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农机无人驾驶技术

泰然健康网
2024-12-15 06:53

　　传统的农机作业以驾驶员控制行车技术水平为主，对驾驶员要求非常高，且难保证精度，夜间作业效果更差。随着农业从业者的年龄不断增大，有经验的驾驶员在不断流失；年轻的人员大多也不愿从事农业作业，我国又是一个农业大国，对于自动机械化生产的呼声愈发强烈。

　　近年来，北京市农机鉴定推广系统致力于推进农机化与信息化融合，开展了农机自动导航驾驶技术、农机全过程作业质量监测技术、农机作业远程调度与管理等技术的试验、示范和推广应用。

　　那么农机无人驾驶到底是怎么运作的，它怎样应用于具体耕、种作业中呢？今天，就跟大家讲讲前期准备工作农机无人驾驶技术的实际应用情况。

　　前期准备工作

　　如果想让无人驾驶拖拉机准确无误的作业，还必须要做一系列前期准备工作。

　　01地块数字化规划

　　要提前对作业地块实地勘察，根据地块、地力，种植计划等统筹对地块进行划区，采集每个地块边界、障碍物、配套设施等的经纬度等数据。本试验地块总面积约200亩，地块南北长238米、东西长481米，接近于长方形，地块较为规整。地块内还存在灌渠、电线杆、树等障碍物，比较有代表性。根据需要设置了测试区、试验区、示范区、机耕道等。利用高精度定位设备对地块进行了测绘，并对地块内障碍物进行了测量与标定，形成了地块地形图。

　　02测土配方

　　为了提高施肥准确度，保证产量，在确定示范区地块后，我们还对土壤5个点位的0-20厘米层级土壤养分情况进行取样与检测分析，该地为半沙性土壤、偏碱性，根据土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾等测土结果，结合当地种植经验，给出氮磷钾比例为20:10:10的施肥建议。根据不同区域肥力情况，制作了变量施肥图，为精量施肥奠定基础。

　　03任务规划

　　本次作业计划种植普通玉米，我们综合考虑土壤特性及北京大兴气候条件，最终选择联科532品种进行种植，玉米种植设定行距65厘米，株距25厘米，亩株量4000株，底肥一次性深施，根据不同点位土壤肥力施用40-50公斤/亩。整个种植过程包括耕整地、播种并施底肥、植保、收获、秸秆处理五个环节，其中无人驾驶应用于耕整地耙地及播种施肥环节。并将相关机具不同区域控制进行规划设计。

　　04路径规划

　　根据地形图及各环节作业机具幅宽与作业方式进行了路径规划，并上传至自动导航驾驶系统中，使农机按照规划路线行驶及作业。

　　关键作业环节

　　01耕整地环节无人作业

　　我们使用的动力机械为东风1004型拖拉机，采用无级变速箱，前进、后退各12个档位，动力100马力，四驱，最小速度为1.8公里/小时，最高行驶速度33公里/小时。该拖拉机加装了北斗高精度农机自动驾驶系统车载套件，主要包括电动方向盘、角度传感器、天线控制器一体机等组件，控制拖拉机行驶方向，可实现厘米级定位。同时，车载控制器通过CAN总线控制发动机变速箱及液压提升系统，控制拖拉机行驶速度和挡位及控制播种机等机具实现自动播种及机具提升。CAN总线通过网关与后台控制平台进行通讯，以web形式通过手机APP操控实现拖拉机的远程点火、远程启停以及拖拉机实时数据的可视化。

　　我们首先开展了耙地环节无人驾驶试验应用。该环节所用机具为1BZ-3.0牵引式圆盘耙，耙地机纵向总长390厘米,横向总长320厘米,作业幅宽290厘米，耙地机为牵引式机具，需要与拖拉机液压输出连接。

　　现在正在进行无人驾驶耙地作业，在初始作业时管理人员只需在手机app上点启动作业，即可自动向前行驶并下降机具。在作业中，由管理人员通过手机即可遥控启动、作业、停止，耙地作业中，全程机具不抬起，依照规划线路、速度开展作业，直线行驶作业速度为8千米/小时，地头转弯时采用U型转弯，无需后退，转弯时稍减速，速度为4千米/小时，跳过13个幅宽的距离继续向前行驶。作业结束后农机自动返回。

　　02播种环节无人作业

　　播种所用机具为德邦大为1405型玉米4行悬挂式免耕播种机，可进行电驱施肥和电机排种，能够实现精准的株距控制和施肥量控制。搭配4G智能电驱播种云监控V3系统，可实现播种、施肥在线监测，具备漏播、重播、缺种状况的监测报警，同时可对株距、亩播量、播种面积等作业数据进行监管与统计。

　　播种机与无人驾驶拖拉机通过三点悬挂连接，并利用拖拉机发电机对其进行供电；播种机通过CAN总线与行车控制器连接，利于行车控制器转发的GNSS速度数据，可精准执行播种及施肥的控制指令。

　　在开始作业时，与耙地作业操作一样，由管理人员通过手机下达启动指令，拖拉机自主行走到作业起点位置，放下播种机并开始按照规划路径、规划速度开展播种作业，播种和施肥信息通过互联网实时回传至平台，机手可通过手机端进行监控，遇到意外情况能够随时终止作业。当播种机接近地头时，根据规划路径、规划速度，拖拉机减速、机具自动提升，全程不后退，套15个幅宽走U型进入下一个作业幅宽，放下机具开始加速播种，直至到达预设播种速度。在作业过程中，种箱量位传感器根据种、肥箱容积提前计算好加种点位置，到达加种点前会发消息给平台和app提醒加种，到达加种点农机自动停止作业，等加满种肥后，机手可以再次启动农机实现继续作业。直到完成全部播种作业农机自动返回。