農機衛星導航自動駕駛技術在昌吉市的應用

李　瑞，劉　棟，夏國輝（.昌吉市農機技術推廣站，新疆昌吉　8300；.昌吉市農機局）

農機衛星導航自動駕駛技術在昌吉市的應用

李瑞1，劉棟1，夏國輝2
（1.昌吉市農機技術推廣站，新疆昌吉831100；2.昌吉市農機局）

摘要：文中介紹了農機衛星導航在昌吉市的使用情況，介紹了當地普遍使用的兩種類型導航的組成及優缺點、使用注意事項、存在的問題及解決辦法等。

關鍵詞：農機衛星導航；自動駕駛

農機衛星導航是指在拖拉機上安裝導航自動駕駛系統，通過衛星定位使拖拉機能在田間按照設定的標準行駛作業。從而使農作物的種植布局規則整齊，提高種植質量，解決人工操作過程中出現的交接行不一致，甚至重疊的現象。該項技術目前已經在整地、起壟、播種、施肥、植保、收獲等許多農機作業項目上發揮著重要的作用，有著廣闊的應用前景。

1　引進使用情況

自2013年該項技術引進昌吉市以來，得到廣大農民的高度認可，三年來，市財政共計拿出620萬元資金用于該項技術的引進推廣，截至目前全市共計推廣113臺，其中，以拓普康System150導航自動駕駛系統為主的方向盤式81套，以“壁虎”Hemisphere導航自動駕駛系統為主的液壓式32套。主要安裝在60～130 hp段各種品牌的拖拉機上，這些拖拉機在春播、田管等農田作業中起到了主力軍的作用，特別是在機采甜菜、機采棉花、制種玉米等的播種、中耕和植保作業中尤為突出。昌吉市2013年安裝6臺拖拉機，完成作業面積1 600 hm2，2014年新裝73臺拖拉機，共計完成作業面積2萬hm2；2015年新裝34套，共計完成作業面積3萬hm2。

該技術的使用，一是實現了拖拉機按照設定的路線自動行駛，保證直線行駛千米偏差在2 cm內，交接行準確率達到2.5 cm，徹底解決了播種作業中出現的“播不直、交接行不等”的老大難問題，大幅提高了農機作業質量；二是提高了土地利用率。從作業效果測定，由于播行整齊，農戶的地塊里面播種行數都有增加，通過實地測定土地利用率平均提高4.7%；三是提高了機車作業效率。由于導航的使用拖拉機行走不再依靠機手，也不再受到光線的限制，延長了作業時間，據統計昌吉市安裝導航的拖拉機年作業面積較往年增加30%左右，機手的收入也明顯增加；四是減輕駕駛操作人員的勞動強度。駕駛員不需要時刻掌握方向盤盯著前進路線，而是在完成地頭轉彎，拖拉機行駛正常后可以隨意下車活動，或者兼顧后方播種機作業情況；五是為田間后續作業儲存了數據信息。按照儲存的信息可以對行完成后續機械化中耕、植保、收獲等作業。播種、田管質量提高了，后續的機采機收效率和質量也將大大提高，無形中也提高了產量；六是對駕駛員技術要求低，新手也能駕駛自如。春播短短十幾天內一個熟練操作手的工資一般為1萬多元，現在只需要雇傭一個有駕駛執照的普通駕駛員，工資只需要3000元，這樣一個播種期就能節省7 000元，全年的田間管理和收獲工作中單單駕駛員費用就能節省很大一筆開銷。

