小麥種植全程無人作業(yè)技術(shù)集成示范

小麥種植全程無人作業(yè)技術(shù)集成了新一代物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、無人駕駛等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息技術(shù)，通過智能農(nóng)機(jī)裝備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能管控，大幅提高生產(chǎn)效率與質(zhì)量，為農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展與鄉(xiāng)村振興賦能，展現(xiàn)了未來智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。

小麥種植全程無人作業(yè)技術(shù)集成示范

摘要：通過集成應(yīng)用新一代物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、無人駕駛等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息技術(shù)，應(yīng)用智能拖垃機(jī)、植保無人機(jī)、智能水肥一體化設(shè)備、智能收割機(jī)等農(nóng)業(yè)智能裝備為核心的智能農(nóng)機(jī)具，踐行產(chǎn)學(xué)研評推用的合作模式，開展機(jī)群全程無人作業(yè)試驗(yàn)示范2400余畝，在京郊建設(shè)集成示范區(qū)。

一、基本情況

智能農(nóng)機(jī)設(shè)備主要包括大馬力無級變速無人駕駛拖垃機(jī)、植保無人機(jī)、智能水肥一體化設(shè)備、出苗率和長勢監(jiān)測無人機(jī)、無人駕駛收割機(jī)等，可實(shí)現(xiàn)小麥生產(chǎn)全程無人作業(yè)。項(xiàng)目集成智能農(nóng)機(jī)，在密云建設(shè)農(nóng)機(jī)無人作業(yè)試驗(yàn)示范基地，基地占地面積457畝。通過“產(chǎn)、學(xué)、研、評、推、用”高效合作模式，以“智慧種地”為目標(biāo)，以“機(jī)器換人”為手段，打造成全國高水平農(nóng)機(jī)無人作業(yè)試驗(yàn)示范基地。

二、主要做法

實(shí)施背景：通過發(fā)展數(shù)字農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)方式賦能農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，助力鄉(xiāng)村振興，是“十四五”期間實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的關(guān)鍵舉措。在當(dāng)前我國農(nóng)村青壯年勞動力流失加劇的嚴(yán)峻形勢下，在全程農(nóng)業(yè)機(jī)械化的基礎(chǔ)上，發(fā)展無人化農(nóng)機(jī)作業(yè)技術(shù)裝備，通過“機(jī)器代人”，解決誰來種地，誰來高效種地的問題，代表著最先進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，是未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，必將引領(lǐng)數(shù)字農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)方式的發(fā)展。

主要內(nèi)容：本項(xiàng)目通過集成應(yīng)用新一代物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、無人駕駛等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息技術(shù)，應(yīng)用智能拖垃機(jī)、植保無人機(jī)、智能水肥一體化設(shè)備、智能收割機(jī)等農(nóng)業(yè)智能裝備為核心的智能農(nóng)機(jī)具，踐行產(chǎn)學(xué)研評推用的合作模式，開展機(jī)群全程無人作業(yè)試驗(yàn)示范，在京郊建設(shè)集成示范區(qū)。

主要技術(shù)：已實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)自動路徑規(guī)劃、全程無人駕駛、作業(yè)自動控制和監(jiān)測，極大地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和作業(yè)質(zhì)量。

1.東風(fēng)2204無級變速無人駕駛拖拉機(jī)

東風(fēng)2204無極變速無人駕駛拖拉機(jī)基于電機(jī)控制底盤以及無級變速技術(shù)，結(jié)合北斗/GNSS定位技術(shù)，可以自動完成預(yù)先設(shè)定地塊的耕整地、播種以及中耕等作業(yè)任務(wù)，具備遠(yuǎn)程啟停，遠(yuǎn)程協(xié)助、遠(yuǎn)程控制等能力。電機(jī)控制能力包括：擋位控制、動力輸出、液壓輸出以及液壓提升。該系統(tǒng)主要包括規(guī)劃模塊、控制模塊、定位模塊。路徑規(guī)劃模塊負(fù)責(zé)規(guī)劃作業(yè)路徑以及掉頭軌跡，定位模塊負(fù)責(zé)獲取農(nóng)機(jī)位姿信息，控制模塊負(fù)責(zé)跟蹤規(guī)劃路徑以及控制機(jī)具升降，最終控制精度可以到達(dá)±2.5cm。

主要參數(shù)：

1.電機(jī)控制轉(zhuǎn)向：-540°-540°，精度1.0°；

2.電機(jī)控制制動及油門：0-100%，精度1%；

3.檔位控制、PTO控制、機(jī)具升降、液壓輸出；

4.行駛速度：0-35km/h；

5.控制周期：0.1s；

6.定位控制精度：±2.5cm；

7.變速箱：無級變速CVT。

2.大型噴灌機(jī)水肥一體系統(tǒng)

