農(nóng)機(jī)上運(yùn)用GPS的經(jīng)濟(jì)效益

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本文作者：武寶傳、馬立萍 單位：黑龍江省寶泉嶺農(nóng)場(chǎng)農(nóng)機(jī)科、黑龍江省八五O農(nóng)場(chǎng)農(nóng)機(jī)科

黑龍江農(nóng)墾目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的主要是美國(guó)生產(chǎn)的gps導(dǎo)航產(chǎn)品，現(xiàn)在還沒(méi)有能夠滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要的國(guó)產(chǎn)GPS導(dǎo)航產(chǎn)品投放市場(chǎng)。

美國(guó)Trimble公司生產(chǎn)的Autopilot自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)介

目前，在黑龍江省墾區(qū)應(yīng)用的GPS自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)有美國(guó)天寶、迪爾綠色之星、瑞農(nóng)和瑞士徠卡等品牌產(chǎn)品，美國(guó)天寶產(chǎn)品市場(chǎng)占有量最大。下面以美國(guó)Trimble（天寶）GPS自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)為例，將產(chǎn)品使用與推廣情況進(jìn)行簡(jiǎn)述。2005年，寶泉嶺農(nóng)場(chǎng)建立1個(gè)GPS地面RTK差分站，差分信號(hào)傳輸采用電臺(tái)發(fā)射方式，輻射半徑為20～30km，定位精度為2.5cm，完全可以滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要。農(nóng)場(chǎng)在凱斯STX-500型拖拉機(jī)上安裝1套美國(guó)Trimble公司生產(chǎn)的Autopilot自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，應(yīng)用效果較好；2010年，又購(gòu)進(jìn)2套，分別安裝在凱斯-195型拖拉機(jī)和迪爾-7820型拖拉機(jī)上；2011年，又購(gòu)進(jìn)17臺(tái)，其中安裝在進(jìn)口拖拉機(jī)上6臺(tái)（3臺(tái)凱斯-210型拖拉機(jī)、1臺(tái)凱斯-190型拖拉機(jī)和2臺(tái)迪爾-7830型拖拉機(jī)），安裝在國(guó)產(chǎn)迪爾-1204型拖拉機(jī)上11臺(tái)，基站差分信號(hào)傳輸采用網(wǎng)絡(luò)傳輸方式；2012年又購(gòu)進(jìn)15臺(tái)，分別安裝在國(guó)產(chǎn)東方紅、迪爾73.5-88.2kW拖拉機(jī)上。

中文彩色顯示器由GPS接收機(jī)、導(dǎo)航控制器、GPS衛(wèi)星天線、方向傳感器和液壓控制器等組成。系統(tǒng)中，導(dǎo)航控制器中的慣性導(dǎo)航設(shè)備用于T3地形自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)。天線：接收衛(wèi)星信號(hào)。通信模塊：接收服務(wù)器輸出的高精度差分信號(hào)。光靶DE500：實(shí)時(shí)處理天線接收到的衛(wèi)星信號(hào)和通信模塊接收到的差分信號(hào)，解算出±2.5cm的高精度坐標(biāo)，并將高精度坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸給NAV2控制器。方向傳感器：實(shí)時(shí)感應(yīng)拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向方向和轉(zhuǎn)向角度的大小NAV2控制器：實(shí)時(shí)接收方向傳感器的轉(zhuǎn)向信號(hào)和光靶的位置信號(hào)，依據(jù)自身獨(dú)有的T3補(bǔ)償技術(shù)，向液壓閥發(fā)出拖拉機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)向命令。液壓閥：實(shí)時(shí)接收NAV2控制器發(fā)出的控制信號(hào)，并將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為液壓油信號(hào)，實(shí)時(shí)控制液壓油的流量和流向，從而控制拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向。