2　兩種類型導航的組成和優缺點

2.1以拓普康衛星定位為主的方向盤式自動駕駛系統

其主要組成部件有：方向盤（替換原車方向盤）、控制器（使用物理按鍵進行操控，可以修改設置車輛信息，調試車輛）、衛星接收機（安裝在拖拉機的車頂接收基站發來信號，并精確定位出車輛當前位置）和角度傳感器（拉桿式方向傳感器在前驅上感應前輪轉動角度信息，通過線纜向駕駛室的控制箱傳輸角度數據）。在具體工作時車頂的衛星接收機實時的接收基站信號并進行差分，實時地測量拖拉機的具體位置信息并傳回到控制箱，控制箱將所測得的數據與設計線路進行對比，根據偏差信息將調整指令傳給電動方向盤，使其實時調整，保證其按照設計路線前進。

優點：（1）適用于任何進口、國產拖拉機。由于不用改動原來車輛的隱蔽器件和油路，只需更換電動方向盤。因此做好相應品牌、車型的方向盤套筒就可安裝。不存在因車型不同而不匹配的問題；（2）一套設備可多輛車共用。家中如有多款拖拉機或需要更換新拖拉機，該設備也能方便快捷移裝到另一臺車上。只需一個相對應車型的套筒，就能在1～2 h之間完成移裝工作，使用率高；（3）安裝、拆卸簡單方便，無需改裝車上原有的液壓系統。安裝和拆卸都不會對車輛有任何損壞，不需要改變車上原有的油路和電路，避免了因改裝后而出現的各種液壓故障以及保修問題。

缺點：選用固定式基站信號范圍有限，受到限制，不便跨區作業，選用移動式基站需要另付3萬元左右基站費用，價格太貴。

2.2以“壁虎”Hemisphere為主的液壓式自動駕駛系統

該系統組成主要有：顯示控制器（用于設置車輛作業參數，顯示車輛作業狀態，保存作業記錄，統計并輸出顯示作業數據）、ECU控制器（感知車身姿態，自動控制車輛轉向系統，使車輛始終準確地保持沿預定航線行駛）、液壓閥（根據ECU控制器發出的命令，通過發出的指令，對方向機液壓調節，使農機按規定路線工作）和基準站（為車輛上安裝的北斗GNSS接收機提供RTK差分信號，提供車輛定位導航精度，使得車輛行駛路線與預設航線保持一致）。具體工作時系統通過接收基準站差分數據，實現厘米級的衛星定位，實時向控制器發送精準的定位信息。方向傳感器實時的向控制器發送車輪的運動方向信息。導航控制器根據衛星定位的坐標及車輪的轉動情況，實時向液壓控制閥發送指令，通過控制轉向液壓油的流向和流量，控制車輛的行駛，確保車輛按照導航設定的線路行駛。

優點：（1）顯示屏為抗反射高亮全彩色屏幕，方便用戶在各種光線條件下查看和使用，屏幕顯示為中文提示，便于農戶識別，支持UBS接口，方便作業記錄的拷貝和系統軟件的升級；（2）實時液壓傳感器監控，緊急情況下自動退出自動駕駛模式；（3）配置便攜式流動基站，便于車輛跨區作業。

缺點：（1）便攜式基站可以隨時按工作區域而調動，信號質量很好，但是搬運很麻煩而且需要為其供電。如果基站移動則需重定AB線；（2）安裝麻煩，需要改變方向機液壓油路；（3）需保持車內液壓油的純凈，因此要經常更換液壓油；（4）更換不同類型車需要重新定制油路管，成本較高。

3　衛星導航在使用過程中需要注意的問題

（1）基站發射天線要求架設高度不得少于12 m，以保障基站覆蓋范圍內信號的強度，天線15°的高度截止角范圍內無連續成片的遮擋物，周圍200 m范圍內無較大的無線電發射裝置，高壓輸電設備等。

（2）當拖拉機經過高壓電線下時信號會受到干擾，從而影響拖拉機行駛的精度。

（3）播種時如果農具本身有安裝誤差，制造誤差或者懸掛不當（太松或者太緊），土地不平整都會影響播種的精度（直線度或交接行）。在用導航自動駕駛播種時種床要平整上虛下實，拖拉機行走的時候左右不搖擺就達到預期的行駛精度≥2.5 cm。

