淺談自動駕駛導航系統在昌吉市農業生產中的應用

【摘 要】在農業生產中應用衛星定位系統，可提高播種、噴藥、收獲等農田作業交接行的精準度，減少農作物生產投入成本，提高農機作業質量，降低成本，增加經濟效益，避免作業過程中產生銜接行的“重漏”。文章介紹了衛星定位系統在昌吉市農業生產中的應用情況。

【關鍵詞】System150系統；自動駕駛導航系統；農業生產；應用

昌吉市總播種面積76667hm2，是全疆重要的糧棉油戰略儲備基地。為在有限的土地上進一步提高農作物產量，那就需要更高技術的精耕細作，實現精細化農業生產。精細農業是相對于傳統農業而言的，是在現代信息技術、工程技術等高新技術的基礎上發展起來的現代農業生產形式，其核心技術是地理信息系統、全球定位系統、遙感技術、激光技術和計算機自動控制技術。目前精細農業已成為合理利用農業資源、提高農作物產量、降低生產成本、改善生態環境的一種重要的現代農業生產形式。自動駕駛導航系統就是精細農業的核心技術之一。

2013年，昌吉市建立農機化示范基地6個，核心區面積800hm2，州、市財政拿出50萬元資金支持安裝了6套GPS導航自動駕駛系統（System150系統），完成了核心區種植的800hm2甜菜、棉花、玉米及水稻等作物的全程機械化播種。

1 System150系統工作原理

自動駕駛導航系統由基準站、車載衛星定位組件、決策支持組件以及自動控制組件組成等四部分構成。

基準站能夠接收定位衛星信號，通過計算得到信號中包含的誤差，并獲取誤差改正參數；然后通過電臺或者網絡等通訊手段，將改正參數播發出去，為車載衛星定位組件提高定位精度。

車載衛星定位組件即GPS流動站。該組件安裝在拖拉機頂棚上，同樣接收定位衛星信號，定位出機械當前位置、速度等信息，并接收基準站播發的改正參數，將定位精度提高至1～2cm。

決策支持組件是自動駕駛導航系統的控制中樞。該組件能夠人工設定并規劃拖拉機行進路線，接收車載衛星定位組件提供的位置、速度信息并自動與規劃路線進行反算，然后計算出合理轉向方式，發出指令，控制自動控制組件。

自動控制系統即為最終控制車輛轉向的部分。自動控制系統通過接收決策支持組件給出的指令控制車輛轉向，最終實現自動控制。

自動駕駛導航系統將衛星定位、決策支持以及自動控制有機的進行結合：基準站和車載衛星定位組件結合，實時、高精度定位出車輛當前位置、速度等信息并提供給決策支持組件；決策支持組件反算出當前位置與規劃路線的偏差并控制自動控制組件，進行合理的轉向調整，最終實現自動控制，完成既定的工作目標。

2 System150系統主要特點

（1）電動方向盤采用最先進的磁驅動技術，無摩擦；利用花鍵與轉向器連接，大大提高了安裝速度。

（2）適用各種拖拉機車型，方向盤驅動，安裝、拆卸方便。包括收獲機等均可采用此套系統進行控制，從而提高GPS的應用率，大大減少成本。

（3）先進的衛星接收機，在惡劣環境下也能接收到衛星，從而保證實時定位的精度。

（4）控制器軟件運用中文，圖形顯示明顯，方便易學。

（5）采用全球定位技術，能夠24w連續作業，加快播種、施肥、收獲等作業的進度。

3 自動駕駛技術在昌吉市農業生產中的應用效果

3.1 應用效果

用該技術對甜菜、玉米、水稻和棉花等作物進行播種，大幅度提高了作業時交接行的精準度，避免作業時產生交接行的“重漏”， 1000m播行垂直誤差不超過2.5cm，接茬準確率達到100%，提高了土地、水、肥、藥的利用率，為后期田間管理、收獲作業打下了堅實基礎；同時還延長了作業時間， 搶抓了農時，提高了作業效率。通過召開現場觀摩會，受到了區、州、市領導和農民朋友的好評，收到了非常好的效果。

3.2 效益分析

3.2.1 經濟效益

使用GPS導航自動駕駛技術，大幅度提高了作業時交接行的精準度，能節約土地面積3%。以棉花為例，棉花株數提高3%以上，同一地塊、同一架播種機，采用自動導航機械化作業技術，667㎡株數在去年的基礎上增加了690株，每株5鈴、每鈴5g，667㎡產量增加17.25kg，增收138元；全市1400hm2核心區用GPS導航自動駕駛技術可增加土地面積24hm2，提高土地產出率。

采用全球定位技術，能夠24h連續作業。結合本地實際，使用自動導航播種比常規播種每天多作業2.7hm2，加快了播種進度，縮短了播種期，減少了雇用技術人員的費用，降低了成本。

3.2.2 社會效益

使用GPS導航自動駕駛技術，解決了一直以來困擾農機人的“播行端直、接茬準確”和雇用高技術人員難、工錢高的問題。24h連續作業使作業時間不受白天黑夜的限制，大大提高了機車的出勤率和時間利用率，縮短了播種期，減少了技術人員的雇傭費用，降低了成本，減輕了駕駛員的勞動強度，有效提高了作業質量。農民使用裝有衛星定位系統的機車進行播種，可增加農機手的收入。通過衛星定位系統機車的幫助，農民可以盡早完成土地種植，然后投身進行二三產業，實現農村勞動力轉移，進一步增加農民收入，緩解了春耕生產期間用工難的問題。后期噴藥時作物生長茂盛，行距很難分辨，需要有人在前面分行，否則會出現分行不清而嚴重軋苗的現象。但使用該技術作業時可自動分行，省去分行需要的人力和費用，降低了生產成本，提高了農機作業質量和效率，實現節本增收。

4 自動駕駛技術在昌吉市應用的必要性

4.1 農田標準化作業

昌吉市農業生產逐步由傳統農業向現代農業跨越，形成了標準化作業和規范性操作，示范帶動農業生產方式轉變和機械化水平的提高，使農作物種植實現規范化、集約化、標準化。

4.2 可降低勞動強度，提高田間作業質量

GPS導航自動駕駛技術通過在拖拉機上安裝電動方向盤，控制系統根據設計路線實現自動轉向，駕駛操作人員不用關注拖拉機方向盤和行走方向，可降低駕駛操作人員的作業疲勞度，提高田間作業質量。

4.3 可延長作業時間，提高作業效率

GPS導航自動駕駛技術不受作業時間的限制，大大提高了機車的出勤率和時間利用率，縮短了播種期。

5 存在的問題

一是自動駕駛導航系統安裝和使用費用較高，農機戶難以接受；

二是在林帶較近地塊作業，定位系統信號不穩定，影響作業。

6 結束語

GPS導航自動駕駛技術應用在農田作業中，可保證播種、噴藥、收獲等農田作業時交接行的精準度，避免作業時交接行的“重漏”，能有效提高農機作業質量，降低成本，增加經濟效益。

參考文獻

[1]周俊，張鵬，宋百華.農業機械導航中的GPS定位誤差分析與建模[J].農業機械學報，2010（04）.

[2]任俊杰，王金柱.淺談GPS衛星定位和自動導航系統在農業機械上的應用[J].農業機械，2011（15）.