小麥種植全程無(wú)人作業(yè)技術(shù)集成示范

○北京市農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定推廣站

編者按：當(dāng)前，各地農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣部門(mén)聚焦穩(wěn)糧保供和農(nóng)業(yè)機(jī)械化高質(zhì)量發(fā)展的要求，在農(nóng)機(jī)化技術(shù)推廣機(jī)構(gòu)隊(duì)伍建設(shè)、模式創(chuàng)新、成果落地和服務(wù)功能拓展等方面涌現(xiàn)出很多好做法、好經(jīng)驗(yàn)。近日，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)機(jī)械化總站擇優(yōu)遴選出28 個(gè)農(nóng)機(jī)化技術(shù)推廣典型案例。為更好地宣傳典型，樹(shù)立示范帶頭作用，服務(wù)支撐農(nóng)業(yè)機(jī)械化轉(zhuǎn)型升級(jí)，有力推動(dòng)農(nóng)業(yè)強(qiáng)國(guó)建設(shè)，現(xiàn)將典型案例集中刊登，供借鑒交流。

一、基本情況

智能農(nóng)機(jī)設(shè)備主要包括大馬力無(wú)級(jí)變速無(wú)人駕駛拖拉機(jī)、植保無(wú)人機(jī)、智能水肥一體化設(shè)備、出苗率和長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)、無(wú)人駕駛收割機(jī)等，可實(shí)現(xiàn)小麥生產(chǎn)全程無(wú)人作業(yè)。項(xiàng)目集成智能農(nóng)機(jī)，在密云建設(shè)農(nóng)機(jī)無(wú)人作業(yè)試驗(yàn)示范基地，基地占地面積457 畝。通過(guò)“產(chǎn)、學(xué)、研、評(píng)、推、用”高效合作模式，以“智慧種地”為目標(biāo)，以“機(jī)器換人”為手段，打造成全國(guó)高水平農(nóng)機(jī)無(wú)人作業(yè)試驗(yàn)示范基地。

二、主要做法

實(shí)施背景：通過(guò)發(fā)展數(shù)字農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)方式賦能農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，助力鄉(xiāng)村振興，是“十四五”期間實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的關(guān)鍵舉措。在當(dāng)前我國(guó)農(nóng)村青壯年勞動(dòng)力流失加劇的嚴(yán)峻形勢(shì)下，在全程農(nóng)業(yè)機(jī)械化的基礎(chǔ)上，發(fā)展無(wú)人化農(nóng)機(jī)作業(yè)技術(shù)裝備，通過(guò)“機(jī)器代人”，解決誰(shuí)來(lái)種地，誰(shuí)來(lái)高效種地的問(wèn)題，代表著最先進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，是未來(lái)農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，必將引領(lǐng)數(shù)字農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)方式的發(fā)展。

主要內(nèi)容：本項(xiàng)目通過(guò)集成應(yīng)用新一代物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、無(wú)人駕駛等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息技術(shù)，應(yīng)用智能拖拉機(jī)、植保無(wú)人機(jī)、智能水肥一體化設(shè)備、智能收割機(jī)等農(nóng)業(yè)智能裝備為核心的智能農(nóng)機(jī)具，踐行產(chǎn)學(xué)研評(píng)推用的合作模式，開(kāi)展機(jī)群全程無(wú)人作業(yè)試驗(yàn)示范，在京郊建設(shè)集成示范區(qū)。

主要技術(shù)：已實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)自動(dòng)路徑規(guī)劃、全程無(wú)人駕駛、作業(yè)自動(dòng)控制和監(jiān)測(cè)，極大地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和作業(yè)質(zhì)量。

1.東風(fēng)2204 無(wú)級(jí)變速無(wú)人駕駛拖拉機(jī)。東風(fēng)2204 無(wú)級(jí)變速無(wú)人駕駛拖拉機(jī)基于電控底盤(pán)以及無(wú)級(jí)變速技術(shù)，結(jié)合北斗/GNSS 定位技術(shù)，能夠自動(dòng)完成預(yù)先設(shè)定地塊的耕整地、播種以及中耕等作業(yè)任務(wù)，具備遠(yuǎn)程啟停，遠(yuǎn)程協(xié)助、遠(yuǎn)程控制等能力。電控能力包括：擋位控制、動(dòng)力輸出、液壓輸出以及液壓提升。該系統(tǒng)主要包括規(guī)劃模塊、控制模塊、定位模塊。路徑規(guī)劃模塊負(fù)責(zé)規(guī)劃作業(yè)路徑以及掉頭軌跡，定位模塊負(fù)責(zé)獲取農(nóng)機(jī)位姿信息，控制模塊負(fù)責(zé)跟蹤規(guī)劃路徑以及控制機(jī)具升降，最終控制精度能夠到達(dá)±2.5cm。