（4）拖拉機液壓轉向系統的間隙要小，在間隙較大的拖拉機上使用導航系統時，由于電動方向盤的轉向打得很大，就會影響車輛行駛的穩定性。

（5）即使不用導航作業時也要注意保養，注意保持導航控制器散熱良好。液壓式自動駕駛系統的油管線纜要注意防止磨損。轉向液壓油應保證一年一換。方向傳感器在不用期間可拆下，防止磕碰。作業期來臨前提前校車。每年要對導航系統進行一次升級，確保更新為最新數據。提前試作業，確保作業期間不誤事。

（6）固定基站要有斷電保護裝置，以便發生停電時自動轉換，為蓄電池供電繼續工作，確保信號連續，避免因停電造成信號中斷，失去導航作用。

（7）在創建新的田塊時，一定要將田塊名稱記住，以備下一個作業環節使用。

（8）在使用導航自動駕駛作業前，一定要先檢查線纜是否規整，方向傳感器是否有磕碰，控制器固定是否穩定，各類插頭是否松動。

4　存在的問題和解決辦法

（1）導航設備價格昂貴，農民全價購置有顧慮。近3年來昌吉市所裝的幾個品牌導航價格均在10～12萬元之間，目前國家購置補貼2～3萬元，農戶仍需要支付7～9萬元設備費用，一般收入的農機戶很難接受。解決辦法：一是生產企業盡快將該項技術國產化，降低成本；二是爭取地方財政給予一定的累加補貼。

（2）導航信號不穩定。拖拉機自動導航駕駛系統在昌吉市使用幾年來，各種品牌的產品都存在信號不穩定的問題，特別是沙塵和陰天基站信號明顯變差，接收機接收不到信號，往往是農戶在播種過程中信號突然中斷，農機自動駕駛失去作用，播行發生彎曲。解決辦法：一是將基站發射器盡量架設在高樓空曠、周邊無干擾處；二是農戶在播種過程中，將農機上的換行器放下，待系統不工作時換成手動操作；三是建議導航信號和手機信號并網，實現增強信號，降低總體成本的目的（省去基站費用）。

（3）AB線設定麻煩。拖拉機必須完成一個空的來回行程才能夠完成AB線的確定，明顯增加了耗油成本，降低了作業效率。該現象在連片統一種植的大塊田作業時不明顯，在目前還是一家一戶種植的農戶地里面作業時特別明顯，會出現每戶都要確定AB線，最嚴重的時候播種3～4個來回就要重新設定，成本明顯增加，作業效率也明顯降低。建議生產企業開辟新的確定路線方式，實現拖拉機不用走完全程就能夠完成AB線的確定。

（4）地頭直線度不高。拖拉機剛開始行駛時起始路線經常出現繞小彎后才直線行駛。農機導航自動駕駛系統轉向控制是通過GPS確定實時位置，然后通過安裝在前輪軸輪上的角度傳感器發送轉向偏移值至控制器上，再將改正值通過電子信號控制電磁方向盤轉向或電磁閥控制油路，從而保證前行的直線度。解決辦法：農機入線時可先往前行駛一段路程，待車往前走直后再倒車回起點，即擺正車身，導航入線。

（5）交接行不一致。交接行指播種時相鄰來回播種行之間的距離。以2膜12行機采棉模式為例，交接行要求為66 cm。解決辦法：調整農具至懸掛正中，如因客觀因素導致農具無法懸掛至正中或調節后仍存在交接行偏差，可通過調節GPS偏移量來解決。或者采用臨時辦法，將車開直至劃行器畫好的直線上，點擊菜單—衛星—其他設置—歸零，暫時將該路線交接行調好。

收稿日期：2015-07-12

文章編號：1007-7782（2015）04-0016-03

中圖分類號:S233.2

文獻標識碼：B

doi:10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2015.04.006