RTK地面基站差分信號(hào)傳輸方式：模塊網(wǎng)絡(luò)傳輸方式；作業(yè)精度：與RTK地面基站配套使用，作業(yè)精度±2.5cm；作業(yè)溫度：-25～55℃；配套機(jī)械：進(jìn)口、國(guó)產(chǎn)88.20～404.25kW閉心液壓系統(tǒng)拖拉機(jī)；顯示語(yǔ)言：簡(jiǎn)體中文（支持多語(yǔ)言）數(shù)據(jù)管理：提供數(shù)據(jù)管理、地圖顯示、自動(dòng)存儲(chǔ)、自動(dòng)生成作業(yè)報(bào)告；顯示器類型：17.8cm彩色顯示器、接收機(jī)、顯示器、控制系統(tǒng)一體化；導(dǎo)航模式：AB直線、A+直線、軸點(diǎn)導(dǎo)航、平行曲線、地頭導(dǎo)航、多地頭導(dǎo)航、自適應(yīng)曲線、自由導(dǎo)航。

美國(guó)TrimbleAutopilot自動(dòng)駕駛系統(tǒng)操作

步驟駕駛員在日常使用中只需要開(kāi)機(jī)進(jìn)入界面后，設(shè)置作業(yè)幅寬、設(shè)置AB直線、自動(dòng)駕駛4個(gè)步驟，中文界面，操作簡(jiǎn)單，使用方便。打開(kāi)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，等待衛(wèi)星圖標(biāo)變綠后開(kāi)始操作。點(diǎn)擊OK按鈕開(kāi)始一個(gè)新的地塊或者選擇原有的地塊。有多種作業(yè)模式，一般都采用第一種AB直線導(dǎo)航模式（StraightAB），從地頭開(kāi)始直線到地的另一頭，來(lái)回往復(fù)作業(yè)模式。點(diǎn)擊OK按鈕后，屏幕進(jìn)入農(nóng)具寬度設(shè)置界面，使用上下三角符號(hào)按鈕，增減作業(yè)幅寬，最后按OK按鈕確定。點(diǎn)擊OK按鈕后進(jìn)入起點(diǎn)A的設(shè)置，把拖拉機(jī)開(kāi)到地塊地邊較長(zhǎng)的一側(cè)地頭停車，當(dāng)看到右邊工具條上的光標(biāo)處于A字母上，然后按OK鍵即可將A點(diǎn)記錄下來(lái)，記錄之后屏幕中會(huì)顯示A字母。把農(nóng)具升起后，接著把車開(kāi)到地的另一頭停下來(lái)，這時(shí)光標(biāo)處于B字母上，點(diǎn)擊OK鍵將B點(diǎn)記錄下來(lái)，記錄之后屏幕中會(huì)顯示B字母，這時(shí)AB直線已經(jīng)生成。AB直線是由AB兩點(diǎn)連接生成的，在設(shè)置AB直線時(shí)，A點(diǎn)設(shè)置完成后，再?gòu)腁點(diǎn)到B時(shí)，與實(shí)際行走的過(guò)程沒(méi)有關(guān)系。以AB為起始直線，直線是無(wú)限延伸的；其左右各有平行直線1000條。左側(cè)以L1、L2及L3等表示，右側(cè)以R1、R2及R3等表示；直線之間的間距為作業(yè)的幅寬。在地頭把拖拉機(jī)調(diào)過(guò)頭，進(jìn)入下一個(gè)作業(yè)塹。在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中，下一個(gè)直線（L1或R1）會(huì)自動(dòng)顯示出來(lái)。進(jìn)入AB線的范圍內(nèi)會(huì)顯示三角形符號(hào)代表當(dāng)前的位置，拖拉機(jī)擺正方向后。這時(shí)自動(dòng)駕駛按鈕變?yōu)辄S色，代表當(dāng)前位置的三角符號(hào)也變?yōu)辄S色，說(shuō)明可以進(jìn)行自動(dòng)駕駛了，按自動(dòng)駕駛按鈕即可。自動(dòng)駕駛實(shí)現(xiàn)后，自動(dòng)駕駛按鈕與三角符號(hào)均變?yōu)榫G色。這時(shí)，已達(dá)到完全自動(dòng)駕駛了，駕駛員的雙手完全可以離開(kāi)方向盤(pán)了。當(dāng)駕駛員用手轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)時(shí)，自動(dòng)駕駛模式會(huì)自動(dòng)退出。在自動(dòng)駕駛時(shí)，切記注意安全。自動(dòng)駕駛可以使用倒檔方向向后自動(dòng)駕駛。