圓形噴灌機(jī)具有智能施肥系統(tǒng)（Intelirri ZFB300），遠(yuǎn)程水泵控制、入機(jī)流量及壓力監(jiān)測、基于北斗定位的運(yùn)行位置監(jiān)測、手機(jī)APP控制等功能。系統(tǒng)具備本地及遠(yuǎn)程控制，工作狀態(tài)監(jiān)視等能力，可融合域內(nèi)氣象、視頻等信息，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)水肥一體化灌溉。

主要參數(shù)：

1.整機(jī)長度：187米（3跨+懸臂）；

2.噴頭：62個（Nelson D3000），搖臂式噴頭1個；

3.行走速度：2.06米/分鐘（100%運(yùn)行一周耗時：8.4小時）

4.入機(jī)流量：55立方米/小時

5.定位控制精度：±2.5米

6.施肥流量：300升/小時（柱塞泵Intelirri ZFB300）

7.施肥調(diào)節(jié)范圍：10%-100%（工作壓力：0-0.8MPa）

8．施肥桶容積：2000升

9．通信方式：4G移動通信（支持5G）

3.T30型電動六旋翼枝向?qū)Π兄脖o人飛機(jī)

大疆T30型六旋翼植保無人機(jī)飛行性能強(qiáng)大且作業(yè)效果出色，將無人機(jī)最大載重提升至30L，大田植保作業(yè)效率達(dá)到新高度每小時240畝；采用革命性“變形”機(jī)身，實(shí)現(xiàn)枝向?qū)Π惺┧?，提高農(nóng)藥利用率20%以上，大田、果樹植保噴灑效果出類拔萃，配合數(shù)字農(nóng)業(yè)解決方案，實(shí)現(xiàn)綠色精準(zhǔn)施藥。

4.無人駕駛小麥?zhǔn)斋@機(jī)

全車采用了純電機(jī)控制方式，操作簡單?？刂葡到y(tǒng)采用雙天線高精度定位，偏差不高于2.5cm，可實(shí)現(xiàn)：（1）路徑自動規(guī)劃，多路徑方式作業(yè)，完全模擬人工操作，作業(yè)效率高。（2）車輛點(diǎn)火熄火控制；（3）車輛前進(jìn)、倒退、停車控制；（4）車輛自動轉(zhuǎn)彎控制；（5）車輛路徑規(guī)劃行駛控制；（6）車輛手自動駕駛一鍵切換控制；（7）車輛遠(yuǎn)程云端控制；（8）電機(jī)控制HST系統(tǒng)；（9）割臺升降控制；（10）卸糧桶自動控制，撥禾輪自動控制。

主要參數(shù)：

1.型號：沃得4LZ-6.0EK(Q)

2.動力：常柴125馬力

3.作業(yè)幅寬：2.2米割幅

4.喂入量:6kg

5.糧倉容積:1.7立方

三、取得成效

本項(xiàng)目以智能農(nóng)機(jī)為核心、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)藝為保障、精準(zhǔn)化栽培為手段，踐行產(chǎn)學(xué)研評推用合作模式，在密云建立農(nóng)機(jī)無人作業(yè)試驗(yàn)示范基地。項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)種植遠(yuǎn)程智能管控模式，大幅提高生產(chǎn)管理決策能力，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量、產(chǎn)量和效益提升。具備顯著的“全天候、全過程、可復(fù)制、可推廣”的示范效果與廣泛的推廣價值。

（1）經(jīng)濟(jì)效益

一是提高作業(yè)質(zhì)量。農(nóng)機(jī)手使用傳統(tǒng)拖拉機(jī)進(jìn)行田間作業(yè)時的精度約在10厘米，經(jīng)過長時間勞作后，作業(yè)精度大大下降，從而下降了作業(yè)質(zhì)量，不利于前后環(huán)節(jié)的配套作業(yè)。本項(xiàng)目的無人駕駛拖拉機(jī)基于GPS/北斗雙模的自動導(dǎo)航技術(shù)，作業(yè)精度約可控制在±2.5厘米，可以有效地避免重播和漏播，提升作業(yè)質(zhì)量。另外，根據(jù)自動導(dǎo)航過程當(dāng)中存儲的路徑數(shù)據(jù)，還可以使拖拉機(jī)在后續(xù)作業(yè)環(huán)節(jié)定位到固定的作業(yè)路徑，有效保證農(nóng)機(jī)各環(huán)節(jié)作業(yè)配合精度。由原來的作業(yè)質(zhì)量靠機(jī)手的經(jīng)驗(yàn)變?yōu)樽鳂I(yè)質(zhì)量精準(zhǔn)、一致、可控。

