2.3 系統(tǒng)的優(yōu)勢

這項(xiàng)新技術(shù)在昌吉市各示范基地的應(yīng)用實(shí)踐證明，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)作業(yè)方式，能做到播行筆直，達(dá)到1km僅有2cm直線誤差，人工無法做到這樣精準(zhǔn)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(shí)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(shí)踐來看，采用衛(wèi)星定位導(dǎo)航和拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)可產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)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(fèi)，增產(chǎn)效果顯著，經(jīng)濟(jì)效益好。

3.2 人機(jī)功效突出

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)減輕了駕駛?cè)藛T的勞動(dòng)強(qiáng)度，機(jī)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(shí)間延長，機(jī)械利用率提高。

3.3 作業(yè)質(zhì)量大幅提升

農(nóng)機(jī)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(biāo)準(zhǔn)。

3.4 系統(tǒng)適應(yīng)性好

圖2 安裝自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的拖拉機(jī)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(hào)覆蓋范圍內(nèi)開展導(dǎo)航作業(yè)，機(jī)械作業(yè)過

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

4 系統(tǒng)推廣的不利因素和對(duì)策

4.1 設(shè)備費(fèi)用高

衛(wèi)星定位導(dǎo)航自動(dòng)駕駛終端設(shè)備多為進(jìn)口，其單套價(jià)格達(dá)8~12萬元，雖然政府投入了巨額補(bǔ)貼，但昂貴的價(jià)格仍然限制了它的大范圍推廣。這是該項(xiàng)技術(shù)推廣的不利因素之一。由于單機(jī)價(jià)格很高，成本控制、分?jǐn)偩鸵攸c(diǎn)考慮。因此自動(dòng)駕駛系統(tǒng)推薦安裝在大型拖拉機(jī)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(hù)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(duì)企業(yè)售后服務(wù)提出更高要求。農(nóng)機(jī)部門要把好關(guān)，選擇有實(shí)力、信譽(yù)好的企業(yè)來做產(chǎn)品銷售和服務(wù)。

4.3 信號(hào)覆蓋有限

電臺(tái)式基站信號(hào)覆蓋有限，影響跨區(qū)域作業(yè)?？梢钥紤]增GSM信號(hào)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(dá)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(shí)際應(yīng)用效果表明,衛(wèi)星定位導(dǎo)航自動(dòng)駕駛系統(tǒng)優(yōu)勢明顯,其運(yùn)行特點(diǎn)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。