自动辅助驾驶高速插秧机在江苏的应用现状和发展建议

2020-02-12沈有柏

江苏农机化 2020年6期

沈有柏

0 引言

随着卫星定位技术、传感器技术和自动控制技术的发展，变量施肥、精准施药、精确种植等精准农业技术应用范围越来越广，对农机作业的精确性提出了更高的要求，推动了自动辅助驾驶系统在农机上的应用。江苏省自2017 年开始试验研究自动辅助驾驶高速乘坐式插秧机，2019 年，部分市县通过示范项目建设，开始购买应用自动辅助驾驶高速插秧机。目前，该机具在江苏的应用已进入用户自愿选择使用阶段。

1 自动辅助驾驶高速插秧机分类

目前，市场上已经商品化的自动辅助驾驶高速插秧机根据其能够实现的功能主要分为自动直行乘坐式高速插秧机[1]和智能控制半自动高速插秧机[2]两类。自动直行乘坐式高速插秧机是一种可以在直线行走作业时无需驾驶员控制、按照预先设定的行驶方向自动保持直线作业任务的高速插秧机。智能控制半自动高速插秧机是一种可以按照预先设定的程序自动完成作业路径规划，插植部升降，插秧机调头、转向等作业任务，插秧作业时无需驾驶员的高速插秧机。但这两种高速插秧机均需由人工驾驶到作业田块内，并需人工上秧，在特定状态下需要人工制动停机。自动辅助驾驶高速插秧机从自动辅助驾驶系统的安装方式上又分为前装和后装两种。前装一般是指自动辅助驾驶系统和高速插秧机在出厂前就安装好，作为一个整机出厂；后装是指高速插秧机出厂后，由用户选择其它品牌的自动辅助驾驶系统安装在高速插秧机上，组成自动辅助驾驶高速插秧机。

2 自动辅助驾驶高速插秧机结构和性能

2.1 结构

自动辅助驾驶高速插秧机由高速插秧机本体和自动辅助驾驶系统组成。自动辅助驾驶系统主要由卫星接收天线、GNSS 接受机、角度等传感器、液晶控制面板、控制器和油缸等控制机构组成，能够通过接收北斗、GPS、格洛纳斯和伽利略等卫星信号辅助以RTK 基站网络来实现精确定位，也可以仅通过双卫星实现精确定位。农机推广鉴定的自动辅助驾驶系统的作业性能要求是：直线精度≤5 cm、作业行间距平均偏差≤5 cm、作业行间距偏差合格率≥90%、抗扰续航时间≥10 s。

2.2 性能

在满足基本作业性能的条件下，不同厂家产品的安全性和使用便捷性也不同。有些自动辅助驾驶系统设计时首先考虑安全性，在机身左右倾斜角度过大、机身前后倾斜角度过大、机身下陷和机身行驶偏离轨迹过大时，具有自动停机功能；有些自动辅助驾驶系统便捷性功能按钮简单，用户容易操作，且具有路况感知、根据大田的泥脚深度及湿烂状况自动调节方向盘扭矩电机灵敏度等功能。

3 自动辅助驾驶高速插秧机的优势

具有自动辅助驾驶功能的高速插秧机能够根据卫星定位实现精准作业，与人工操作相比，具有以下优势：

3.1 可提高秧田利用率，有利于提高产量

精准定位栽插可减少由于人工操作导致的插行不直和接行间距过大或过小的问题，秧苗在田间分布更加均匀，更加容易实现农艺行株距要求，可以提高秧田利用率，有利于提高产量。

3.2 可降低劳动强度，减少人工使用

自动辅助驾驶高速插秧机具有自动辅助驾驶功能，可以有效减轻驾驶员的工作强度，减少人工使用量。

3.3 有利于增加作业时长，提高劳动生产率

自动辅助驾驶高速插秧机对驾驶员的驾驶水平要求较低，即使是在天气条件或光线不好的情况下，也可以顺利完成作业，因此有利于增加作业时长，提高劳动生产率。

3.4 有利于实现全程精准作业

自动辅助驾驶高速插秧机作业时规划的路径信息，可以进行数据存储，在后续的水稻施肥、除草、打药等环节均可以调用，进而可以实现施肥、除草、打药机械对行行走，为全程精准作业打下基础。

4 自动辅助驾驶高速插秧机推广应用的难点

4.1 实际作业精度会存在误差

水稻插秧田块是有一定泥脚深度的水田。江苏多数地块为稻麦轮作，种小麦需要开沟，因此水稻田里会高低不平，插秧机在田间会出现侧滑现象，即使自动辅助驾驶系统具有纠偏功能，实际作业精度仍然会有小概率的偏差较大现象。

