利用北斗衛(wèi)星系統(tǒng)提高小區(qū)播種水平的研究

蔡東明，王長發(fā)，蘇寶峰，米志文，韓德俊

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 場站服務(wù)中心，陜西 楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，陜西 楊凌 712100；3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 機械與電子工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

我國自20世紀50年代小麥育種工作開始起步到21世紀初，已經(jīng)涌現(xiàn)出小偃6 號、小偃22、陜麥7859、周麥18、西農(nóng)979、西農(nóng)585 等一大批高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高抗品種，為我國糧食安全和快速發(fā)展作出了巨大的貢獻。但多年來小麥育種工作中的小區(qū)試驗，因為播種質(zhì)量差，出苗不整齊不均勻且邊際效應(yīng)明顯，導(dǎo)致試驗結(jié)果不真實不準(zhǔn)確，不能將具有優(yōu)良遺傳基因的高代材料擇優(yōu)選出，并且無法進行衛(wèi)星遙感監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，嚴重阻礙育種工作順利進行。為解決這一問題，在小區(qū)播種機上安裝北斗衛(wèi)星自動駕駛系統(tǒng)，大大提高了小區(qū)播種水平，在此與小麥育種工作者分享。

1 我國小區(qū)播種機使用現(xiàn)狀

1.1 我國現(xiàn)有主要小區(qū)播種機型號

長久以來，我國小麥育種工作中的小區(qū)試驗，一直采用人工播種方式，直到20世紀末，通過消化吸收國外技術(shù)，研制出具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的自走式小區(qū)播種機，主要型號有：黑龍江省農(nóng)墾總局紅興隆科研所的XBJ-150 型；中國農(nóng)機院中機美諾有限公司的2BZYT型；江蘇省揚州市里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所的XBZ02C 型；河南力墾農(nóng)業(yè)機械有限公司的2BZL-6（A）型；山東省青島普蘭泰克機械科技有限公司的2BXTZ型。

1.2 我國現(xiàn)有小區(qū)播種機存在的問題

1.2.1 行長控制不準(zhǔn)確

小區(qū)播種機播種盤的動力來自地輪或者數(shù)控電機，地輪轉(zhuǎn)動速度受整地質(zhì)量影響，電機使用1～2年后就會產(chǎn)生誤差，播種盤因磨損和卡頓也會影響轉(zhuǎn)速，因此，小區(qū)行長控制不精確。

1.2.2 播種起始不精準(zhǔn)

目前國內(nèi)外小區(qū)播種機播種的起始，均為人工提前一定量控制，而靠人工控制提前量各小區(qū)起始均有差異，因此每個小區(qū)播種開始和結(jié)束的位置參差不齊。

1.2.3 播種不直

小區(qū)播種機播種時，即使提前劃有標(biāo)線，也會受機械間隙和整地質(zhì)量的影響，很難走成直線。

1.2.4 播種速度緩慢

小區(qū)播種不同于大田條播，為了操作精準(zhǔn)，播種時只能掛1擋或者低檔位，因此播種速度非常緩慢。

2 北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)介紹

北斗工程1994 年啟動，2000 年完成一號系統(tǒng)建設(shè)，2012年完成二號系統(tǒng)建設(shè)。此次北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全面建成并開通服務(wù)，標(biāo)志著工程“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略取得決勝，我國成為世界上第3 個獨立擁有全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家，目前全球已有120 余個國家和地區(qū)使用北斗系統(tǒng)。北斗系統(tǒng)將為推動我國經(jīng)濟社會發(fā)展，構(gòu)建人類命運共同體作出新的貢獻。

3 北斗聯(lián)適導(dǎo)航終端AF300自動駕駛系統(tǒng)

3.1 聯(lián)適導(dǎo)航終端AF300自動駕駛系統(tǒng)簡介

聯(lián)適導(dǎo)航AF300 電動方向盤式北斗/GNSS自動導(dǎo)航駕駛系統(tǒng)，是上海聯(lián)適公司自主研發(fā)的國內(nèi)首款基于中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，采用大扭矩電機控制方向盤轉(zhuǎn)向的自動駕駛系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，填補了國內(nèi)空白，具有安裝方便、扭矩大、精度高、噪聲小、發(fā)熱量小、調(diào)試快等優(yōu)點，適合各種拖拉機、播種機械、收獲機械、植保機械、插秧機等車型的安裝和應(yīng)用，見圖1。

圖1 力墾2BZL-6（A）型小區(qū)播種機安裝北斗聯(lián)適自動駕駛系統(tǒng)Fig.1 The compass automatic driving system

