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農機網 地方農機】通過集成應用新一代物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、無人駕駛等現(xiàn)代農業(yè)信息技術,應用智能拖垃機、植保無人機、智能水肥一體化設備、智能
收割機等農業(yè)智能裝備為核心的智能農機具,踐行產學研評推用的合作模式,開展機群全程無人作業(yè)試驗示范2400余畝,在京郊建設集成示范區(qū)。
一、基本情況
智能農機設備主要包括大馬力無級變速無人駕駛拖垃機、植保無人機、智能水肥一體化設備、出苗率和長勢監(jiān)測無人機、無人駕駛收割機等,可實現(xiàn)小麥生產全程無人作業(yè)。項目集成智能農機,在密云建設農機無人作業(yè)試驗示范基地,基地占地面積457畝。通過“產、學、研、評、推、用”高效合作模式,以“智慧種地”為目標,以“機器換人”為手段,打造成全國高水平農機無人作業(yè)試驗示范基地。
二、主要做法
實施背景:通過發(fā)展數(shù)字農業(yè)、精準農業(yè)、智慧農業(yè)等現(xiàn)代農業(yè)方式賦能農業(yè)高質量發(fā)展,助力鄉(xiāng)村振興,是“十四五”期間實現(xiàn)農業(yè)農村現(xiàn)代化的關鍵舉措。在當前我國農村青壯年勞動力流失加劇的嚴峻形勢下,在全程農業(yè)機械化的基礎上,發(fā)展無人化農機作業(yè)技術裝備,通過“機器代人”,解決誰來種地,誰來高效種地的問題,代表著最先進農業(yè)生產力,是未來農業(yè)的發(fā)展方向,必將引領數(shù)字農業(yè)、精準農業(yè)、智慧農業(yè)等現(xiàn)代農業(yè)方式的發(fā)展。
主要內容:本項目通過集成應用新一代物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、無人駕駛等現(xiàn)代農業(yè)信息技術,應用智能拖垃機、植保無人機、智能水肥一體化設備、智能收割機等農業(yè)智能裝備為核心的智能農機具,踐行產學研評推用的合作模式,開展機群全程無人作業(yè)試驗示范,在京郊建設集成示范區(qū)。
主要技術:已實現(xiàn)農機自動路徑規(guī)劃、全程無人駕駛、作業(yè)自動控制和監(jiān)測,極大地提高了農業(yè)生產效率和作業(yè)質量。
東風2204無極變速無人駕駛拖拉機基于電控底盤以及無級變速技術,結合北斗/GNSS定位技術,能夠自動完成預先設定地塊的耕整地、播種以及中耕等作業(yè)任務,具備遠程啟停,遠程協(xié)助、遠程控制等能力。電控能力包括: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)劃模塊負責規(guī)劃作業(yè)路徑以及掉頭軌跡,定位模塊負責獲取農機位姿信息,控制模塊負責跟蹤規(guī)劃路徑以及控制機具升降,最終控制精度能夠到達±2.5cm。
主要參數(shù):
1.電控轉向:-540°-540°,精度1.0°;
2.電控制動及油門:0-100%,精度1%;
3.檔位控制、PTO控制、機具升降、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。
圓形噴灌機具有智能施肥系統(tǒng)(Intelirri ZFB300),遠程水泵控制、入機流量及壓力監(jiān)測、基于北斗定位的運行位置監(jiān)測、手機APP控制等功能。系統(tǒng)具備本地及遠程控制,運行狀態(tài)監(jiān)視等能力,可融合域內氣象、視頻等信息,實現(xiàn)精準水肥一體化灌溉。
主要參數(shù):
1. 整機長度: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%運行一周耗時:8.4小時)
4. 入機流量: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型電動六旋翼枝向對靶植保無人飛機
大疆T30型六旋翼植保無人機飛行性能強大且作業(yè)效果出色,將無人機最大載重提升至30L,大田植保作業(yè)效率達到新高度每小時240畝;采用革命性“變形” 機身,實現(xiàn)枝向對靶施藥,提高農藥利用率20%以上,大田、果樹植保噴灑效果出類拔萃,配合數(shù)字農業(yè)解決方案,實現(xiàn)綠色精準施藥。
4.無人駕駛小麥收獲機