二是下降機(jī)手勞動強(qiáng)度。農(nóng)機(jī)在無人駕駛作業(yè)過程當(dāng)中，不再像以往一樣需要機(jī)手在農(nóng)機(jī)上進(jìn)行實(shí)時操控，機(jī)手只需要在道路交通駕駛農(nóng)機(jī)行駛至目標(biāo)農(nóng)田，然后便可以由農(nóng)機(jī)根據(jù)規(guī)劃路線自主作業(yè)，從傳統(tǒng)意義上的農(nóng)機(jī)作業(yè)由一個機(jī)手一臺車改變?yōu)橐粋€機(jī)手可以負(fù)責(zé)多臺車作業(yè)。這樣使駕駛員從單調(diào)重復(fù)、高強(qiáng)度的勞動中解放出來，可延長作業(yè)時間，提高機(jī)車的使用效率。

三是減少投入成本。由于無人駕駛行進(jìn)中作業(yè)速度與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速更為平穩(wěn)，結(jié)合本課題的三維地形精準(zhǔn)控制，匹配度更高，動力控制性能較優(yōu)越，且路徑規(guī)劃方案優(yōu)化，減少了不必要的行駛路程。因此相較人工駕駛，可下降油耗7%，減少環(huán)境污染。另外，優(yōu)越的路徑規(guī)劃下降在播種期間的重播率，提高直線度60%以上，因此可有效減少種肥消耗，下降投入成本。

四是提高配合效率。本課題的多機(jī)協(xié)同系統(tǒng)可以進(jìn)行任務(wù)級別的規(guī)劃，讓農(nóng)機(jī)編隊(duì)作業(yè)，覆蓋耕種管收全環(huán)節(jié)，作業(yè)效率相較人為操控提高25%。多機(jī)協(xié)同能極大減少農(nóng)機(jī)間作業(yè)溝通成本，實(shí)現(xiàn)提前規(guī)劃，作業(yè)無縫銜接。如收獲小麥過程當(dāng)中，轉(zhuǎn)運(yùn)車能實(shí)現(xiàn)接滿即走，空車自動接上，工作期間收獲機(jī)停車時間大大減少。

（2）社會效益

形成作業(yè)大數(shù)據(jù)。智能化農(nóng)機(jī)上傳大量的傳感器數(shù)據(jù)能更加準(zhǔn)確反映作業(yè)效率、計(jì)算作業(yè)面積等情況。匯總所有農(nóng)機(jī)提供農(nóng)業(yè)作業(yè)大數(shù)據(jù)，為我國農(nóng)業(yè)作業(yè)分布、播種收獲情況、農(nóng)機(jī)轉(zhuǎn)移等農(nóng)業(yè)宏觀數(shù)據(jù)分析提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（3）生態(tài)效益

無人駕駛相較人工駕駛行進(jìn)中作業(yè)速度與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速更為平穩(wěn)，結(jié)合三維地形精準(zhǔn)控制，匹配度更高，動力控制性能較優(yōu)越，且路徑規(guī)劃方案優(yōu)化，減少了不必要的行駛路程，可下降油耗，減少環(huán)境污染。另外，優(yōu)越的路徑規(guī)劃下降在播種期間的重播率和漏播率，因此可有效減少種肥消耗，減少環(huán)境污染。

四、經(jīng)驗(yàn)啟示

小麥無人作業(yè)技術(shù)應(yīng)用在密云區(qū)河南寨鎮(zhèn)陳各莊村無人作業(yè)試驗(yàn)示范基地，面積457畝，目前基地已實(shí)現(xiàn)小麥關(guān)鍵環(huán)節(jié)無人作業(yè)，種植效果良好?；厥峭ㄟ^產(chǎn)學(xué)研評推用高效合作模式，開展農(nóng)機(jī)全程無人作業(yè)技術(shù)與裝備試驗(yàn)示范、展示交流等工作。重點(diǎn)展示無人作業(yè)多級協(xié)同管理、高效任務(wù)動態(tài)路徑規(guī)劃、障礙物快速識別與避障、大型拖拉機(jī)及聯(lián)合收獲機(jī)的自主控制、智能灌溉施肥等一系列高精尖技術(shù)，基地還配套應(yīng)用栽培、土肥、植保等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合、農(nóng)機(jī)化與信息化融合。