4.2 难以实现插秧的全路径规划和收边功能

由于结构上的原因，高速插秧机很难实现通过自动辅助驾驶系统进行倒车功能。在对田块进行插秧收边作业时，路径规划非常复杂，且必须要进行多次的倒车对行调整；因此，很难实现插秧的全路径规划和收边功能。

4.3 作业效率低，影响用户收益

目前，自动辅助驾驶高速插秧机的作业速度（特别是转弯掉头速度）低于人工操作插秧机的作业速度，作业效率较低，影响用户收益。

5 自动辅助驾驶高速插秧机在江苏的应用现状

江苏省自2017 年开始进行自动辅助驾驶高速插秧机试验研究和推广使用。前两年只是在农机装备展示会和演示会上作为新产品出现，并没有实现真正的用户使用。2019 年江苏省部分地方市县通过试验示范项目建设，发展了几十台自动辅助驾驶高速插秧机（系统）。2020 年，部分市县又通过示范项目购买了200 台左右的智能控制半自动高速插秧机（系统），还有部分用户自发购买了一些自动直行乘坐式高速插秧机（系统）。由此可以看出，目前，自动辅助驾驶高速插秧机在江苏的应用已由最初的试验示范阶段进入用户自愿选择使用阶段。但上述用户均是采用自动辅助驾驶系统和高速插秧机分开购买的方式配置机具，没有选择购买自动辅助驾驶高速插秧机整机。原因在于江苏省农机购置补贴政策对于自动辅助驾驶高速插秧机整机补贴低于自动辅助驾驶系统和高速插秧机之和。在江苏农机购置补贴系统中，插秧机和自动辅助驾驶系统是分开进行补贴的，补贴的机具品目分别为水稻插秧机和农业用北斗终端（含渔船用），而自动辅助驾驶高速插秧机是以自动直行乘坐式高速插秧机的名称在水稻插秧机品目下进行分档补贴的。以6 行带自动直行功能的乘坐式插秧机为例：如果用户以整机形式购买，只享受29 200 元购机补贴；如果用户分开购买6 行乘坐式水稻插秧机和自动直行系统，则可以享受6 行乘坐式水稻插秧机购机补贴28 000 元和农业用北斗终端（含渔船用）购机补贴 15 000 元（或 17 000 元），合计43 000 元（或45 000 元）。因此，虽然直接购买自动辅助驾驶高速插秧机整机更为方便，但限于购机补贴的补贴额度原因，用户不得不选择分开购买高速插秧机和自动辅助驾驶系统的方式申报补贴。

此外，由于现阶段智能控制半自动高速插秧机的作业效率比普通人工控制的插秧机要低，且其自动辅助驾驶系统价格通常在4 万～5 万元，价格比自动直行乘坐式高速插秧机的辅助驾驶系统高1 万～2 万元，因此，目前自动直行乘坐式高速插秧机的辅助驾驶系统比智能控制半自动高速插秧机的自动辅助驾驶系统更容易被用户接受。

6 自动辅助驾驶高速插秧机在江苏的发展建议

随着卫星定位、自动控制技术的进步，自动辅助驾驶将是高速插秧机的发展趋势，但需要在如下方面进行改进，才能更好地推动此项技术的应用：

6.1 提高机具作业效率

自动辅助驾驶高速插秧机作业效率比人工操作低是制约用户购买使用的一个主要因素。只有提升插秧机的作业效率，让用户在有限的农时内完成更多的机插秧面积，才能真正调动农户的购机积极性。

6.2 研制具有全路径规划和收边功能的机具

缺少全路径规划和收边功能的自动辅助驾驶高速插秧机，不能实现真正的无人作业，仍然需要一个驾驶员在插秧机上进行收边作业，这对于用户而言，并不能完全省去一个人工，因此，这也是制约该技术推广应用的一个因素。

6.3 改进农机购置补贴方式

目前自动辅助驾驶高速插秧机的农机购置补贴方式客观上是支持用户分开购买高速插秧机和自动辅助驾驶系统，而由于在补贴系统中的自动辅助驾驶系统生产厂家绝大部分并非插秧机主机生产厂家，实际上对于用户而言，需购买两个不同厂家生产的产品安装成一个产品，后期插秧机使用后出现故障需维护保养时，会出现厂家责任不明、互相推诿等问题。因此，为更好地发挥农机购置补贴政策在农机化发展中的引领作用，应增加自动辅助驾驶高速插秧机整机补贴标准至与水稻插秧机和农业用北斗终端（含渔船用）两者累加值一致，让用户可以在同等条件下选择前装整机产品或后装产品。