沈有柏

0 引言

隨著衛(wèi)星定位技術(shù)、傳感器技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，變量施肥、精準(zhǔn)施藥、精確種植等精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用范圍越來越廣，對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)的精確性提出了更高的要求，推動(dòng)了自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)在農(nóng)機(jī)上的應(yīng)用。江蘇省自2017 年開始試驗(yàn)研究自動(dòng)輔助駕駛高速乘坐式插秧機(jī)，2019 年，部分市縣通過示范項(xiàng)目建設(shè)，開始購買應(yīng)用自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)。目前，該機(jī)具在江蘇的應(yīng)用已進(jìn)入用戶自愿選擇使用階段。

1 自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)分類

目前，市場(chǎng)上已經(jīng)商品化的自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)根據(jù)其能夠?qū)崿F(xiàn)的功能主要分為自動(dòng)直行乘坐式高速插秧機(jī)[1]和智能控制半自動(dòng)高速插秧機(jī)[2]兩類。自動(dòng)直行乘坐式高速插秧機(jī)是一種可以在直線行走作業(yè)時(shí)無需駕駛員控制、按照預(yù)先設(shè)定的行駛方向自動(dòng)保持直線作業(yè)任務(wù)的高速插秧機(jī)。智能控制半自動(dòng)高速插秧機(jī)是一種可以按照預(yù)先設(shè)定的程序自動(dòng)完成作業(yè)路徑規(guī)劃，插植部升降，插秧機(jī)調(diào)頭、轉(zhuǎn)向等作業(yè)任務(wù)，插秧作業(yè)時(shí)無需駕駛員的高速插秧機(jī)。但這兩種高速插秧機(jī)均需由人工駕駛到作業(yè)田塊內(nèi)，并需人工上秧，在特定狀態(tài)下需要人工制動(dòng)停機(jī)。自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)從自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)的安裝方式上又分為前裝和后裝兩種。前裝一般是指自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)和高速插秧機(jī)在出廠前就安裝好，作為一個(gè)整機(jī)出廠；后裝是指高速插秧機(jī)出廠后，由用戶選擇其它品牌的自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)安裝在高速插秧機(jī)上，組成自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)。

2 自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)結(jié)構(gòu)和性能

2.1 結(jié)構(gòu)

自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)由高速插秧機(jī)本體和自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)組成。自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)主要由衛(wèi)星接收天線、GNSS 接受機(jī)、角度等傳感器、液晶控制面板、控制器和油缸等控制機(jī)構(gòu)組成，能夠通過接收北斗、GPS、格洛納斯和伽利略等衛(wèi)星信號(hào)輔助以RTK 基站網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)精確定位，也可以僅通過雙衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)精確定位。農(nóng)機(jī)推廣鑒定的自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)的作業(yè)性能要求是：直線精度≤5 cm、作業(yè)行間距平均偏差≤5 cm、作業(yè)行間距偏差合格率≥90%、抗擾續(xù)航時(shí)間≥10 s。

2.2 性能

在滿足基本作業(yè)性能的條件下，不同廠家產(chǎn)品的安全性和使用便捷性也不同。有些自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)首先考慮安全性，在機(jī)身左右傾斜角度過大、機(jī)身前后傾斜角度過大、機(jī)身下陷和機(jī)身行駛偏離軌跡過大時(shí)，具有自動(dòng)停機(jī)功能；有些自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)便捷性功能按鈕簡(jiǎn)單，用戶容易操作，且具有路況感知、根據(jù)大田的泥腳深度及濕爛狀況自動(dòng)調(diào)節(jié)方向盤扭矩電機(jī)靈敏度等功能。

3 自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)的優(yōu)勢(shì)

具有自動(dòng)輔助駕駛功能的高速插秧機(jī)能夠根據(jù)衛(wèi)星定位實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)作業(yè)，與人工操作相比，具有以下優(yōu)勢(shì)：

3.1 可提高秧田利用率，有利于提高產(chǎn)量

精準(zhǔn)定位栽插可減少由于人工操作導(dǎo)致的插行不直和接行間距過大或過小的問題，秧苗在田間分布更加均勻，更加容易實(shí)現(xiàn)農(nóng)藝行株距要求，可以提高秧田利用率，有利于提高產(chǎn)量。