在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，導(dǎo)航模式多選擇為“直線AB”。設(shè)置A點(diǎn)和B點(diǎn)時(shí)，請(qǐng)根據(jù)田塊形狀，適當(dāng)取點(diǎn)，充分提高土地利用率。導(dǎo)航模式多選擇為“直線AB”，一定要選地頭手動(dòng)轉(zhuǎn)彎，能及時(shí)避讓地頭障礙物及排水溝，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。在創(chuàng)建新的田塊時(shí)，一定要將田塊名修改為用戶自己能對(duì)應(yīng)上的名稱，以備下一個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)使用。在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，駕駛員不用操控拖拉機(jī)的方向盤(pán)，但駕駛員的注意力一定得保持集中，時(shí)刻注意田塊中電線桿、水井等的障礙物。

在拖拉機(jī)上安裝GPS自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用

情況安裝GPS自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的拖拉機(jī)可進(jìn)行整地、播種、撒肥、噴霧、中耕和起壟等多項(xiàng)作業(yè)，通過(guò)應(yīng)用，主要表現(xiàn)出以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：可提高田間作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。寶泉嶺農(nóng)場(chǎng)28、9、25作業(yè)站播種作業(yè)直線作業(yè)百米彎曲度小于5cm，作業(yè)往復(fù)結(jié)合線在2cm以內(nèi)。在9、33、24、23作業(yè)站起大壟和播種作業(yè)，經(jīng)檢測(cè)，作業(yè)往復(fù)結(jié)合線在2cm以內(nèi)。因此，作業(yè)中減少重耕和漏耕，實(shí)現(xiàn)節(jié)本降耗，并提高了土地的利用率。可提高現(xiàn)有機(jī)械的利用率。起大壟作業(yè)后，不同功率拖拉機(jī)可配套2、4、6、8、9及12行播種機(jī)進(jìn)行壟卡種，由于壟距標(biāo)準(zhǔn)，大大降低了田間管理傷苗率，3、4、6行玉米收割機(jī)以及凱斯2388、迪爾9660型等進(jìn)口大型可實(shí)現(xiàn)8行玉米對(duì)行收獲，減少收獲損失，提高作業(yè)效率，也對(duì)下年的原壟卡種提供了方便條件。GPS導(dǎo)航作業(yè)被種植戶認(rèn)可，出現(xiàn)種植戶排隊(duì)等車作業(yè)的局面?？商岣邫C(jī)械作業(yè)效率。在直線作業(yè)中取消劃印器，減少作業(yè)中升降劃印器的輔助時(shí)間，并可以在夜間、霧天、高灰塵的條件下作業(yè)，延長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間。沒(méi)有安裝自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的拖拉機(jī)在夜間、霧天或高灰塵的條件下作業(yè)將無(wú)法作業(yè)。作業(yè)時(shí)，可間隔一個(gè)作業(yè)幅寬進(jìn)行套耕，能減少入塹轉(zhuǎn)彎的時(shí)間，延長(zhǎng)有效作業(yè)時(shí)間。在同等作業(yè)條件下，作業(yè)效率可提高15%以上。在抗災(zāi)搶種晝夜播種作業(yè)中發(fā)揮的作用更這突顯。減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。拖拉機(jī)駕駛員在進(jìn)入作業(yè)塹，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛后，雙手可離開(kāi)方向盤(pán)，駕駛員精神始終處于放松狀態(tài)，在地頭轉(zhuǎn)彎時(shí)也不需要升降劃印器，減輕了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使駕駛員更有精力對(duì)拖拉機(jī)和配套農(nóng)具進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，使農(nóng)機(jī)具始終保持良好的技術(shù)狀態(tài)，為提高田間作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和作業(yè)效率提供了可靠的機(jī)械保證，也避免了因疲勞駕駛而引發(fā)的農(nóng)機(jī)事故?？删徑庖痪€高水平駕駛員匱乏與田間作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高的矛盾。由于安裝GPS自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的拖拉機(jī)在作業(yè)時(shí)，入塹后，拖拉機(jī)就進(jìn)入自動(dòng)駕駛狀態(tài)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)直線作業(yè)。自動(dòng)駕駛作業(yè)時(shí)，因不用駕駛員把方向盤(pán)，將播種、起壟和中耕等要求操作技術(shù)水平較高的作業(yè)變得簡(jiǎn)單容易操作了，因此，可降低對(duì)駕駛員操作水平的要求。從而，也緩解一線高水平駕駛員匱乏與田間作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求高的矛盾。2010年9月14日，寶泉嶺管理局在寶泉嶺農(nóng)場(chǎng)第9作業(yè)站舉辦的GPS導(dǎo)航應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)會(huì)，一個(gè)剛駕駛大功率拖拉機(jī)不久的駕駛員，駕駛安裝GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的迪爾-7820型拖拉機(jī)與管理局各農(nóng)場(chǎng)選派的高水平駕駛員進(jìn)行起壟大比武，他非常輕松地勝出了。提供多種信息方便用戶?？娠@示地塊的經(jīng)度、緯度、作業(yè)速度，已經(jīng)作業(yè)過(guò)地塊的作業(yè)面積，可以記錄已經(jīng)作業(yè)過(guò)地塊的信息，為下一個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)自動(dòng)駕駛作業(yè)使用。

