拖拉機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航駕駛技術(shù)在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)的應(yīng)用
——以第五師81團(tuán)為例

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第五師農(nóng)機(jī)安全監(jiān)理所 謝俊華

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第五師81團(tuán)農(nóng)業(yè)科 顏登軍

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第五師農(nóng)科所 郭海玲

拖拉機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航駕駛技術(shù)在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)的應(yīng)用
——以第五師81團(tuán)為例

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第五師農(nóng)機(jī)安全監(jiān)理所 謝俊華

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第五師81團(tuán)農(nóng)業(yè)科 顏登軍

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第五師農(nóng)科所 郭海玲

本文以新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第五師81團(tuán)為例，介紹了拖拉機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航駕駛系統(tǒng)的定義、組成、工作原理，闡述了該技術(shù)在81團(tuán)推廣應(yīng)用情況、主要經(jīng)驗(yàn)及啟示與建議。通過使用該項(xiàng)技術(shù)，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的作業(yè)質(zhì)量，減少成本，節(jié)約資源，對(duì)81團(tuán)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)高新技術(shù)應(yīng)用推廣具有重要意義。

拖拉機(jī)；自動(dòng)導(dǎo)航駕駛技術(shù)；81團(tuán)

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，拖拉機(jī)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械中最重要的驅(qū)動(dòng)力，主要驅(qū)動(dòng)各種機(jī)械化操作，它可以掛載或連接到牽引農(nóng)機(jī)具的大多數(shù)領(lǐng)域的工作，還可以進(jìn)行拖車運(yùn)輸業(yè)務(wù)，所以拖拉機(jī)是實(shí)施“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的根本動(dòng)力。

傳統(tǒng)的農(nóng)田作業(yè)完全依賴駕駛員的駕駛經(jīng)驗(yàn)，在直線度和結(jié)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(shí)的重漏、結(jié)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(jī)自動(dòng)駕駛技術(shù)使用在保證土地農(nóng)作物之間的行距、間距的同時(shí)，能長時(shí)間的精確作業(yè)而不受時(shí)間的限制，農(nóng)忙時(shí)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(shù)需求的同時(shí)，極大提高作業(yè)質(zhì)量和效率，減少重復(fù)作業(yè)，節(jié)約時(shí)間，降低作業(yè)成本，減輕駕駛員的工作負(fù)擔(dān)。

1 拖拉機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航駕駛系統(tǒng)

1.1 定義

拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)是無人直接參與下駕駛拖拉機(jī)行駛的自動(dòng)控制系統(tǒng)。利用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制技術(shù)，在車輛上建立自動(dòng)駕駛控制裝置和自動(dòng)駕駛執(zhí)行裝置，代替有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員自動(dòng)操縱車輛。可提高車輛的主動(dòng)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(shí)也可減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)。

1.2 組成

拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛平臺(tái)按照功能不同可以分為定位導(dǎo)航系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)等。本團(tuán)使用的自動(dòng)導(dǎo)航駕駛產(chǎn)品主要是廣州中海達(dá)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司提供的自動(dòng)導(dǎo)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(dòng)導(dǎo)航駕駛產(chǎn)品。以美國天寶GPS自動(dòng)導(dǎo)航駕駛系統(tǒng)為例，其主要組成如圖1所示。

（1）導(dǎo)航光靶：內(nèi)置雙頻衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī)；31個(gè)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(dǎo)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(dǎo)航功能，衛(wèi)星定位狀態(tài)，設(shè)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(dǎo)入計(jì)算機(jī)，用于出圖和打印報(bào)告。

圖1 自動(dòng)導(dǎo)航駕駛系統(tǒng)組成

（2）方向傳感器：獨(dú)特的方向傳感器向?qū)Ш娇刂破靼l(fā)送高精度的轉(zhuǎn)角信息。

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

（4）導(dǎo)航控制器：自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的核心，通過接收衛(wèi)星信號(hào)的定位信息和方向傳感器的轉(zhuǎn)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(dǎo)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(jī)按照設(shè)定的路線行駛。

1.3 工作原理

導(dǎo)航控制器根據(jù)衛(wèi)星定位的坐標(biāo)及車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，實(shí)時(shí)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(dǎo)航光靶設(shè)定的路線行駛。

2 81團(tuán)推廣應(yīng)用概況

2014年五師引進(jìn)了拖拉機(jī)衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛技術(shù)，該技術(shù)可控制車輛按規(guī)定的路線行駛，根據(jù)拖拉機(jī)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(jī)按規(guī)劃的路徑行駛。經(jīng)過改裝的拖拉機(jī)不需要農(nóng)機(jī)手再操作方向盤，通過衛(wèi)星和信號(hào)基站定位就可實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物播種、噴藥、收獲等機(jī)械化精準(zhǔn)作業(yè)。截至目前，該項(xiàng)技術(shù)已在全師棉花、玉米、小麥的播種作業(yè)中應(yīng)用，并取得了較好的效果。

