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无人驾驶在汽车领域还有段时间要走,农机装备却大大超前了!

2018-09-03 10:21:43 山东科大集团 阅读

如今,随着新能源汽车的快速发展,自动驾驶已经成为众多新能源汽车公司以及科技公司布局的主要方向。但是鉴于汽车行驶道路的复杂性以及高危性,显然无人驾驶还有一段路要走。而相较于汽车而言,“土里土气”的农机装备在无人驾驶领域却获得了超前的发展。

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  从2018年开始,农业农村部、财政部首次将农业终端北斗系统纳入全国农机购置财政资金补贴目录范围,这标志着我国在农用拖拉机驾驶操作和农机具作业中,己进入了引导推广使用农机自动驾驶导航操作和农机作业面积、质量智能信息化监测的新阶段;这也预示着拖拉机驾驶自动导航系统,将成为拖拉机尤其是大马力拖拉机必备、离不开的拖拉机驾驶作业中的辅助智能工具。届时,无论是老机手还是新机手,在自动导航系统的辅助下,无疑将获得同等的作业效果。谁早认识、早配置、就早受益。

  农用终端北斗系统有什么功能?

  目前我国纳入2018-2020年农机购置补贴产品范围内支持推广应用的农用北斗终端系统,主要有两类设备产品:一是农用终端北斗导航(含渔船用)自动驾驶系统和农用终端北斗导航含渔船用辅助驾驶系统;二是称为陆地农用北斗终端,即远程电子监测终端设备,如安装在深松机上监测作业面积和质量的仪器,也称为深松作业监测仪。

  农机(拖拉机)自动驾驶系统,是集卫星接收、定位、控制于一体的综合性系统,主要由GNSS天线、基准站、北斗/GNSS M300接收机、显示器、控制器、液压阀、角度传感器等部分组成。作业拖拉机根据位置传感器(GNSS卫星导航系统等)设计好的行走路线,控制器根据卫星定位的坐标及车轮的转动情况,实时向液压控制阀发送指令,通过控制液压系统油量的流量和流向,控制农机(拖拉机)的行驶,确保车辆按照导航显示器设定的路线行驶。并将拖拉机的作业精度控制在±2.5厘米以内进行农业耕作,可用于翻地、耙地、旋耕、起垄、深松、播种、铺膜、喷药、收割等农业作业。

  拖拉机配置农机自动导航驾驶系统后,可以走曲线、也可以走圆弧,还可以走自定义曲线;利用农机自动导航,拖拉机可以实现自动行走,速度方面也可以达到11Mile/h,而人来操作只能达7-8Mile/h。

  RTK基站部分主要包括:基准站,接收北斗/GNSS卫星信号,并实时输出高精度的RTK差分数据;GNSS天线:接收北斗/GNSS卫星信号;发射电台:大功率发射电台,用于基站差分数据的发射传输电台发射天线:用于电台信号的发射。

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  拖拉机车载部分主要包括,车载接收机:接收卫星信号,并结合电台差分数据,输出精确定位信息;显示器:直观提供用户使用界面,方便调整作业模式和控制自动驾驶状态;角度传感器:实时感应车辆转向角度并向控制器发送高精度转向信息;液压阀:根据控制单元发送的指令,实时控制液压流量和流向,保证拖拉机始终按设定路线行驶;控制器:根据北斗接收机与角度传感器的信息计算处理从北斗接收机和角度传感器所收到的信息,并向液压阀实时发送指令。

  基站方案有三种:

  1)固定基站:作业区域相对固定的用户可采用固定基站,固定基站在架设后可以连续24小时运行,省去了每天重复的基站架设工作,供电方面可采用民用电或UDP供电,保证基站可以连续可靠稳定的运行,而且固定基站的坐标不会因断电或者重启而发生改变,每一块地只需定一次AB线,以后每一年都可以按照排名靠前次的AB线作业。固定基站的通信方式,可以采用无线电台或网络的方式,无线电大功率(35W)作业半径在20公里(距离主要取决于基站发射天线的架设高度)。网络模式作业距离可以达到70公里(满足RTK快速解算的效果)。

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  2)移动基站:对于经常跨区域农机作业或者作业区域距离较远的用户,可以选择移动基站的方式。移动基站是直接架设在所作业的地块地头,具体通信方式可以采用无线电台或网络方式。无线电台方式可采用小功率电台(5W/2W)即可。它有两种可选配置:一是分体式,每一个部件相对独立,采用插拔式快速接头单线连接,方便用户根据实际情况实时调整,适应性较强,配有野外工作箱,方便用户携带。二是一体式,将GNSS天线、接收机、发射电台、电池等整合到一起,一分钟即可架设好基站。

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  3)多基站系统:对于农机作业区域较大并且自动驾驶拖拉机等农机经常有跨区域作业的情况下,可以考虑单独建立多基站系统,进行区域多基站的联测联网,统一坐标系统。如果当地已经建立专业的CORS(连续运行参考站系统),可以考虑直接接入当地CORS系统,无需自己架设基站,减少基站的投入。

  农用北斗终端,即远程电子监测终端设备,是农用北斗远程电子监测系统的一部分,这个系统由终端、平台、计算机通信网络等组成。通过系统各组成部分之间的互联互通,实现深松作业管理和数据交换共享。

  使用农用终端北斗系统为啥好?

