利用北斗卫星系统提高小区播种水平的研究

蔡东明，王长发，苏宝峰，米志文，韩德俊

（1.西北农林科技大学 场站服务中心，陕西 杨凌 712100；2.西北农林科技大学农学院，陕西 杨凌 712100；3.西北农林科技大学 机械与电子工程学院，陕西 杨凌 712100）

我国自20世纪50年代小麦育种工作开始起步到21世纪初，已经涌现出小偃6 号、小偃22、陕麦7859、周麦18、西农979、西农585 等一大批高产、优质、高抗品种，为我国粮食安全和快速发展作出了巨大的贡献。但多年来小麦育种工作中的小区试验，因为播种质量差，出苗不整齐不均匀且边际效应明显，导致试验结果不真实不准确，不能将具有优良遗传基因的高代材料择优选出，并且无法进行卫星遥感监测和数据分析，严重阻碍育种工作顺利进行。为解决这一问题，在小区播种机上安装北斗卫星自动驾驶系统，大大提高了小区播种水平，在此与小麦育种工作者分享。

1 我国小区播种机使用现状

1.1 我国现有主要小区播种机型号

长久以来，我国小麦育种工作中的小区试验，一直采用人工播种方式，直到20世纪末，通过消化吸收国外技术，研制出具有我国自主知识产权的自走式小区播种机，主要型号有：黑龙江省农垦总局红兴隆科研所的XBJ-150 型；中国农机院中机美诺有限公司的2BZYT型；江苏省扬州市里下河地区农业科学研究所的XBZ02C 型；河南力垦农业机械有限公司的2BZL-6（A）型；山东省青岛普兰泰克机械科技有限公司的2BXTZ型。

1.2 我国现有小区播种机存在的问题

1.2.1 行长控制不准确

小区播种机播种盘的动力来自地轮或者数控电机，地轮转动速度受整地质量影响，电机使用1～2年后就会产生误差，播种盘因磨损和卡顿也会影响转速，因此，小区行长控制不精确。

1.2.2 播种起始不精准

目前国内外小区播种机播种的起始，均为人工提前一定量控制，而靠人工控制提前量各小区起始均有差异，因此每个小区播种开始和结束的位置参差不齐。

1.2.3 播种不直

小区播种机播种时，即使提前划有标线，也会受机械间隙和整地质量的影响，很难走成直线。

1.2.4 播种速度缓慢

小区播种不同于大田条播，为了操作精准，播种时只能挂1挡或者低档位，因此播种速度非常缓慢。

2 北斗全球卫星导航系统介绍

北斗工程1994 年启动，2000 年完成一号系统建设，2012年完成二号系统建设。此次北斗三号全球卫星导航系统全面建成并开通服务，标志着工程“三步走”发展战略取得决胜，我国成为世界上第3 个独立拥有全球卫星导航系统的国家，目前全球已有120 余个国家和地区使用北斗系统。北斗系统将为推动我国经济社会发展，构建人类命运共同体作出新的贡献。

3 北斗联适导航终端AF300自动驾驶系统

3.1 联适导航终端AF300自动驾驶系统简介

联适导航AF300 电动方向盘式北斗/GNSS自动导航驾驶系统，是上海联适公司自主研发的国内首款基于中国北斗卫星导航定位系统，采用大扭矩电机控制方向盘转向的自动驾驶系统。该系统具有完全自主知识产权，填补了国内空白，具有安装方便、扭矩大、精度高、噪声小、发热量小、调试快等优点，适合各种拖拉机、播种机械、收获机械、植保机械、插秧机等车型的安装和应用，见图1。

图1 力垦2BZL-6（A）型小区播种机安装北斗联适自动驾驶系统Fig.1 The compass automatic driving system

3.2 联适导航终端AF300自动驾驶系统特点

①整套系统安装方便维护简单，不破坏原车油路并且可靠性高；②安装简便，最快半小时完成，5 min 即可学会使用；③系统采用双天线定位定向技术，最短1 m即可上线；④搭载智能控制系统，具有全地形补偿功能，可以保证系统在坡地、高速等工况下的作业效果良好；⑤通过权威部门认证，作业误差在正负2.5 cm 以内；⑥国内首创驱控一体化电机设计，打破国外技术垄断，高度集成电机、编码器、控制器、角度传感器信号转换等一体化方案；⑦方向盘控制电机工作时噪音小、发热量低、精度高、故障率低、扭矩是进口电机的2～4 倍，适用于各种转向阻力大的地形；⑧搭载高清高亮10寸一体化车载终端，强光下可视，集成度高，内置双天线高精度北斗等多星系统主板，内置全网通4G 模块，具有超强的三防性能，可支持各种环境应用；⑨打破常规角度传感器的设计思路，解决了角度传感器安装复杂、容易损坏的问题，采用突破性的非接触式角度传感器技术，整套系统无需在车轮上加装配件，节省安装时间，校准更快，性能更优，故障率更低。

4 北斗联适导航终端AF300自动驾驶系统对小区播种的影响

①小区的行长、面积、播量和重复都是提前设计好的，使用北斗联适导航终端AF300 自动驾驶系统，播种精准质量好，便于小区试验科学规划，见图2；②现代智慧农业田间管理，均已采用自动喷施除草剂和防病虫农药，使用北斗联适导航终端AF300 自动驾驶系统，播种质量高间隔精准，麦苗和走道均呈直线，自动喷施机械不会压轧麦苗，便于田间管理；③小麦病虫害遗传研究的最新手段，是采用卫星遥感监测和数据分析，使用北斗联适导航终端AF300 自动驾驶系统，大大提高了小区的播种质量，满足了此项工作的前提条件；④使用北斗联适导航终端AF300 自动驾驶系统，提高播种水平，为卫星精准测产提供帮助；⑤小区播种机和小区收割机，设计之初幅宽一致，使用北斗联适导航终端AF300 自动驾驶系统，提高小区播种水平，出苗呈一条直线，不会歪歪扭扭，收获时小区间不会混杂。

图2 力垦2BZL-6（A）型小区播种机安装北斗联适自动驾驶系统后小区播种效果Fig.2 The sowing effect of Beidou union automatic driving system

5 小结

北斗卫星系统的建成开通，将极大地促进了我国农业、公安、防灾、通讯、航海、金融、交通、电力等行业的快速发展，未来北斗还有无限可能。小区播种质量好水平高，是高效育种、智慧管理、卫星遥测的前提条件，通过对北斗卫星联适导航终端AF300 自动驾驶系统的试用性研究，表明其极大的提高了小区播种水平，同时减轻了操作人员的劳动强度，未来还将研发由卫星遥感控制的小区播种碰撞开关，把小区播种水平提高到更高的层次。因此，北斗联适导航系统有力推动了我国小麦遗传育种研究的快速发展。