無人駕駛拖拉機(jī)將改變農(nóng)業(yè)耕作方法分析

吳鵬坤 高紅梅

1、石家莊市農(nóng)業(yè)機(jī)械化推廣站 2、石家莊市畜產(chǎn)品和獸藥飼料質(zhì)量檢測中心

無人駕駛拖拉機(jī)具有較多的優(yōu)點，可以讓農(nóng)民減少耕作時間，提升耕作效率，還能讓農(nóng)民們提高其經(jīng)濟(jì)收益。因此，我們要大力推廣無人駕駛拖拉機(jī)，以便使其充分發(fā)揮在農(nóng)業(yè)耕作中的價值。

1 無人駕駛拖拉機(jī)的基本原理分析

所謂無人駕駛，就是使拖拉機(jī)能自己感知環(huán)境情況，自己規(guī)劃路徑，自主控制車輛，也即通過電子技術(shù)對拖拉機(jī)進(jìn)行控制，使其仿照人來駕駛，或是進(jìn)行自動駕駛。無人駕駛拖拉機(jī)的“眼睛”部分就是傳感器，它能對障礙物的具體情況進(jìn)行360度的感知，無人駕駛拖拉機(jī)的“大腦”就是其車輛控制技術(shù)，它能對環(huán)境信息進(jìn)行實時性的感知。

2 無人駕駛拖拉機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 DGPS導(dǎo)航技術(shù)

該技術(shù)是在一個精確的已知位置上，將監(jiān)測接收機(jī)安裝好，它能對每顆GPS衛(wèi)星之間的距離進(jìn)行跟蹤，并進(jìn)行科學(xué)的計算，進(jìn)而得出誤差情況。一般會使用PRC來表示這個差值，而后將其傳輸給用戶接收機(jī)，來修正該誤差，這樣就能讓定位的精度增強(qiáng)。無人駕駛拖拉機(jī)通過使用DGPS技術(shù)，來確保獲取的位置信息，具有較高的準(zhǔn)確度。首先將GPS接收機(jī)安裝在無人拖拉機(jī)上面,按照GPS的三角定位方法,對拖拉機(jī)的位置進(jìn)行精確的計算。如果天氣情況不好,或者受到云層較厚,就會影響到無線電信號的傳播時間，進(jìn)而影響到計算出來的距離信息，導(dǎo)致出現(xiàn)不精確的定位。為了有效解決GPS無法準(zhǔn)確定位的問題，可以將雷達(dá)基站建立在地面上，雷達(dá)系統(tǒng)具有差分定位功能，這樣就能準(zhǔn)確的校準(zhǔn)位置，通過基站雷達(dá)系統(tǒng)的差分信號，可以讓定位的精度更準(zhǔn)確，這樣就會減少不良天氣等因素影響信號傳輸?shù)膯栴}。還可以將IMU慣性測量單元加入，這樣就能利用高頻信號來準(zhǔn)確獲取定位信息，可以在IMU模塊中將GPS的經(jīng)緯度信息引入進(jìn)來，使其作為一種輸入信號，再利用串口結(jié)合起控制線，約為兩個傳感器同時工作時，就能獲取更加準(zhǔn)確的經(jīng)緯度信息，再通過三角定位，來確保傳感器獲得更加準(zhǔn)確的位置。

2.2 地形補(bǔ)償技術(shù)

為了達(dá)到高精度的目的，無人駕駛拖拉機(jī)系統(tǒng)會使用地形補(bǔ)償技術(shù)，其中會具有姿態(tài)糾偏模塊，如果拖拉機(jī)出現(xiàn)了上坡、下坡、傾斜以及偏航等狀態(tài)，該模塊會對這些信息進(jìn)行及時收集，并能讓不同地形影響拖拉機(jī)行進(jìn)的因素得到相應(yīng)的補(bǔ)償，這樣就能確保拖拉機(jī)在實際的行駛軌跡中，和預(yù)定的規(guī)劃路線之間的偏差不會太大。

2.3 路徑規(guī)劃技術(shù)

在使用無人駕駛拖拉機(jī)時，要確保其路徑規(guī)劃的準(zhǔn)確性，進(jìn)而讓耕地次數(shù)降低，讓能耗降低，防止出現(xiàn)耕地漏掉的現(xiàn)象，因此就要做好路徑規(guī)劃工作。目標(biāo)耕地有其相應(yīng)的邊界參數(shù)，可以將其作為輸入?yún)?shù)，按照耕地農(nóng)具的幅寬數(shù)據(jù)，平均劃分好耕地的寬度，在一次長度內(nèi)，完成從頭到尾的作業(yè)時，要及時發(fā)送調(diào)頭信號，可以利用程序來對無人駕駛拖拉機(jī)進(jìn)行控制，使其移動一個的幅寬距離向相鄰區(qū)域，而后進(jìn)行掉頭。這樣就能讓重復(fù)耕作現(xiàn)象減少，還能減少漏耕現(xiàn)象。

2.4 自動轉(zhuǎn)向技術(shù)

