拖拉機自動導航駕駛技術在新疆生產建設兵團的應用
——以第五師81團為例

新疆生產建設兵團第五師農機安全監理所 謝俊華

新疆生產建設兵團第五師81團農業科 顏登軍

新疆生產建設兵團第五師農科所 郭海玲

拖拉機自動導航駕駛技術在新疆生產建設兵團的應用
——以第五師81團為例

新疆生產建設兵團第五師農機安全監理所 謝俊華

新疆生產建設兵團第五師81團農業科 顏登軍

新疆生產建設兵團第五師農科所 郭海玲

本文以新疆生產建設兵團第五師81團為例，介紹了拖拉機自動導航駕駛系統的定義、組成、工作原理，闡述了該技術在81團推廣應用情況、主要經驗及啟示與建議。通過使用該項技術，提高了農業生產的作業質量，減少成本，節約資源，對81團精準農業高新技術應用推廣具有重要意義。

拖拉機；自動導航駕駛技術；81團

在農業生產中，拖拉機是農業生產機械中最重要的驅動力，主要驅動各種機械化操作，它可以掛載或連接到牽引農機具的大多數領域的工作，還可以進行拖車運輸業務，所以拖拉機是實施“精準農業”的根本動力。

傳統的農田作業完全依賴駕駛員的駕駛經驗，在直線度和結合線的精度上很難得到保證，尤其在地塊較大的情況下，偏航的情況在所難免。返工、播種時的重漏、結合線偏差過大直接造成生產成本的增加和地塊利用率的降低。

農田拖拉機自動駕駛技術使用在保證土地農作物之間的行距、間距的同時，能長時間的精確作業而不受時間的限制，農忙時期可以晝夜作業，避免因夜間光線不足而無法作業的問題。在降低人工技術需求的同時，極大提高作業質量和效率，減少重復作業，節約時間，降低作業成本，減輕駕駛員的工作負擔。

1 拖拉機自動導航駕駛系統

1.1 定義

拖拉機自動駕駛系統是無人直接參與下駕駛拖拉機行駛的自動控制系統。利用計算機實時控制技術，在車輛上建立自動駕駛控制裝置和自動駕駛執行裝置，代替有經驗的駕駛員自動操縱車輛?？商岣哕囕v的主動安全性，降低車輛的燃料消耗，減少排氣污染，提高車輛的作業效率，同時也可減輕駕駛員的負擔。

1.2 組成

拖拉機自動駕駛平臺按照功能不同可以分為定位導航系統、控制系統、通訊系統、自動執行系統等。本團使用的自動導航駕駛產品主要是廣州中海達衛星導航技術股份有限公司提供的自動導航駕駛系統和北京麥格天農科技發展有限公司提供的美國天寶GPS自動導航駕駛產品。以美國天寶GPS自動導航駕駛系統為例，其主要組成如圖1所示。

（1）導航光靶：內置雙頻衛星信號接收機；31個醒目指示燈在任何能見度下快速給您在線信息反饋；多重導航模式可供選擇：直線、曲線、環線；大按鈕，一按即可完成所有主要導航功能，衛星定位狀態，設置和幫助功能的控制；使用U盤簡單快速地把每天的作業數據導入計算機，用于出圖和打印報告。

圖1 自動導航駕駛系統組成

（2）方向傳感器：獨特的方向傳感器向導航控制器發送高精度的轉角信息。

（3）通信模塊：通過GPRS/CDMA登陸服務器，接收基站的差分數據。

（4）導航控制器：自動駕駛系統的核心，通過接收衛星信號的定位信息和方向傳感器的轉角信息，向液壓系統發送指令。

（5）液壓控制器：液壓控制器根據導航控制器發送的指令，改變油箱的流量和流向，保證農機按照設定的路線行駛。

1.3 工作原理

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，通過控制液壓系統油量的流量和流向，控制車輛的行駛，確保車輛按照導航光靶設定的路線行駛。

2 81團推廣應用概況

2014年五師引進了拖拉機衛星導航自動駕駛技術，該技術可控制車輛按規定的路線行駛，根據拖拉機的定位數據與期望的比較得到定位誤差，并按一定的控制規律控制拖拉機按規劃的路徑行駛。經過改裝的拖拉機不需要農機手再操作方向盤，通過衛星和信號基站定位就可實現農作物播種、噴藥、收獲等機械化精準作業。截至目前，該項技術已在全師棉花、玉米、小麥的播種作業中應用，并取得了較好的效果。

81團農機部門積極協調、組織落實拖拉機衛星導航自動駕駛技術運用項目。目前，全團53臺拖拉機全部安裝了GPS衛星導航自動駕駛儀，通過廠家售后服務人員集中調試和操作培訓的無償技術指導，團場通過現場教學的方式，對農機駕駛人員進行培訓。2014年對于安裝使用拖拉機衛星導航自動駕駛系統的農機職工，在享受國家農機購置補助3.12萬元/臺同時，團場補貼2.88萬元/臺，職工只需支付5萬元；2015年購買的機車，只享受國家農機購置補助3萬元/臺的補貼，職工支付5.7萬元/臺。