主要參數(shù)：

1）電控轉(zhuǎn)向：-540°-540°，精度1.0°；

2）電控制動(dòng)及油門(mén)：0—100%，精度1%；

圖1 硬件平臺(tái)及整體布局

3）擋位控制、PTO 控制、機(jī)具升降、液壓輸出；

4）行駛速度：0—35km/h；

5）控制周期：0.1s；

6）定位控制精度：±2.5cm；

7）變速箱：無(wú)級(jí)變速CVT。

2.大型噴灌機(jī)水肥一體系統(tǒng)。圓形噴灌機(jī)具有智能施肥系統(tǒng)（Intelirri ZFB300），遠(yuǎn)程水泵控制、入機(jī)流量及壓力監(jiān)測(cè)、基于北斗定位的運(yùn)行位置監(jiān)測(cè)、手機(jī)APP 控制等功能。系統(tǒng)具備本地及遠(yuǎn)程控制，運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視等能力，可融合域內(nèi)氣象、視頻等信息，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)水肥一體化灌溉。

主要參數(shù)：

1） 整機(jī)長(zhǎng)度：187m（3 跨+懸臂）；

2）噴頭：62 個(gè)（Nelson D3000）， 搖臂式噴頭1 個(gè)；

3） 行走速度：2.06m/min（100% 運(yùn)行一周耗時(shí)：8.4h）

4）入機(jī)流量：55m3/h

5）定位控制精度：±2.5m

6）施肥流量：300L/h（柱塞泵Intelirri ZFB300）

7）施肥調(diào)節(jié)范圍：10%—100% （工作壓力：0—0.8MPa）

8）施肥桶容積：2000L

9）通信方式：4G 移動(dòng)通信（支持5G）

3. T30 型電動(dòng)六旋翼枝向?qū)Π兄脖o(wú)人飛機(jī)。大疆T30 型六旋翼植保無(wú)人機(jī)飛行性能強(qiáng)大且作業(yè)效果出色，將無(wú)人機(jī)最大載重提升至30L，大田植保作業(yè)效率達(dá)到新高度每小時(shí)240 畝；采用革命性“變形” 機(jī)身，實(shí)現(xiàn)枝向?qū)Π惺┧帲岣咿r(nóng)藥利用率20%以上，大田、果樹(shù)植保噴灑效果出類(lèi)拔萃，配合數(shù)字農(nóng)業(yè)解決方案，實(shí)現(xiàn)綠色精準(zhǔn)施藥。

無(wú)人駕駛收割機(jī)

4.無(wú)人駕駛小麥?zhǔn)斋@機(jī)。全車(chē)采用了純電控方式，操作簡(jiǎn)便。控制系統(tǒng)采用雙天線高精度定位，誤差不超過(guò)2.5cm，可實(shí)現(xiàn)：（1）路徑自動(dòng)規(guī)劃，多路徑式作業(yè)，完全模擬人工操作，作業(yè)效率高；（2）車(chē)輛點(diǎn)火熄火控制；（3）車(chē)輛前進(jìn)、倒退、停車(chē)控制； （4）車(chē)輛自動(dòng)轉(zhuǎn)彎控制；（5）車(chē)輛路徑規(guī)劃行駛控制；（6）車(chē)輛手自動(dòng)駕駛一鍵切換控制；（7）車(chē)輛遠(yuǎn)程云端控制；（8）電控HST 系統(tǒng)；（9）割臺(tái)升降控制；（10）卸糧桶自動(dòng)控制，撥禾輪自動(dòng)控制。

無(wú)人駕駛拖拉機(jī)

主要參數(shù)：

1）型號(hào)：沃得 4LZ-6.0EK(Q)

2）動(dòng)力：常柴125 馬力

3）作業(yè)幅寬：2.2m 割幅

4）喂入量：6kg

5）糧倉(cāng)容積：1.7m3

三、取得成效

本項(xiàng)目以智能農(nóng)機(jī)為核心、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)藝為保障、精準(zhǔn)化栽培為手段，踐行產(chǎn)學(xué)研評(píng)推用合作模式，在密云建立農(nóng)機(jī)無(wú)人作業(yè)試驗(yàn)示范基地。項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)種植遠(yuǎn)程智能管控模式，大幅提高生產(chǎn)管理決策能力，實(shí)現(xiàn)品質(zhì)、產(chǎn)量和效益提升。具備顯著的“全天候、全過(guò)程、可復(fù)制、可推廣”的示范效果與廣泛的推廣價(jià)值。

1.經(jīng)濟(jì)效益。

一是提高作業(yè)質(zhì)量。農(nóng)機(jī)手使用傳統(tǒng)拖拉機(jī)進(jìn)行田間作業(yè)時(shí)的精度約在10 厘米，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間勞作后，作業(yè)精度大大降低，從而降低了作業(yè)質(zhì)量，不利于前后環(huán)節(jié)的配套作業(yè)。本項(xiàng)目的無(wú)人駕駛拖拉機(jī)基于GPS/北斗雙模的自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)，作業(yè)精度可控制在±2.5 厘米，可以有效地避免重播和漏播，提升作業(yè)質(zhì)量。另外，根據(jù)自動(dòng)導(dǎo)航過(guò)程中存儲(chǔ)的路徑數(shù)據(jù)，還可以使拖拉機(jī)在后續(xù)作業(yè)環(huán)節(jié)定位到固定的作業(yè)路徑，有效保證農(nóng)機(jī)各環(huán)節(jié)作業(yè)配合精度。由原來(lái)的作業(yè)質(zhì)量靠機(jī)手的經(jīng)驗(yàn)變?yōu)樽鳂I(yè)質(zhì)量精準(zhǔn)、一致、可控。