  在美国农场考察时笔者曾看到,75岁的农场主,还在驾驶着200多马力以上的拖拉机进行田间作业,他颇有心得地说,有了农机自动导航规划好作业路线与驾驶辅助系统,开拖拉机对我也是一个轻松的事。新疆远远眺望万顷地膜覆盖的棉田,一行行数千米像田径场跑道一样比直,这也是应用了农用农机终端北斗系统的结果。

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  安装自动驾驶导航系统,已是国际上发达国家农机智能化的第一步需要装备的智能设备,大型农机特别是大型拖拉机必要装备。在美国约翰迪尔、凯斯等公司生产制造的100马力以上大马力拖拉机,在出厂之前,已经配置农机自动导航系统等,可以供用户选择。目前在农场80%的大型拖拉机都已配备了这样装备。

  日本农林水产省已经设定在2018年之前实现农田自动驾驶系统的普及,以及2020年之前实现无人远程监控系统商业化的目标。目前,据相关人员透露,日本政府已经着手构建农林水产方面的数据标准和平台,这意味着在可预期的未来,标准将不再是阻碍。

  近些年拖拉机自动驾驶导航系统,在我国的黑龙江、新疆、吉林等地也正在得到示范推广应用,并且显示出其技术的优势,是农机运用中最应率先采用的智能化技术。

  我国精准农业的积极推动者,中国工程院院士陈学庚曾总结指出,卫星导航拖拉机自动驾驶技术在新疆兵团逐步从小面积试验向大面积试验示范迈进。兵团应用卫星导航定位自动驾驶进行棉花播种,使技术和经济效益双提高。

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  一是使机械播种质量明显提高。能一次完成铺膜、铺管、播种作业,1000m播行垂直误差不超过2cm,有效解决了农机播种作业中出现的“播不直、接不上茬”的老大难问题。实现了‘无缝连接’。”北斗导航自动驾驶系统与精量播种机的完美结合,实现了千米接行误差不大于2.5厘米,且接行准确,播行端直,又为之后作物中耕打药、施肥、收获作业提供便利,使农机工作效率提高了50%。机手具备基本操作技能即可作业。

  二是北斗导航自动驾驶系统用于精准播种作业可以不受光线限制,实现了全天不间断作业,对于抢抓农时,适时播种意义重大。采用卫星导航技术不受光线限制,农机驾驶员操作时只需要踩油门和刹车,不用操作方向盘,可实现24小时不间断播种,有效降低了驾驶员劳动强度。同时可以适当减少参加作业的机具数量,增加单台作业收入20%到30%,稳定的农机经营者收入。

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  三是有利于提高采棉机采净率。突破了"播行不直、播行不准"的瓶颈问题,与人工驾驶拖拉机播种作业相比,使驾驶采棉机的采净率提高2一3%,每亩增加收入60至90元。

  四是提高了土地利用率。加装导航系统的,拖拉机行驶均匀,最大程度减少了土地的浪费,土地利用率提高0.5~1%,减少了消耗的同时,增加了作物产量

  五是有利于提高中耕作物作业质量。播种、甜菜丶玉米、番茄等劳耕作业保护宽度缩小,施伤苗率和漏肥率减少,肥料利用率增加,除草和施肥效果增强,至少提高作物产量百分之2~2%。

  六是提高植保作业质量。用于播前喷施除草剂、田间管理阶段喷施作物生长调节剂,秋后喷施化学脱叶催熟剂,可确保接茬准确,施药精准,不重不漏,减少了化学药剂对土壤污染

  七是提高残膜回收率。残膜回收是新疆棉花生产中可持续发展的战略问题,利用北斗系统精准找准铺膜轨迹,将膜边挖出,膜回收率提高8一10%。

  湖北在进行“基于厘米级终端的农机自动驾驶精细耕种系统",技术应用示范中,体现出最大功效是提高作业效率和降低生产成本。在农田作业尤其是农忙时节,可以人歇机不停,夜间也能自动作业,而且作业质量不降低,可延长农机1倍作业时间。

  可以说在农业终端北斗系统能够大幅提高作业效率、作业质量以及作业精度的基础上,农业农村部、财政部将农业终端北斗系统纳入全国农机购置财政资金补贴目录范围,这将大大推动我国农机装备的智能化进程,自动驾驶乃至无人驾驶将成为国内农机作业一股新的浪潮。

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