經(jīng)濟(jì)效益分析

以1臺(tái)國(guó)產(chǎn)安裝GPS導(dǎo)航系統(tǒng)迪爾-1204型拖拉機(jī)為例，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析。2011年秋起大壟350hm2（5250畝），2012年在開(kāi)春秋起大壟150hm2（2250畝）?？稍谝归g進(jìn)行搶起大壟作業(yè)，每天增加20hm2的作業(yè)面積，每年可增加200hm2起大壟作業(yè)面積，增加收入3萬(wàn)元。與進(jìn)口精量播種機(jī)配套，可在夜間進(jìn)行搶播種，延長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間，每年可增加播種面積200hm2，可增加收入4.8萬(wàn)元?？商岣邫C(jī)械作業(yè)效率。耙地作業(yè)減少重耙和漏耙，在9作業(yè)站耙地作業(yè)，偏置耙1BY-7.0型圓盤(pán)耙的額定作業(yè)幅寬為7m，帶GPS導(dǎo)航作業(yè)幅寬可增加0.4m，增加效率5%，每天可增收入325萬(wàn)元，每年可增收0.325萬(wàn)元?？蓽p少支出駕駛員工資支出。一個(gè)水平較高的駕駛員一年工資1.8萬(wàn)元，通過(guò)GPS導(dǎo)航駕駛拖拉機(jī)，一般駕駛水平的駕駛員可做出高標(biāo)準(zhǔn)的田間作業(yè)，用一般駕駛水平的駕駛員工資可節(jié)省支出0.3萬(wàn)元。成本合算。1臺(tái)安裝GPS導(dǎo)航國(guó)產(chǎn)迪爾1204拖拉機(jī)每年可增加直接收入合計(jì)8.425萬(wàn)元。1臺(tái)GPS自動(dòng)導(dǎo)航設(shè)備價(jià)值11.6萬(wàn)元/臺(tái)，國(guó)家補(bǔ)貼3萬(wàn)元/臺(tái)，農(nóng)場(chǎng)補(bǔ)貼2萬(wàn)元/臺(tái)，個(gè)人自籌6.6萬(wàn)元，購(gòu)機(jī)戶當(dāng)年就可收回投資。提高土地利用率。在播種作業(yè)中，減少往復(fù)結(jié)合線寬度，提高了土地的利用率3.76%，增加收入214元/hm2。1臺(tái)6行進(jìn)口播種機(jī)每年可播種350hm2，可為種植戶增加收入7.5萬(wàn)元。節(jié)本增效。1臺(tái)安裝GPS導(dǎo)航拖拉機(jī)每年機(jī)械戶可增加機(jī)械費(fèi)收入和種植戶收入合計(jì)15.925萬(wàn)元。寶泉嶺農(nóng)場(chǎng)現(xiàn)有GPS自動(dòng)導(dǎo)航設(shè)備35臺(tái)，每年可加收入557.38多萬(wàn)元。