二是降低機(jī)手勞動(dòng)強(qiáng)度。農(nóng)機(jī)在無(wú)人駕駛作業(yè)過(guò)程中，不再像以往一樣需要機(jī)手在農(nóng)機(jī)上進(jìn)行實(shí)時(shí)操控，機(jī)手只需要在道路交通駕駛農(nóng)機(jī)行駛至目標(biāo)農(nóng)田，然后便可以由農(nóng)機(jī)根據(jù)規(guī)劃路線自主作業(yè)，從傳統(tǒng)意義上的農(nóng)機(jī)作業(yè)由一個(gè)機(jī)手一臺(tái)車(chē)改變?yōu)橐粋€(gè)機(jī)手可以負(fù)責(zé)多臺(tái)車(chē)作業(yè)。這樣使駕駛員從單調(diào)重復(fù)、高強(qiáng)度的勞動(dòng)中解放出來(lái)，可延長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間，提高機(jī)車(chē)的使用效率。

三是減少投入成本。由于無(wú)人駕駛行進(jìn)中作業(yè)速度與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速更為平穩(wěn)，結(jié)合本課題的三維地形精準(zhǔn)控制，匹配度更高，動(dòng)力控制性能較優(yōu)越，且路徑規(guī)劃方案優(yōu)化，減少了不必要的行駛路程。因此相較人工駕駛，可降低油耗7%，減少環(huán)境污染。另外，優(yōu)越的路徑規(guī)劃降低在播種期間的重播率，提高直線度60%以上，因此可有效減少種肥消耗，降低投入成本。

四是提高配合效率。本課題的多機(jī)協(xié)同系統(tǒng)能夠進(jìn)行任務(wù)級(jí)別的規(guī)劃，讓農(nóng)機(jī)編隊(duì)作業(yè)，覆蓋耕種管收全環(huán)節(jié)，作業(yè)效率相較人為操控提高25%。多機(jī)協(xié)同能極大減少農(nóng)機(jī)間作業(yè)溝通成本，實(shí)現(xiàn)提前規(guī)劃，作業(yè)無(wú)縫銜接。如收獲小麥過(guò)程中，轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)能實(shí)現(xiàn)接滿即走，空車(chē)自動(dòng)接上，工作期間收獲機(jī)停車(chē)時(shí)間大大減少。

2.社會(huì)效益。形成作業(yè)大數(shù)據(jù)。智能化農(nóng)機(jī)上傳大量的傳感器數(shù)據(jù)能更加準(zhǔn)確反映作業(yè)效率、計(jì)算作業(yè)面積等情況。匯總所有農(nóng)機(jī)提供農(nóng)業(yè)作業(yè)大數(shù)據(jù)，為我國(guó)農(nóng)業(yè)作業(yè)分布、播種收獲情況、農(nóng)機(jī)轉(zhuǎn)移等農(nóng)業(yè)宏觀數(shù)據(jù)分析提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.生態(tài)效益。無(wú)人駕駛相較人工駕駛行進(jìn)中作業(yè)速度與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速更為平穩(wěn)，結(jié)合三維地形精準(zhǔn)控制，匹配度更高，動(dòng)力控制性能較優(yōu)越，且路徑規(guī)劃方案優(yōu)化，減少了不必要的行駛路程，可降低油耗，減少環(huán)境污染。另外，優(yōu)越的路徑規(guī)劃降低在播種期間的重播率和漏播率，因此可有效減少種肥消耗，減少環(huán)境污染。

四、經(jīng)驗(yàn)啟示

小麥無(wú)人作業(yè)技術(shù)應(yīng)用在密云區(qū)河南寨鎮(zhèn)陳各莊村無(wú)人作業(yè)試驗(yàn)示范基地，面積457 畝，目前基地已實(shí)現(xiàn)小麥關(guān)鍵環(huán)節(jié)無(wú)人作業(yè)，種植效果良好?；厥峭ㄟ^(guò)產(chǎn)學(xué)研評(píng)推用高效合作模式，開(kāi)展農(nóng)機(jī)全程無(wú)人作業(yè)技術(shù)與裝備試驗(yàn)示范、展示交流等工作。重點(diǎn)展示無(wú)人作業(yè)多級(jí)協(xié)同管理、高效任務(wù)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃、障礙物快速識(shí)別與避障、大型拖拉機(jī)及聯(lián)合收獲機(jī)的自主控制、智能灌溉施肥等一系列高精尖技術(shù)，基地還配套應(yīng)用栽培、土肥、植保等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合、農(nóng)機(jī)化與信息化融合。

植保無(wú)人機(jī)作業(yè)