3.2 可降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少人工使用

自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)具有自動(dòng)輔助駕駛功能，可以有效減輕駕駛員的工作強(qiáng)度，減少人工使用量。

3.3 有利于增加作業(yè)時(shí)長，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率

自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)對(duì)駕駛員的駕駛水平要求較低，即使是在天氣條件或光線不好的情況下，也可以順利完成作業(yè)，因此有利于增加作業(yè)時(shí)長，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

3.4 有利于實(shí)現(xiàn)全程精準(zhǔn)作業(yè)

自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)作業(yè)時(shí)規(guī)劃的路徑信息，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，在后續(xù)的水稻施肥、除草、打藥等環(huán)節(jié)均可以調(diào)用，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)施肥、除草、打藥機(jī)械對(duì)行行走，為全程精準(zhǔn)作業(yè)打下基礎(chǔ)。

4 自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)推廣應(yīng)用的難點(diǎn)

4.1 實(shí)際作業(yè)精度會(huì)存在誤差

水稻插秧田塊是有一定泥腳深度的水田。江蘇多數(shù)地塊為稻麥輪作，種小麥需要開溝，因此水稻田里會(huì)高低不平，插秧機(jī)在田間會(huì)出現(xiàn)側(cè)滑現(xiàn)象，即使自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)具有糾偏功能，實(shí)際作業(yè)精度仍然會(huì)有小概率的偏差較大現(xiàn)象。

4.2 難以實(shí)現(xiàn)插秧的全路徑規(guī)劃和收邊功能

由于結(jié)構(gòu)上的原因，高速插秧機(jī)很難實(shí)現(xiàn)通過自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)進(jìn)行倒車功能。在對(duì)田塊進(jìn)行插秧收邊作業(yè)時(shí)，路徑規(guī)劃非常復(fù)雜，且必須要進(jìn)行多次的倒車對(duì)行調(diào)整；因此，很難實(shí)現(xiàn)插秧的全路徑規(guī)劃和收邊功能。

4.3 作業(yè)效率低，影響用戶收益

目前，自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)的作業(yè)速度（特別是轉(zhuǎn)彎掉頭速度）低于人工操作插秧機(jī)的作業(yè)速度，作業(yè)效率較低，影響用戶收益。

5 自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)在江蘇的應(yīng)用現(xiàn)狀

江蘇省自2017 年開始進(jìn)行自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)試驗(yàn)研究和推廣使用。前兩年只是在農(nóng)機(jī)裝備展示會(huì)和演示會(huì)上作為新產(chǎn)品出現(xiàn)，并沒有實(shí)現(xiàn)真正的用戶使用。2019 年江蘇省部分地方市縣通過試驗(yàn)示范項(xiàng)目建設(shè)，發(fā)展了幾十臺(tái)自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)（系統(tǒng)）。2020 年，部分市縣又通過示范項(xiàng)目購買了200 臺(tái)左右的智能控制半自動(dòng)高速插秧機(jī)（系統(tǒng)），還有部分用戶自發(fā)購買了一些自動(dòng)直行乘坐式高速插秧機(jī)（系統(tǒng)）。由此可以看出，目前，自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)在江蘇的應(yīng)用已由最初的試驗(yàn)示范階段進(jìn)入用戶自愿選擇使用階段。但上述用戶均是采用自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)和高速插秧機(jī)分開購買的方式配置機(jī)具，沒有選擇購買自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)整機(jī)。原因在于江蘇省農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼政策對(duì)于自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)整機(jī)補(bǔ)貼低于自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)和高速插秧機(jī)之和。在江蘇農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼系統(tǒng)中，插秧機(jī)和自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)是分開進(jìn)行補(bǔ)貼的，補(bǔ)貼的機(jī)具品目分別為水稻插秧機(jī)和農(nóng)業(yè)用北斗終端（含漁船用），而自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)是以自動(dòng)直行乘坐式高速插秧機(jī)的名稱在水稻插秧機(jī)品目下進(jìn)行分檔補(bǔ)貼的。以6 行帶自動(dòng)直行功能的乘坐式插秧機(jī)為例：如果用戶以整機(jī)形式購買，只享受29 200 元購機(jī)補(bǔ)貼；如果用戶分開購買6 行乘坐式水稻插秧機(jī)和自動(dòng)直行系統(tǒng)，則可以享受6 行乘坐式水稻插秧機(jī)購機(jī)補(bǔ)貼28 000 元和農(nóng)業(yè)用北斗終端（含漁船用）購機(jī)補(bǔ)貼 15 000 元（或 17 000 元），合計(jì)43 000 元（或45 000 元）。因此，雖然直接購買自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)整機(jī)更為方便，但限于購機(jī)補(bǔ)貼的補(bǔ)貼額度原因，用戶不得不選擇分開購買高速插秧機(jī)和自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)的方式申報(bào)補(bǔ)貼。