有待解決的問(wèn)題及建議

RTK地面基站差分信號(hào)傳輸方式有2種，一是通過(guò)模塊網(wǎng)絡(luò)傳輸模式。車載設(shè)備中有一個(gè)模塊，可安裝2個(gè)電話流量卡，一個(gè)是中國(guó)電信集團(tuán)公司的，另一個(gè)是中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司的。其優(yōu)點(diǎn)是受地理環(huán)境影響較小，輻射半徑在30~40km左右，傳輸范圍較大。缺點(diǎn)是由于傳輸環(huán)節(jié)較多，受網(wǎng)絡(luò)、電信設(shè)備和技術(shù)的影響，差分信號(hào)傳輸不夠穩(wěn)定，信號(hào)有少量延遲，在作業(yè)時(shí)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間掉線，影響作業(yè)的情況。二種是電臺(tái)傳輸模式。其特點(diǎn)是信號(hào)強(qiáng)度高，信號(hào)無(wú)延時(shí)，信號(hào)覆蓋區(qū)域內(nèi)幾乎不掉線。缺點(diǎn)是電臺(tái)發(fā)射信號(hào)覆蓋范圍相對(duì)較小，覆蓋半徑在20~30km內(nèi)，由于受到建筑物、山及樹(shù)等物理遮擋，會(huì)出現(xiàn)盲區(qū)死角，在盲區(qū)死角內(nèi)，收不到信號(hào)。建議經(jīng)銷商與通訊公司合作，傳輸方式需要在設(shè)備上和技術(shù)上進(jìn)行改進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)傳輸和電臺(tái)發(fā)射兩種傳輸方式并用，取長(zhǎng)補(bǔ)短，以保證車載GPS自動(dòng)導(dǎo)航設(shè)備能接收到一個(gè)穩(wěn)定的差分信號(hào)。

目前GPS自動(dòng)導(dǎo)航設(shè)備市場(chǎng)有待于規(guī)范，商較多，不同的商所的GPS導(dǎo)航設(shè)備的基站差分協(xié)議是不同的，差分信號(hào)不能通用，也就是1個(gè)商、1個(gè)品牌就得設(shè)1個(gè)RTK地面差分基站，造成重復(fù)投資，給用戶造成使用不便。建議有關(guān)部門(mén)進(jìn)行規(guī)范管理，將商的各種GPS導(dǎo)航產(chǎn)品之間能將差分協(xié)議統(tǒng)一起來(lái)，不同商、不同品牌的產(chǎn)品可以使用一個(gè)基站，方便用戶，減少不必要的投資。（3）GPS自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)在黑龍江墾區(qū)得到大力推廣和應(yīng)用，建議采取聯(lián)網(wǎng)的方式解決差分信號(hào)傳輸不穩(wěn)定和盲區(qū)的問(wèn)題。分3步走，第1步先以管理局為單位，差分信號(hào)以各農(nóng)場(chǎng)基站為節(jié)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)各農(nóng)場(chǎng)之間漫游，差分信號(hào)覆蓋全管理局，以解決局部差分信號(hào)弱的地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)掉線，影響正常作業(yè)的問(wèn)題。第2步技術(shù)成熟后，在黑龍江墾區(qū)內(nèi)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，第3步積累成功經(jīng)驗(yàn)后拓展到全國(guó)聯(lián)網(wǎng)。

結(jié)論

實(shí)踐證明，雖然GPS導(dǎo)航差分信號(hào)的傳輸與覆蓋還有待于完善，但在農(nóng)用拖拉機(jī)上應(yīng)用GPS自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)，表現(xiàn)出操作簡(jiǎn)單，使用方便的特點(diǎn)?？商岣咛镩g作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效率，減輕駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度，緩解一線缺少駕駛操作技術(shù)水平高的駕駛員的矛盾，投資回收快，可創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)效益。該系統(tǒng)設(shè)備已由只能在國(guó)外進(jìn)口拖拉機(jī)上使用，從2011年開(kāi)始轉(zhuǎn)向國(guó)產(chǎn)73.5～88.2kW拖拉機(jī)安裝使用。今后，隨著現(xiàn)代化大農(nóng)業(yè)發(fā)展步伐的加快和系統(tǒng)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率的提高，產(chǎn)品的價(jià)格將會(huì)大幅度下降，差分信號(hào)傳輸技術(shù)的成熟，也將帶來(lái)國(guó)產(chǎn)拖拉機(jī)使用范圍的擴(kuò)大，還可拓展到水稻進(jìn)口高性能插秧機(jī)上應(yīng)用，為此，GPS自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)在黑龍江墾區(qū)乃至全國(guó)都有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景。