在田間作業(yè)時，如果要從田頭到田尾完成一次作業(yè)，就要對無人駕駛拖拉機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確控制，如果到了田頭，或者田埂，就要確保無人駕駛拖拉機(jī)能順利掉頭，并在掉頭后將機(jī)具落下，因而就需要利用自動轉(zhuǎn)向技術(shù)。耕作的田地會有一定的長度，可以將其作為基數(shù)參數(shù)，將田地的一頭作為參考點，而后利用修正后的GPS來對無人機(jī)的位置進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，將其與零點之間的距離，進(jìn)行科學(xué)的計算，進(jìn)而將該運行距離和基數(shù)參數(shù)之間的差值計算出來，如果差值是0，表示完成了從頭到尾的一次耕作，此時將控制信號輸出。硬件方面，利用控制器來將機(jī)具抬升，改變無人機(jī)的方向，而后將機(jī)具落下，如果差值接近機(jī)身的長度，或差值是0或是某個值時，表示完成了從頭到尾的一次耕作，此時將控制信號輸出，利用控制系統(tǒng)來實現(xiàn)無人駕駛拖拉機(jī)自主抬升機(jī)具，同時調(diào)控好其加速器，進(jìn)而可以讓無人駕駛拖拉機(jī)改變行駛方向，自動進(jìn)入到下一行后，將其與零點之間的距離計算出來，而后將機(jī)具落下。

2.5 路障避免技術(shù)

對于雷達(dá)和測距激光以及視頻攝像頭等傳感器，可以將其安裝在無人駕駛拖拉機(jī)上，以便讓機(jī)具在長時間的運作中不出現(xiàn)故障。如果出現(xiàn)了路障，機(jī)具要上下坡，可以通過控制發(fā)動機(jī)的功率參數(shù)，來對發(fā)動機(jī)的功率進(jìn)行及時調(diào)節(jié)，這樣就能根據(jù)路障上下坡的難易系數(shù)，對其功率進(jìn)行加大或減少，如果需要，還可以自動操縱無人拖拉機(jī)，降低其制動器的速度，調(diào)換到低速擋，確保耕作的順利運行。如果遇到了障礙物，可以對無人拖拉機(jī)進(jìn)行自動操縱，以便降低其制動器速度，這樣就能確保安全避讓，而后還能自動回位，接著進(jìn)行后續(xù)的作業(yè)。

3 無人駕駛拖拉機(jī)系統(tǒng)的主要工作原理

3.1 拖拉機(jī)的正常工作

拖拉機(jī)在開始行駛，DGPS導(dǎo)航系統(tǒng)會對其動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，利用無線通信技術(shù)，遠(yuǎn)程控制模塊可以連接到中央處理器。對補(bǔ)償后的位置信息和電子地圖中規(guī)劃好的路線,中央處理器會實施對比，對其偏差值進(jìn)行糾正后，利用自動轉(zhuǎn)向變速系統(tǒng)，來對無人駕駛拖拉機(jī)進(jìn)行控制，確保其行駛方向與速度準(zhǔn)確。

3.2 拖拉機(jī)遇到緊急情況

拖拉機(jī)在工作中，如果前方出現(xiàn)了障礙物或行人，它們和拖拉機(jī)的距離在危險范圍內(nèi)，就稱為緊急情況。這時CPU就會發(fā)出指令，進(jìn)行緊急制動，讓機(jī)具熄火，進(jìn)而確保行車安全。

3.3 系統(tǒng)實施遠(yuǎn)程控制拖拉機(jī)

利用無線通信技術(shù)，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可以連接到中央處理器，中央處理器收到指令后，會對拖拉機(jī)的變速轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制，確保相應(yīng)動作的完成。

4 無人駕駛拖拉機(jī)改變農(nóng)業(yè)耕作的具體優(yōu)勢

4.1 可以讓作業(yè)精度增加

相關(guān)的研究結(jié)果顯示，優(yōu)秀的農(nóng)機(jī)手在田間作業(yè)時，可以保持在±10cm左右的精度范圍，然而在長時間的勞動后，其精度會降低。無人駕駛拖拉機(jī)在耕作時，可以保持在±2.5cm的精度范圍內(nèi)，還具有更高的穩(wěn)定性能，進(jìn)而防止重播與漏播的現(xiàn)象，讓土地的利用率提高。此外，無人駕駛拖拉機(jī)在自動導(dǎo)航過程中，會將其路徑數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，根據(jù)這些數(shù)據(jù)，就能讓拖拉機(jī)在不同作業(yè)期間，在固定的作業(yè)路徑進(jìn)行科學(xué)定位。

4.2 可以讓作業(yè)效率提升

無人駕駛拖拉機(jī)能有效地解放駕駛員的勞動強(qiáng)度，這樣駕駛員就不用再進(jìn)行單調(diào)重復(fù)以及高強(qiáng)度的勞作，進(jìn)而讓作業(yè)時間延長，同時提升機(jī)車的使用率。駕駛員只要把無人拖拉機(jī)開到農(nóng)田里即可，而后就可以離開，通過手機(jī)來遠(yuǎn)程啟動無人拖拉機(jī)，只要監(jiān)管好其具體的作業(yè)即可。