此外，由于現(xiàn)階段智能控制半自動(dòng)高速插秧機(jī)的作業(yè)效率比普通人工控制的插秧機(jī)要低，且其自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)價(jià)格通常在4 萬～5 萬元，價(jià)格比自動(dòng)直行乘坐式高速插秧機(jī)的輔助駕駛系統(tǒng)高1 萬～2 萬元，因此，目前自動(dòng)直行乘坐式高速插秧機(jī)的輔助駕駛系統(tǒng)比智能控制半自動(dòng)高速插秧機(jī)的自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)更容易被用戶接受。

6 自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)在江蘇的發(fā)展建議

隨著衛(wèi)星定位、自動(dòng)控制技術(shù)的進(jìn)步，自動(dòng)輔助駕駛將是高速插秧機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，但需要在如下方面進(jìn)行改進(jìn)，才能更好地推動(dòng)此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用：

6.1 提高機(jī)具作業(yè)效率

自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)作業(yè)效率比人工操作低是制約用戶購買使用的一個(gè)主要因素。只有提升插秧機(jī)的作業(yè)效率，讓用戶在有限的農(nóng)時(shí)內(nèi)完成更多的機(jī)插秧面積，才能真正調(diào)動(dòng)農(nóng)戶的購機(jī)積極性。

6.2 研制具有全路徑規(guī)劃和收邊功能的機(jī)具

缺少全路徑規(guī)劃和收邊功能的自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)，不能實(shí)現(xiàn)真正的無人作業(yè)，仍然需要一個(gè)駕駛員在插秧機(jī)上進(jìn)行收邊作業(yè)，這對(duì)于用戶而言，并不能完全省去一個(gè)人工，因此，這也是制約該技術(shù)推廣應(yīng)用的一個(gè)因素。

6.3 改進(jìn)農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼方式

目前自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)的農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼方式客觀上是支持用戶分開購買高速插秧機(jī)和自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)，而由于在補(bǔ)貼系統(tǒng)中的自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)生產(chǎn)廠家絕大部分并非插秧機(jī)主機(jī)生產(chǎn)廠家，實(shí)際上對(duì)于用戶而言，需購買兩個(gè)不同廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品安裝成一個(gè)產(chǎn)品，后期插秧機(jī)使用后出現(xiàn)故障需維護(hù)保養(yǎng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)廠家責(zé)任不明、互相推諉等問題。因此，為更好地發(fā)揮農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼政策在農(nóng)機(jī)化發(fā)展中的引領(lǐng)作用，應(yīng)增加自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)整機(jī)補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)至與水稻插秧機(jī)和農(nóng)業(yè)用北斗終端（含漁船用）兩者累加值一致，讓用戶可以在同等條件下選擇前裝整機(jī)產(chǎn)品或后裝產(chǎn)品。

6.4 建立以自動(dòng)輔助駕駛為基礎(chǔ)的全程機(jī)械化、信息化作業(yè)模式

自動(dòng)輔助駕駛高速插秧機(jī)的使用雖然僅僅是在插秧環(huán)節(jié)，但應(yīng)把插秧時(shí)的位置信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存處理，并導(dǎo)入到后續(xù)的植保、收割等環(huán)節(jié)中使用，實(shí)現(xiàn)全程的數(shù)據(jù)共享，建立全程機(jī)械化、信息化作業(yè)模式，推動(dòng)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展 ，促進(jìn)水稻增產(chǎn)增效。