81團(tuán)農(nóng)機(jī)部門積極協(xié)調(diào)、組織落實(shí)拖拉機(jī)衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛技術(shù)運(yùn)用項(xiàng)目。目前，全團(tuán)53臺(tái)拖拉機(jī)全部安裝了GPS衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛儀，通過廠家售后服務(wù)人員集中調(diào)試和操作培訓(xùn)的無償技術(shù)指導(dǎo)，團(tuán)場通過現(xiàn)場教學(xué)的方式，對(duì)農(nóng)機(jī)駕駛?cè)藛T進(jìn)行培訓(xùn)。2014年對(duì)于安裝使用拖拉機(jī)衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的農(nóng)機(jī)職工，在享受國家農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)助3.12萬元/臺(tái)同時(shí)，團(tuán)場補(bǔ)貼2.88萬元/臺(tái)，職工只需支付5萬元；2015年購買的機(jī)車，只享受國家農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)助3萬元/臺(tái)的補(bǔ)貼，職工支付5.7萬元/臺(tái)。

3 應(yīng)用效果

從2014年開始，81團(tuán)陸續(xù)引進(jìn)GPS衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛儀用于播種。應(yīng)用GPS衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)后，目前，全團(tuán)100%實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛播種技術(shù)，播種機(jī)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)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(zhǔn)”的大難題。在播種作業(yè)中，駕駛員在播種時(shí)，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(dòng)強(qiáng)度。GPS衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛儀運(yùn)用于農(nóng)業(yè)播種生產(chǎn)中，在降低成本、搶抓農(nóng)時(shí)、解放勞動(dòng)力等方面發(fā)揮了重大作用。

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

（2）降低農(nóng)機(jī)職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，緩解單調(diào)反復(fù)的拖拉機(jī)駕駛工作壓力，更好地觀察農(nóng)機(jī)具的工作狀況，提高作業(yè)質(zhì)量，節(jié)省人工費(fèi)用1倍以上。以播種棉花為例，2015年全團(tuán)51臺(tái)播種機(jī)車播種棉花9.952萬畝(1hm2=15畝)地，相比往年，春播一季每臺(tái)播種機(jī)車都不用再雇用其他播種手，可減少的雇工費(fèi)1萬元/臺(tái)的投入，使用衛(wèi)星導(dǎo)航操作系統(tǒng)后，使春播作業(yè)累計(jì)增效53萬元，有效增加了農(nóng)機(jī)工人的作業(yè)利潤。

（3）提高田間作業(yè)質(zhì)量和精度，播種100%實(shí)現(xiàn)了播行端直，土地有效利用率提高3%，為后續(xù)實(shí)現(xiàn)棉花機(jī)采、減少棉花田間浪費(fèi)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。減少空耗，動(dòng)力節(jié)油5%，節(jié)肥、節(jié)藥效果顯著。

4 主要經(jīng)驗(yàn)、啟示與建議

4.1 主要經(jīng)驗(yàn)

（1）衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛系統(tǒng)液壓部件比較精密，主要使用拖拉機(jī)的液壓系統(tǒng)，所以拖拉機(jī)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(nèi)，且天線不能遮擋，影響信號(hào)接收和系統(tǒng)調(diào)試，基站需要配備備用電瓶，防止斷電后影響拖拉機(jī)作業(yè)，使用小的移動(dòng)基站，電瓶電量一定要夠，電壓要穩(wěn)。

（3）在實(shí)際作業(yè)過程中，駕駛員應(yīng)注意力保持集中，時(shí)刻注意田塊中電線桿、滴灌出水立柱等的障礙物，播種機(jī)上的劃行器不能拆除，特別是在信號(hào)不穩(wěn)定時(shí)，為不影響作業(yè)，需要?jiǎng)澬衅鬏o助作業(yè)。

（4）衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的顯示屏是液晶觸摸屏，所以擦拭灰塵應(yīng)在拖拉機(jī)啟動(dòng)前，嚴(yán)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(jī)衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，需要建設(shè)信號(hào)接收發(fā)射基站，這就需要到當(dāng)?shù)責(zé)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(nèi)使用，每年繳納相應(yīng)頻率使用費(fèi)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(dān)相應(yīng)法律責(zé)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(jī)自動(dòng)導(dǎo)航駕駛系統(tǒng)的應(yīng)用關(guān)鍵在于須選擇產(chǎn)品性能穩(wěn)定、售后服務(wù)跟得上的代理廠家進(jìn)行合作。自動(dòng)導(dǎo)航駕駛系統(tǒng)涉及到電控、液壓、電子信息網(wǎng)絡(luò)等諸多方面，一旦出現(xiàn)故障，農(nóng)機(jī)職工自身無法維護(hù)，部分廠家的售后服務(wù)人員不足，不能及時(shí)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(jī)正常機(jī)械作業(yè)。

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

（3）加大GPS衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛技術(shù)的培訓(xùn)，使農(nóng)機(jī)職工能夠真正掌握此技術(shù)，出現(xiàn)簡單的故障，能夠自行解決。

（4）目前自動(dòng)導(dǎo)航設(shè)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(dǎo)航設(shè)備的基站差分協(xié)議不同，差分信號(hào)不能通用，每一個(gè)品牌就得設(shè)1個(gè)RTK地面差分基站，造成重復(fù)投資，給用戶造成使用不便。

5 結(jié)束語

綜上所述，拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛技術(shù)提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的作業(yè)質(zhì)量，減少成本，節(jié)約資源，對(duì)81團(tuán)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)高新技術(shù)應(yīng)用推廣具有重要意義。全面提升81團(tuán)農(nóng)業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化與智能化水平，促進(jìn)了農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝、農(nóng)機(jī)化與信息化有機(jī)融合。

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2016-07-03）