3.2 聯(lián)適導(dǎo)航終端AF300自動駕駛系統(tǒng)特點

①整套系統(tǒng)安裝方便維護簡單，不破壞原車油路并且可靠性高；②安裝簡便，最快半小時完成，5 min 即可學(xué)會使用；③系統(tǒng)采用雙天線定位定向技術(shù)，最短1 m即可上線；④搭載智能控制系統(tǒng)，具有全地形補償功能，可以保證系統(tǒng)在坡地、高速等工況下的作業(yè)效果良好；⑤通過權(quán)威部門認證，作業(yè)誤差在正負2.5 cm 以內(nèi)；⑥國內(nèi)首創(chuàng)驅(qū)控一體化電機設(shè)計，打破國外技術(shù)壟斷，高度集成電機、編碼器、控制器、角度傳感器信號轉(zhuǎn)換等一體化方案；⑦方向盤控制電機工作時噪音小、發(fā)熱量低、精度高、故障率低、扭矩是進口電機的2～4 倍，適用于各種轉(zhuǎn)向阻力大的地形；⑧搭載高清高亮10寸一體化車載終端，強光下可視，集成度高，內(nèi)置雙天線高精度北斗等多星系統(tǒng)主板，內(nèi)置全網(wǎng)通4G 模塊，具有超強的三防性能，可支持各種環(huán)境應(yīng)用；⑨打破常規(guī)角度傳感器的設(shè)計思路，解決了角度傳感器安裝復(fù)雜、容易損壞的問題，采用突破性的非接觸式角度傳感器技術(shù)，整套系統(tǒng)無需在車輪上加裝配件，節(jié)省安裝時間，校準(zhǔn)更快，性能更優(yōu)，故障率更低。

4 北斗聯(lián)適導(dǎo)航終端AF300自動駕駛系統(tǒng)對小區(qū)播種的影響

①小區(qū)的行長、面積、播量和重復(fù)都是提前設(shè)計好的，使用北斗聯(lián)適導(dǎo)航終端AF300 自動駕駛系統(tǒng)，播種精準(zhǔn)質(zhì)量好，便于小區(qū)試驗科學(xué)規(guī)劃，見圖2；②現(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)田間管理，均已采用自動噴施除草劑和防病蟲農(nóng)藥，使用北斗聯(lián)適導(dǎo)航終端AF300 自動駕駛系統(tǒng)，播種質(zhì)量高間隔精準(zhǔn)，麥苗和走道均呈直線，自動噴施機械不會壓軋麥苗，便于田間管理；③小麥病蟲害遺傳研究的最新手段，是采用衛(wèi)星遙感監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，使用北斗聯(lián)適導(dǎo)航終端AF300 自動駕駛系統(tǒng)，大大提高了小區(qū)的播種質(zhì)量，滿足了此項工作的前提條件；④使用北斗聯(lián)適導(dǎo)航終端AF300 自動駕駛系統(tǒng)，提高播種水平，為衛(wèi)星精準(zhǔn)測產(chǎn)提供幫助；⑤小區(qū)播種機和小區(qū)收割機，設(shè)計之初幅寬一致，使用北斗聯(lián)適導(dǎo)航終端AF300 自動駕駛系統(tǒng)，提高小區(qū)播種水平，出苗呈一條直線，不會歪歪扭扭，收獲時小區(qū)間不會混雜。

圖2 力墾2BZL-6（A）型小區(qū)播種機安裝北斗聯(lián)適自動駕駛系統(tǒng)后小區(qū)播種效果Fig.2 The sowing effect of Beidou union automatic driving system

5 小結(jié)

北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的建成開通，將極大地促進了我國農(nóng)業(yè)、公安、防災(zāi)、通訊、航海、金融、交通、電力等行業(yè)的快速發(fā)展，未來北斗還有無限可能。小區(qū)播種質(zhì)量好水平高，是高效育種、智慧管理、衛(wèi)星遙測的前提條件，通過對北斗衛(wèi)星聯(lián)適導(dǎo)航終端AF300 自動駕駛系統(tǒng)的試用性研究，表明其極大的提高了小區(qū)播種水平，同時減輕了操作人員的勞動強度，未來還將研發(fā)由衛(wèi)星遙感控制的小區(qū)播種碰撞開關(guān)，把小區(qū)播種水平提高到更高的層次。因此，北斗聯(lián)適導(dǎo)航系統(tǒng)有力推動了我國小麥遺傳育種研究的快速發(fā)展。