4.3 可以讓投入成本降低

無人駕駛拖拉機(jī)在作業(yè)時，有著更加平穩(wěn)的速度，具有良好的動力控制能力，同時還能規(guī)劃出最優(yōu)的路徑方案，這樣就避免了不必要的行駛路程，從而減少油耗，降低對環(huán)境的污染。此外，還能降低重播率、種肥的消耗、減少土壤不必要壓實的現(xiàn)象。

4.4 可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量

在耕作時如果使用普通拖拉機(jī)，土壤就會壓實，這樣就嚴(yán)重影響到農(nóng)作物根系的生長進(jìn)而影響農(nóng)作物的產(chǎn)量。無人駕駛拖拉機(jī)只有1.5噸的重量，可以有效避免這種惡性循環(huán)現(xiàn)象，還能讓產(chǎn)量實現(xiàn)11%的增長。由于無人駕駛拖拉機(jī)的履帶是橡膠的，可以讓土壤壓實的現(xiàn)象減輕。雖然在固定車成本方面，和普通拖拉機(jī)相比，無人駕駛拖拉機(jī)要高出42%，然而由于其能降低燃料，減少種子和肥料使用，因此，它可以讓農(nóng)民增加40%的收益。

5 大力促進(jìn)無人駕駛拖拉機(jī)在農(nóng)業(yè)耕作中應(yīng)用的相關(guān)措施

5.1 要加大政策的支持力度

要想積極倡導(dǎo)無人駕駛拖拉機(jī)這項先進(jìn)技術(shù)，并在農(nóng)村地區(qū)進(jìn)行大力推廣，就需要相關(guān)部門充分發(fā)揮出其重要功能。將其行政職能進(jìn)行大力運用，對農(nóng)村地區(qū)存在的不合理的技術(shù)應(yīng)用狀況，要進(jìn)行不斷的完善，以便構(gòu)建完善的農(nóng)技社會化服務(wù)體系。此外，相關(guān)部門還要在加大其宣傳力度，并加大財政支持力度，積極鼓勵社會資本的參與，進(jìn)而對無人駕駛拖拉機(jī)大力推廣。

5.2 將技術(shù)培訓(xùn)工作落實到位

想要大力推廣無人駕駛拖拉機(jī)，不但要對農(nóng)民進(jìn)行大力培訓(xùn)，還要培訓(xùn)參與推廣工作的相關(guān)人員。農(nóng)業(yè)部門要通過多種方式，比如技術(shù)課堂、入戶答疑以及田間指導(dǎo)等方式，對無人駕駛拖拉機(jī)進(jìn)行大力宣傳。還要加強(qiáng)對農(nóng)民們的技能知識的培訓(xùn)，進(jìn)而提升其技術(shù)應(yīng)用水平。在推廣無人駕駛拖拉機(jī)技術(shù)時，還要充分發(fā)揮出企業(yè)的重要作用。企業(yè)不但要重視銷售產(chǎn)品，還要重視售前售中售后的各種服務(wù)，并通過服務(wù)來對產(chǎn)品的銷售進(jìn)行有效帶動。此外，企業(yè)還要向農(nóng)民提供各種增值服務(wù)，比如技術(shù)咨詢等服務(wù)，進(jìn)而促進(jìn)無人駕駛拖拉機(jī)的大力推廣。

5.3 政府要加大補(bǔ)貼力度

作為國家提供給農(nóng)民的一項支農(nóng)惠農(nóng)措施，實施補(bǔ)貼主要有三方面的原因：首先，可以促進(jìn)對新技術(shù)的大力推廣，進(jìn)而增加作物產(chǎn)量增加，最終促進(jìn)整個農(nóng)業(yè)的進(jìn)步發(fā)展。其次，可以讓市場提升其活躍度，并增強(qiáng)市場競爭力。最后，可以促進(jìn)科技的進(jìn)一步創(chuàng)新。通過政府的大力支持，能更好地保障企業(yè)的利益，這樣企業(yè)技術(shù)人員能更好地提高其工作積極性。此外，由于無人駕駛拖拉機(jī)有著較高的價格，農(nóng)民們往往不愿意購買，實施補(bǔ)貼的方法，就能促進(jìn)農(nóng)民們對無人駕駛拖拉機(jī)的投資，進(jìn)而也會提高無人駕駛拖拉機(jī)推廣的速度。

6 結(jié)語

無人駕駛拖拉機(jī)有著多種優(yōu)點，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中大力應(yīng)用該技術(shù)，可以讓我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的質(zhì)量提升。因而，要加大政策與財政支持力度，要做好對農(nóng)民們的技術(shù)指導(dǎo)工作，進(jìn)而讓農(nóng)民們大力認(rèn)可該項技術(shù)，并能在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中積極使用無人駕駛拖拉機(jī)。