3 應用效果

從2014年開始，81團陸續引進GPS衛星導航自動駕駛儀用于播種。應用GPS衛星定位導航系統后，目前，全團100%實現自動駕駛播種技術，播種機實現了自動駕駛、高精度播種、1 km播行垂直誤差不超過2 cm，解決了困擾職工多年的棉花種植“播行不直、接茬不準”的大難題。在播種作業中，駕駛員在播種時，只需腳踏油門，一切均由衛星系統完成，大大減輕駕駛員的勞動強度。GPS衛星導航自動駕駛儀運用于農業播種生產中，在降低成本、搶抓農時、解放勞動力等方面發揮了重大作用。

（1）在大功率拖拉機上安裝自動導航駕駛系統，與配套農機具進行耕地、整地、播種、噴藥、施肥、收獲等農田作業，可實現24 h不間斷作業，提高拖拉機的作業效率20%～30%，提高農業勞動生產率、降低成本、增加綜合效益。

（2）降低農機職工的勞動強度，緩解單調反復的拖拉機駕駛工作壓力，更好地觀察農機具的工作狀況，提高作業質量，節省人工費用1倍以上。以播種棉花為例，2015年全團51臺播種機車播種棉花9.952萬畝(1hm2=15畝)地，相比往年，春播一季每臺播種機車都不用再雇用其他播種手，可減少的雇工費1萬元/臺的投入，使用衛星導航操作系統后，使春播作業累計增效53萬元，有效增加了農機工人的作業利潤。

（3）提高田間作業質量和精度，播種100%實現了播行端直，土地有效利用率提高3%，為后續實現棉花機采、減少棉花田間浪費打下了堅實的基礎。減少空耗，動力節油5%，節肥、節藥效果顯著。

4 主要經驗、啟示與建議

4.1 主要經驗

（1）衛星導航自動駕駛系統液壓部件比較精密，主要使用拖拉機的液壓系統，所以拖拉機的液壓油一定要常更換，并保持清潔。

（2）作業地塊與基站距離最好在20 km以內，且天線不能遮擋，影響信號接收和系統調試，基站需要配備備用電瓶，防止斷電后影響拖拉機作業，使用小的移動基站，電瓶電量一定要夠，電壓要穩。

（3）在實際作業過程中，駕駛員應注意力保持集中，時刻注意田塊中電線桿、滴灌出水立柱等的障礙物，播種機上的劃行器不能拆除，特別是在信號不穩定時，為不影響作業，需要劃行器輔助作業。

（4）衛星導航自動駕駛系統的顯示屏是液晶觸摸屏，所以擦拭灰塵應在拖拉機啟動前，嚴禁在作業中擦拭灰塵，避免作業精度出現誤差。

（5）使用拖拉機衛星導航自動駕駛系統，需要建設信號接收發射基站，這就需要到當地無線電管理局辦理使用許可證。在無線電管理局劃定的頻率范圍內使用，每年繳納相應頻率使用費用。否則，無許可證使用無線電，若影響了軍事、民航、防雹作業等造成損失需承擔相應法律責任，而且頻率相近也影響自身作業。

4.2 啟示與建議

（1）拖拉機自動導航駕駛系統的應用關鍵在于須選擇產品性能穩定、售后服務跟得上的代理廠家進行合作。自動導航駕駛系統涉及到電控、液壓、電子信息網絡等諸多方面，一旦出現故障，農機職工自身無法維護，部分廠家的售后服務人員不足，不能及時解決問題，更有些故障是維修人員也找不到問題的原因，耽誤了農機正常機械作業。

（2）安裝導航產品成本較高，雖然有國家購機補貼政策、團基本上也都有政策的支持，但導航產品入手的價格基本在4～5萬元，在一定程度上增加了農機職工成本，建議出臺更優惠政策，加大補貼力度，減少職工投入。

（3）加大GPS衛星導航自動駕駛技術的培訓，使農機職工能夠真正掌握此技術，出現簡單的故障，能夠自行解決。

（4）目前自動導航設備市場有待于規范，代理商較多，不同的代理商所代理的導航設備的基站差分協議不同，差分信號不能通用，每一個品牌就得設1個RTK地面差分基站，造成重復投資，給用戶造成使用不便。

5 結束語

綜上所述，拖拉機自動駕駛技術提高了農業生產的作業質量，減少成本，節約資源，對81團精準農業高新技術應用推廣具有重要意義。全面提升81團農業機械化、自動化與智能化水平，促進了農機與農藝、農機化與信息化有機融合。

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2016-07-03）