全車采用了純電控方式,操作簡便??刂葡到y(tǒng)采用雙天線高精度定位,誤差不超過2.5cm,可實現(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)車輛點火熄火控制;(3)車輛前進、倒退、停車控制; (4)車輛自動轉彎控制;(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)車輛遠程云端控制;(8)電控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
本項目以智能農機為核心、高標準農藝為保障、精準化栽培為手段,踐行產學研評推用合作模式,在密云建立農機無人作業(yè)試驗示范基地。項目實現(xiàn)種植遠程智能管控模式,大幅提高生產管理決策能力,實現(xiàn)品質、產量和效益提升。具備顯著的“全天候、全過程、可復制、可推廣”的示范效果與廣泛的推廣價值。
(1)經濟效益
一是提高作業(yè)質量。農機手使用傳統(tǒng)拖拉機進行田間作業(yè)時的精度約在10厘米,經過長時間勞作后,作業(yè)精度大大降低,從而降低了作業(yè)質量,不利于前后環(huán)節(jié)的配套作業(yè)。本項目的無人駕駛拖拉機基于GPS/北斗雙模的自動導航技術,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)質量。另外,根據(jù)自動導航過程中存儲的路徑數(shù)據(jù),還可以使拖拉機在后續(xù)作業(yè)環(huán)節(jié)定位到固定的作業(yè)路徑,有效保證農機各環(huán)節(jié)作業(yè)配合精度。由原來的作業(yè)質量靠機手的經驗變?yōu)樽鳂I(yè)質量精準、一致、可控。
二是降低機手勞動強度。農機在無人駕駛作業(yè)過程中,不再像以往一樣需要機手在農機上進行實時操控,機手只需要在道路交通駕駛農機行駛至目標農田,然后便可以由農機根據(jù)規(guī)劃路線自主作業(yè),從傳統(tǒng)意義上的農機作業(yè)由一個機手一臺車改變?yōu)橐粋€機手可以負責多臺車作業(yè)。這樣使駕駛員從單調重復、高強度的勞動中解放出來,可延長作業(yè)時間,提高機車的使用效率。
三是減少投入成本。由于無人駕駛行進中作業(yè)速度與發(fā)動機轉速更為平穩(wěn),結合本課題的三維地形精準控制,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,可降低油耗7%,減少環(huán)境污染。另外,優(yōu)越的路徑規(guī)劃降低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,降低投入成本。
四是提高配合效率。本課題的多機協(xié)同系統(tǒng)能夠進行任務級別的規(guī)劃,讓農機編隊作業(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%。多機協(xié)同能極大減少農機間作業(yè)溝通成本,實現(xiàn)提前規(guī)劃,作業(yè)無縫銜接。如收獲小麥過程中,轉運車能實現(xiàn)接滿即走,空車自動接上,工作期間收獲機停車時間大大減少。
(2)社會效益
形成作業(yè)大數(shù)據(jù)。智能化農機上傳大量的傳感器數(shù)據(jù)能更加準確反映作業(yè)效率、計算作業(yè)面積等情況。匯總所有農機提供農業(yè)作業(yè)大數(shù)據(jù),為我國農業(yè)作業(yè)分布、播種收獲情況、農機轉移等農業(yè)宏觀數(shù)據(jù)分析提供堅實基礎。
(3)生態(tài)效益
無人駕駛相較人工駕駛行進中作業(yè)速度與發(fā)動機轉速更為平穩(wěn),結合三維地形精準控制,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,可降低油耗,減少環(huán)境污染。另外,優(yōu)越的路徑規(guī)劃降低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、經驗啟示
小麥無人作業(yè)技術應用在密云區(qū)河南寨鎮(zhèn)陳各莊村無人作業(yè)試驗示范基地,面積457畝,目前基地已實現(xiàn)小麥關鍵環(huán)節(jié)無人作業(yè),種植效果良好?;厥峭ㄟ^產學研評推用高效合作模式,開展農機全程無人作業(yè)技術與裝備試驗示范、展示交流等工作。重點展示無人作業(yè)多級協(xié)同管理、高效任務動態(tài)路徑規(guī)劃、障礙物快速識別與避障、大型拖拉機及聯(lián)合收獲機的自主控制、智能灌溉施肥等一系列高精尖技術,基地還配套應用栽培、土肥、植保等新技術,實現(xiàn)農機農藝融合、農機化與信息化融合。
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