拖拉机自动导航驾驶技术在新疆生产建设兵团的应用<br/>——以第五师81团为例

拖拉机自动导航驾驶技术在新疆生产建设兵团的应用
——以第五师81团为例

2016-03-16新疆生产建设兵团第五师农机安全监理所谢俊华

湖北农机化 2016年4期

关键词：新疆生产建设兵团拖拉机基站

新疆生产建设兵团第五师农机安全监理所谢俊华

新疆生产建设兵团第五师81团农业科颜登军

新疆生产建设兵团第五师农科所郭海玲

拖拉机自动导航驾驶技术在新疆生产建设兵团的应用
——以第五师81团为例

新疆生产建设兵团第五师农机安全监理所谢俊华

新疆生产建设兵团第五师81团农业科颜登军

新疆生产建设兵团第五师农科所郭海玲

本文以新疆生产建设兵团第五师81团为例，介绍了拖拉机自动导航驾驶系统的定义、组成、工作原理，阐述了该技术在81团推广应用情况、主要经验及启示与建议。通过使用该项技术，提高了农业生产的作业质量，减少成本，节约资源，对81团精准农业高新技术应用推广具有重要意义。

拖拉机；自动导航驾驶技术；81团

在农业生产中，拖拉机是农业生产机械中最重要的驱动力，主要驱动各种机械化操作，它可以挂载或连接到牵引农机具的大多数领域的工作，还可以进行拖车运输业务，所以拖拉机是实施“精准农业”的根本动力。

传统的农田作业完全依赖驾驶员的驾驶经验，在直线度和结合线的精度上很难得到保证，尤其在地块较大的情况下，偏航的情况在所难免。返工、播种时的重漏、结合线偏差过大直接造成生产成本的增加和地块利用率的降低。

农田拖拉机自动驾驶技术使用在保证土地农作物之间的行距、间距的同时，能长时间的精确作业而不受时间的限制，农忙时期可以昼夜作业，避免因夜间光线不足而无法作业的问题。在降低人工技术需求的同时，极大提高作业质量和效率，减少重复作业，节约时间，降低作业成本，减轻驾驶员的工作负担。

1 拖拉机自动导航驾驶系统

1.1 定义

拖拉机自动驾驶系统是无人直接参与下驾驶拖拉机行驶的自动控制系统。利用计算机实时控制技术，在车辆上建立自动驾驶控制装置和自动驾驶执行装置，代替有经验的驾驶员自动操纵车辆。可提高车辆的主动安全性，降低车辆的燃料消耗，减少排气污染，提高车辆的作业效率，同时也可减轻驾驶员的负担。

1.2 组成

拖拉机自动驾驶平台按照功能不同可以分为定位导航系统、控制系统、通讯系统、自动执行系统等。本团使用的自动导航驾驶产品主要是广州中海达卫星导航技术股份有限公司提供的自动导航驾驶系统和北京麦格天农科技发展有限公司提供的美国天宝GPS自动导航驾驶产品。以美国天宝GPS自动导航驾驶系统为例，其主要组成如图1所示。

（1）导航光靶：内置双频卫星信号接收机；31个醒目指示灯在任何能见度下快速给您在线信息反馈；多重导航模式可供选择：直线、曲线、环线；大按钮，一按即可完成所有主要导航功能，卫星定位状态，设置和帮助功能的控制；使用U盘简单快速地把每天的作业数据导入计算机，用于出图和打印报告。

图1 自动导航驾驶系统组成

（2）方向传感器：独特的方向传感器向导航控制器发送高精度的转角信息。

（3）通信模块：通过GPRS/CDMA登陆服务器，接收基站的差分数据。

（4）导航控制器：自动驾驶系统的核心，通过接收卫星信号的定位信息和方向传感器的转角信息，向液压系统发送指令。

（5）液压控制器：液压控制器根据导航控制器发送的指令，改变油箱的流量和流向，保证农机按照设定的路线行驶。

1.3 工作原理

导航控制器根据卫星定位的坐标及车轮的转动情况，实时向液压控制阀发送指令，通过控制液压系统油量的流量和流向，控制车辆的行驶，确保车辆按照导航光靶设定的路线行驶。

2 81团推广应用概况

2014年五师引进了拖拉机卫星导航自动驾驶技术，该技术可控制车辆按规定的路线行驶，根据拖拉机的定位数据与期望的比较得到定位误差，并按一定的控制规律控制拖拉机按规划的路径行驶。经过改装的拖拉机不需要农机手再操作方向盘，通过卫星和信号基站定位就可实现农作物播种、喷药、收获等机械化精准作业。截至目前，该项技术已在全师棉花、玉米、小麦的播种作业中应用，并取得了较好的效果。

