自動駕駛插秧機引進試驗與分析

王董興

（紹興市柯橋區(qū)農(nóng)機管理總站，312030，浙江紹興）

近年來，插秧機技術不斷進步，插秧效率穩(wěn)步提高，但人工費用也在不斷攀升，一個插秧機駕駛員工資基本上要500～600 元/d，且水稻田作業(yè)環(huán)境復雜，插秧機駕駛員技術水平參差不齊，插秧機作業(yè)精度、效率低，還容易造成機器空走，導致插秧成本居高不下，這也是柯橋區(qū)水稻機插率不高的原因之一。因此，柯橋區(qū)引進了自動駕駛插秧機進行應用試驗。

1 試驗目的

為更好推廣插秧機自動駕駛技術，做到節(jié)工省本，提高全區(qū)機插面積，2021 年柯橋區(qū)開展了自動駕駛（俗稱無人駕駛）插秧機引進試驗工作。自動駕駛是農(nóng)機實現(xiàn)無人作業(yè)的核心要素,在作業(yè)過程中，控制系統(tǒng)會根據(jù)設計好的行走路線，向插秧機的轉向系統(tǒng)發(fā)出指令，讓插秧機快速準確地修正前進方向，同時還會結合作業(yè)任務的特點，自動控制插秧機插秧節(jié)奏。為深入了解自動駕駛技術在插秧上的應用效果，柯橋區(qū)前后共進行了三次自動駕駛插秧機試驗。

2 試驗過程

第一次試驗：2021 年5 月早稻播種季節(jié)，選擇在蘭亭街道聯(lián)合村茹國民大戶承包田內(nèi)，采用久保田插秧機配聯(lián)適自動駕駛設備，選用的水稻品種是中早39。試驗過程中，一開始插種正常，定位精度基本能達到±2.5 cm，現(xiàn)場直線度比較好；但由于久保田插秧機與自動駕駛設備配置好以后第一次下田作業(yè)，自動駕駛插種只試驗了50 m 左右就出現(xiàn)故障，整個自動駕駛系統(tǒng)不起作用，暫停了試驗。

第二次試驗：2021 年6 月單季晚稻播種季節(jié)，選擇在蘭亭街道黃賢村閭品質(zhì)大戶承包田內(nèi)，仍舊采用久保田插秧機配聯(lián)適自動駕駛設備，選用的水稻品種是越光。自動駕駛設備由于第一次試驗出現(xiàn)故障，經(jīng)廠方多次調(diào)整后，再次下田作業(yè)。試驗開始階段，插秧機能做到自動駕駛，插秧也正常，基本符合無人插秧要求；但在插種了333 m2左右后，插秧機出現(xiàn)部分空秧情況，經(jīng)廠方人員調(diào)試后，這個空秧情況仍多次出現(xiàn)，設備需回廠進行綜合調(diào)試。

經(jīng)過兩次試驗后，試驗人員認為聯(lián)適自動駕駛設備后置久保田插秧機現(xiàn)階段還存在互相磨合的問題：一是自動駕駛設備不能控制自動轉彎，只能做到控制直行自動駕駛，轉彎的時候需要人工輔助，存在駕駛控制上的缺陷；二是自動駕駛插秧過程中經(jīng)常性插空秧，說明中央控制器對插秧機的控制還沒有完全調(diào)試到位，缺乏有效控制。對于這些問題，廠方經(jīng)過調(diào)整后，應該能馬上解決。盡管兩次試驗不是很理想，但是試驗還是有所收獲，在試驗過程中，試驗人員發(fā)現(xiàn)自動駕駛的直線度非常好，導航的精度還是可以的，基本能控制在±2.5 cm 范圍內(nèi)，這比人工駕駛有了很大的進步。

第三次試驗：2021 年7 月連作晚稻播種季節(jié)，選擇在蘭亭街道黃賢村閭品質(zhì)大戶承包田內(nèi)，新采用了星月神2ZG-8SA 高速插秧機配華測的NX507 自動駕駛設備，選用的水稻品種是寧88。這次試驗比前兩次有了一點進步，共插種了2 hm2左右。因為用的是北斗的導航系統(tǒng)，精度也能控制在±2.5 cm 范圍內(nèi)，插秧機基本達到了自動行走、自動轉彎的目標，插秧機插秧速度也還可以，跟久保田插秧機速度差不多，基本插秧效率在0.26 hm2/h 以上。缺點是180°轉彎的時候，沒有像人工駕駛一樣把方向打到底而實現(xiàn)迅速轉彎，而是慢慢調(diào)整，導致轉彎速度不夠，轉彎的地方會有1 m2左右的喇叭口出現(xiàn)空秧。試驗人員跟廠方技術人員探討后，一致認為需要軟件開發(fā)人員修改軟件，大概到2022 年插種時基本可解決上述問題。

3 試驗效果

總的來講，三次試驗有得有失，但基本達到了自動駕駛插秧機試驗的要求：一是實現(xiàn)自動駕駛插秧，插秧機上只需要一個送秧人員即可；二是實現(xiàn)精度控制，自動駕駛的精度都能控制在±2.5 cm 范圍內(nèi)，而人工駕駛一般都在±10 cm 左右；三是實現(xiàn)了后臺作業(yè)軌跡記錄，為后期管理提供數(shù)據(jù)支撐。

4 試驗總結

4.1 經(jīng)濟效益分析

（1）土地增效收益。在插秧作業(yè)中，通過自動控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)間距，減少作業(yè)中的重復和遺漏，可提高土地利用率3%左右。以柯橋區(qū)水稻種植為例，單季晚稻產(chǎn)量為9 750 kg/hm2，連晚產(chǎn)量為6 750 kg/hm2，平均產(chǎn)量為8 250 kg/hm2，稻谷平均價格為3 元/kg，按提高土地利用率3%計算，可增加收入742.5 元/hm2。

（2）人工節(jié)約收益。一個插秧機駕駛員人工費用基本上要500～600 元/d，按平均550 元/d、插種效率2.67 hm2/d 計算，可節(jié)約人工費用約206 元/hm2。

（3）其他收益?；谧詣玉{駛直線度好、交接行穩(wěn)定的特點，可減少種子、肥料、農(nóng)藥、油料的浪費，同時也減少傷苗、漏收和打藥重漏帶來的經(jīng)濟損失。綜合效益可提高225 元/hm2左右。

綜上所述，使用自動駕駛插秧機大面積插種，可平均增收1 173.5 元/hm2。

4.2 自動駕駛推廣分析

經(jīng)過自動駕駛插秧機的試驗，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段不同品牌的自動駕駛設備只要與各品牌插秧機再進行磨合調(diào)整就可大規(guī)模推廣，硬件都已成熟，軟件控制上還有些小問題，但實現(xiàn)插秧機自動駕駛已不難。

試驗中，在插秧機上安裝了三個部件：一是控制器，集成了高精度慣導系統(tǒng)的接收機及控制器，安裝在駕駛室內(nèi)，能夠接收基站信號，并精確定位出插秧機當前位置；二是顯示器，可進行管理操作，固定在車內(nèi)右側；三是電動方向盤，更換原車方向盤，由系統(tǒng)給出的指令直接控制方向盤轉動，最終達到轉向的自動控制。根據(jù)駕駛和作業(yè)原理，只要把這些設備安裝在收割機、拖拉機、自走式噴霧機等農(nóng)業(yè)機械上，對這些農(nóng)業(yè)機械進行適當?shù)母脑?，基本也能實現(xiàn)無人駕駛，真正做到精耕細作，實現(xiàn)農(nóng)機智能化作業(yè)。