北斗接“地气”,助无人农机跑出新精度

多传感器信息融合的农机导航定位技术的定位精度达到了国外同类技术的先进水平,但系统成本降低了1/3;其中水田自动导航作业和主从导航作业居国际领先水平,打破了国外技术垄断,保障了我国农机导航装备的自主安全可控。

——罗锡文 中国工程院院士、华南农业大学教授

◎本报记者 马爱平

农业机械卫星定位自动导航作业技术是现代智能农业机械装备的关键技术之一,可大幅度提高劳动生产率、土地产出率和资源利用率。

在2020年底举行的世界智能制造大会上,国家重点研发计划“智能农机装备”重点专项项目成果“基于北斗的农机自动导航与作业精准测控关键技术”通过中国农业机械学会推荐,经过中国科协智能制造学会联合体和国际智能制造联盟学术委员会的推荐、遴选,最终入选“2020世界智能制造十大科技进展”。

“该技术将北斗卫星定位和MEMS惯性传感相结合,实现了农机不同作业工况下的高精度连续稳定定位和测姿。多传感器信息融合的农机导航定位技术的定位精度达到了国外同类技术的先进水平,但系统成本降低了1/3;其中水田自动导航作业和主从导航作业居国际领先水平,打破了国外技术垄断,保障了我国农机导航装备的自主安全可控。”中国工程院院士、华南农业大学教授罗锡文在接受科技日报记者采访时表示。

适应性和可靠性差 制约我国农机导航产品发展

农机装备自动化、信息化和智能化程度体现了一个国家农业装备的发展水平,是农业现代化的重要标志。随着精准农业和智能农业装备技术的发展和应用,传统的农业机械正在向融合卫星导航定位、智能测控与物联网等新一代信息技术的智能农业装备方向发展。

“近年来,我国农机装备产业发展迅速,已经成为世界农机制造和使用大国,这也带动了我国农业机械化水平快速提升,使得农机作业效率和作业质量不断提高。”中国工程院院士、北京农业信息技术研究中心首席科学家赵春江在接受科技日报记者采访时表示。但是与我国对农业机械化快速发展的需求相比,智能农机装备技术却相对落后,与发达国家有较大差距,农机导航、智能测控、精准作业等高端技术装备受制于人,制约了我国农机化高质高效发展。

“项目启动前,我国的农机导航作业系统产品存在如下问题:导航信息来源单一,可靠性差;系统对不同作业环节的适用性差;系统对复杂作业工况的适应性差;系统不具备多机协同作业功能;系统缺少互联网+管控平台。”罗锡文说。

“十三五”期间,在国家重点研发计划“智能农机装备”重点专项的支持下,项目提出了明确的研究目标。如研制面向农业耕整、种植、灌溉、植保和收获等作业需求的自动导航作业系统,构建互联网+农机导航应用平台,为我国北斗卫星定位系统在精准农业领域的规模化应用提供典型应用示范。

产业链结合创新链 横向、纵向推进项目研究

“在项目实施过程中,科技部农村中心为整个专项项目搭建了平台,创造了一体化实施条件,得以与其他项目和企业沟通,推进整体研究进展。项目整个攻关过程分为关键技术研究、系统集成测试和成果转化应用三个阶段。以‘绩效四问’为导向,聚焦技术创新,产出高水平、标志性的研究成果。”罗锡文说。

罗锡文举例说,在成果转化应用阶段,参与项目的高科技公司和主机企业在项目成果基础上,瞄准市场需求,研发出多款满足我国农业生产需求的农机北斗自动导航作业产品,市场占有率逐年提高,整体技术水平达到了国际先进水平,打破了国外的技术垄断,提升了我国农机装备的智能化水平,为农机装备产业的转型升级提供了技术支撑。

在项目实施期间,雷沃重工股份有限公司(以下简称雷沃重工)对华南农业大学转让的“基于卫星定位的农业机械导航及自动作业技术”科技成果开展了产品研发和产业化推广工作。

“雷沃重工制定了农机导航批量生产的行业技术标准,实现了前装和后装、电控液压和电动方向盘转向,单/双天线导航,并形成系列产品、获得产品鉴定和推广鉴定证书。近5年在新疆等7省(自治区)的10余种品牌拖拉机上安装1700余套,推广应用面积798.64万亩,节本增收99915.23万元。”罗锡文说。

“通过科技部农村中心横向产业链与基础研究、共性关键技术攻关、装备研制、示范应用的纵向创新链相结合的一体化科技创新设计,我们首先围绕精准作业生产要求,重点开展了土壤、植物、机器作业等信息感知、监测应用基础研究,弥补了农机精准作业控制和运维管理领域的基础理论研究短板。此外,还重点突破了农机定位与导航、农机作业智能监测、精准作业控制等共性关键技术。”赵春江介绍,通过协同创新,项目产生了一批具有自主知识产权的农业传感器、农机北斗自动导航、农机智能监测终端、农机精准作业控制系统等智能作业装备;而通过与龙头农机企业、农机管理部门、规模化农场、农机专业合作社、家庭农场等应用主体开展协同合作,开展精准农业以及智能农业装备技术的综合应用示范,积极探索“产学研用”合作新模式,推动农机北斗自动导航、农机智能监测终端等先进适用装备的产业化推广应用,项目扎实推进了农业科技创新供给和成果转化应用。

成果服务作业面积1.1亿亩 在国内首次创建水稻无人农场

北京农业信息技术研究中心在项目攻关过程中,创制了具有自主知识产权的电液、电机转向两类农机北斗自动导航产品,提升了农机作业质量和效率,降低了作业成本。

“我们创制了13种智能监测终端,构建了全程机械化作业智能监测技术体系;攻克了广域集群农机作业多元异构数据高并发接入、大数据分析处理技术,构建了基于大数据的全程机械化作业云服务平台,可提供自动导航AB线收发、作业质量分析、作业量统计、作业重漏区域检测、跨区作业检测等15项云服务,并在国内率先实现了业务化运行。”赵春江说。

这些成果在全国23个省市、387个县区、2733个合作社、123个大型农场开展了规模化应用,服务作业面积1.1亿亩,为国家农机作业补贴政策规范高效实施和农机作业智能化管理服务提供了有效的技术支撑。

2020年,华南农业大学项目团队基于项目成果在国内首次创建了水稻无人农场,该水稻无人农场就坐落在广州市增城区华南农业大学教学科研基地。

罗锡文指出,该无人农场有5个特点。一是耕种管收生产环节全覆盖,即覆盖农作物生产中的耕整、种植、田间管理(水、肥、药)和收获的各个环节。二是机库田间转移作业全自动,即农机自动从机库转移到田间,完成田间作业后自动回到机库。三是自动避障异况停车保安全,即在农机转移和作业过程中能实现自动避障,遇到异常情况能自动停车,以确保安全。四是作物生产过程实时全监控,即能对作物生产过程中的长势和病虫草害情况进行实时监控。五是智能决策精准作业全无人,即能根据作物的长势和病虫草害情况及时作出决策并自动进行精准作业,包括精准灌溉、精准施肥和精准施药等。

目前水稻无人农场已完成一季水稻生产实践。

[责任编辑:曾广艳]

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