81团农机部门积极协调、组织落实拖拉机卫星导航自动驾驶技术运用项目。目前，全团53台拖拉机全部安装了GPS卫星导航自动驾驶仪，通过厂家售后服务人员集中调试和操作培训的无偿技术指导，团场通过现场教学的方式，对农机驾驶人员进行培训。2014年对于安装使用拖拉机卫星导航自动驾驶系统的农机职工，在享受国家农机购置补助3.12万元/台同时，团场补贴2.88万元/台，职工只需支付5万元；2015年购买的机车，只享受国家农机购置补助3万元/台的补贴，职工支付5.7万元/台。

3 应用效果

从2014年开始，81团陆续引进GPS卫星导航自动驾驶仪用于播种。应用GPS卫星定位导航系统后，目前，全团100%实现自动驾驶播种技术，播种机实现了自动驾驶、高精度播种、1 km播行垂直误差不超过2 cm，解决了困扰职工多年的棉花种植“播行不直、接茬不准”的大难题。在播种作业中，驾驶员在播种时，只需脚踏油门，一切均由卫星系统完成，大大减轻驾驶员的劳动强度。GPS卫星导航自动驾驶仪运用于农业播种生产中，在降低成本、抢抓农时、解放劳动力等方面发挥了重大作用。

（1）在大功率拖拉机上安装自动导航驾驶系统，与配套农机具进行耕地、整地、播种、喷药、施肥、收获等农田作业，可实现24 h不间断作业，提高拖拉机的作业效率20%～30%，提高农业劳动生产率、降低成本、增加综合效益。

（2）降低农机职工的劳动强度，缓解单调反复的拖拉机驾驶工作压力，更好地观察农机具的工作状况，提高作业质量，节省人工费用1倍以上。以播种棉花为例，2015年全团51台播种机车播种棉花9.952万亩(1hm2=15亩)地，相比往年，春播一季每台播种机车都不用再雇用其他播种手，可减少的雇工费1万元/台的投入，使用卫星导航操作系统后，使春播作业累计增效53万元，有效增加了农机工人的作业利润。

（3）提高田间作业质量和精度，播种100%实现了播行端直，土地有效利用率提高3%，为后续实现棉花机采、减少棉花田间浪费打下了坚实的基础。减少空耗，动力节油5%，节肥、节药效果显著。

4 主要经验、启示与建议

4.1 主要经验

（1）卫星导航自动驾驶系统液压部件比较精密，主要使用拖拉机的液压系统，所以拖拉机的液压油一定要常更换，并保持清洁。

（2）作业地块与基站距离最好在20 km以内，且天线不能遮挡，影响信号接收和系统调试，基站需要配备备用电瓶，防止断电后影响拖拉机作业，使用小的移动基站，电瓶电量一定要够，电压要稳。

（3）在实际作业过程中，驾驶员应注意力保持集中，时刻注意田块中电线杆、滴灌出水立柱等的障碍物，播种机上的划行器不能拆除，特别是在信号不稳定时，为不影响作业，需要划行器辅助作业。

（4）卫星导航自动驾驶系统的显示屏是液晶触摸屏，所以擦拭灰尘应在拖拉机启动前，严禁在作业中擦拭灰尘，避免作业精度出现误差。

（5）使用拖拉机卫星导航自动驾驶系统，需要建设信号接收发射基站，这就需要到当地无线电管理局办理使用许可证。在无线电管理局划定的频率范围内使用，每年缴纳相应频率使用费用。否则，无许可证使用无线电，若影响了军事、民航、防雹作业等造成损失需承担相应法律责任，而且频率相近也影响自身作业。

4.2 启示与建议

（1）拖拉机自动导航驾驶系统的应用关键在于须选择产品性能稳定、售后服务跟得上的代理厂家进行合作。自动导航驾驶系统涉及到电控、液压、电子信息网络等诸多方面，一旦出现故障，农机职工自身无法维护，部分厂家的售后服务人员不足，不能及时解决问题，更有些故障是维修人员也找不到问题的原因，耽误了农机正常机械作业。

（2）安装导航产品成本较高，虽然有国家购机补贴政策、团基本上也都有政策的支持，但导航产品入手的价格基本在4～5万元，在一定程度上增加了农机职工成本，建议出台更优惠政策，加大补贴力度，减少职工投入。

（3）加大GPS卫星导航自动驾驶技术的培训，使农机职工能够真正掌握此技术，出现简单的故障，能够自行解决。

（4）目前自动导航设备市场有待于规范，代理商较多，不同的代理商所代理的导航设备的基站差分协议不同，差分信号不能通用，每一个品牌就得设1个RTK地面差分基站，造成重复投资，给用户造成使用不便。