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北斗终端应用技术,在农机将会快速普及

科普中国网    2021-06-18 17:54

多年以前笔者在《三年推广培育,北斗终端在农机领域应用将迎来爆发期》一文中引用了刘经南院士列举的一组中美农业数据:美国大田管理的最小面积单位是0.093平方米,而中国大田管理的最小面积单位还是1亩,也就是666.67平方米——两者相差7000多倍。

美国农田管理之所以能达到如此的精度,主要原因是美国农场主大量的使用GPS卫星导航系统,反过来说,我们的农业管理还是以亩为单位,是因为我们缺乏精细化管理的技术手段,但是北斗应用技术正在改变这一现状,国内的农业物联网大时代已经到来,农机要搭上农业物联网的大船,船票就是北斗民用技术。

一、2015年北斗领到农机补贴的准生证

农机行业坊间普遍认为2015年是北斗终端设备在农机领域应用的元年,因为哪一年北斗终端应用进入国家农机购置补贴系统,也就是北斗终端应用技术拿到了在农机行业推广的准生证。

虽然早在2015年就进入农机购置补贴目录,但是北斗终端在农机行业的应用推广并非水到渠成,最大的问题就是技术载体的问题,也就是说具体什么样的作业要用到北斗技术?北斗终端该装在什么样的农机上呢?

事实上从2015年到2020年的5年间,农机行业之与北斗终端应用,主要做的工作就是找载体,当然5年的时间并没有白白浪费,相反成果菲然,因为北斗终端找到了5个绝佳的载体,今后这五个载体可能会发展成北斗在农业领域的5大产业,这并非空穴来风,因为有的产业已经有很大的规模,比如植保无人飞机。

北斗应用于植保无人飞机,主要是应用点是定位、实时导航、作业过程管理和飞机飞行状态监测等。

其中为无人飞机提供动态的位置信息是北斗的首要任务,由于北斗具有快速定位功能,它和计算机配合可在电子地图上标注出无人机的实时位置、机动方向、行进速度和时间等,依托北斗卫星导航系统,植保无人机能够按照规划路线自主飞行,有效避免了重喷、漏喷等现象,同时可以根据具体的地理条件进行近地或仿地飞行,并且能自动避障。

北斗技术的逐渐成熟和应用的普及推动了国内植保无人飞机行业的快速发展。2015年之前很多植保无人机是基于GPS定位技术而开发的,目前国产的植保无人飞机企业基本上都是和国内的北斗终端应用控制系统的公司在联合开发飞控系统,像大疆创新、极飞科技还能独立开发基于北斗的飞控系统。

目是植保无人飞机在国内正处于快速发展期,今年7月份全国保有量超过8万台,目前植保无人飞机正在快速普及,据笔者在市场上调研的情况看,国内种植面积超过300亩的大户或合作社,其植保飞防都是在用植保无人飞机,空中飞的机器正在对地面上跑的传统农机快速的取代。

由于完成了全球的组网,现在安装北斗终端应用技术的植保无人飞机已经走出了国门,在韩国,中国造植保无人飞机占有率70%,在日本是60%,未来的欧洲和美国市场上,中国造植保无人飞机也将占有绝对的市场地位 ,植保无人飞机已经是农机中国造的一张名片,随着中国植保无人飞机走出去的当然北斗应用技术也会走出去。

2.拖拉机

拖拉机是数百种耕、种、管、收的农机具的动力源,也可称为农机具的“母机”,没有拖拉机,成百上千的作业机具就是一堆废铁,可见拖拉机在农机行业的重要性。

北斗终端应用技术在农机领域的主要载体就是拖拉机,目前看没有比拖拉机更理想的载体了。

据笔者判断,目前农机领域的北斗终端设备有80%安装在拖拉机上。

拖拉机上安装的北斗终端,主要用三类:实时定位、作业监测和自动驾驶,其中自动驾驶又可以分为自动导航、辅助驾驶、无人驾驶三种不同级别的技术。

先说说拖拉机的实时定位。拖拉机进行实时定位的需求方有两类,一是农机管理部门,二是合作社或农业公司。

前者是对享受了国家农机购置补贴红利的拖拉机进行实时监测,防止本地的机器被倒卖到外地,另外还可以实现计亩仪的作用,就是通过作业轨迹自动计算作业面积,通过作业数据给机手发放作业补贴。

其次说说作业监测。这种功能的用户需求方有两类,一是农机管理部门,二是拥有农机的合作社或农业公司,主要监测的有数量和质量两个维度的指标,数量方面也是计亩仪的作用,就是作业多少亩,跑了多远的距离,而质量方面才是体现北斗技术含量的地方,比如深松整地作业中深松的深度是不是符合农艺的要求,打捆的密度是不是符合养殖户收购牧草的标准等,或是土壤的水分、墒情和营养比例等。

最后说说自动驾驶。农机的无人驾驶与自动驾驶参照汽车行业,按照SAE International(国际自动机工程师学会)2014年的制定,从L0到L5共5级:人工驾驶、辅助驾驶、半自动驾驶、高度自动驾驶、超高度自动驾驶(人工接手)、全自动驾驶(完全无人)。

目前在农机行业,拖拉机上应用最多的是辅助驾驶,也就北斗自动导航技术,相应的是自动导航设备,当然高度自动驾驶、超高度自动驾驶(人工接手)、全自动驾驶(完全无人)的拖拉机在国内也已经有了,但是目前还处于概念阶段,不具备实用性和大规模推广的条件。

在这里我们重点关注一下北斗自动导航技术。北斗拖拉机自动导航是利用高精度的卫星地位导航信息,由控制器实时对农机的方向舵或液压系统进行控制,使农机按照设定的路线(直线或曲线)自动驾驶并完成起垄、播种、施肥、喷药、收割等农田作业;自动驾驶系统可以提高作业精度、提高作业和管理效率、提高土地利用率、延长作业时间、减轻驾驶员的劳动强度和降低农业生产综合成本。

目前国内有20多家公司提供相关的设备,包括美国约翰迪尔、康拓康等著名的跨国公司,以及国内的上海联适、上海华测、惠达、司南导航、合众思壮、雷沃重工、星途导航等,且国产的北斗自动驾驶导航系统已经基本上完成了进品产品的替代。

当前在新疆、黑龙江、内蒙、辽宁等规模化农业种植区,50%以上的拖拉机上都安装的北斗自动驾驶导航系统,该产品已经由政府项目引导转向完全市场化的消费了。

3.插秧机

北斗终端应用技术之于农机,一是提高工作效率,二是提高作业质量,如果达不到这两种效果就没有推广的价值。

基于这两个目的,人们在北方找到了拖拉机这个最佳的载体,而南方地区长期以来一直找不到能搭载北斗终端应用的农机,直到有企业尝试研发无人驾驶插秧机。

在国内最先吃螃蟹的是丰疆智能,这是一家由大疆科技和其它实力雄厚的资本方共同投资的公司,初衷是用智能技术改造传统农机,在2018年就推出了了无人驾驶插秧机,这种新产品充分利用了现有的成熟的底盘技术,搭载无人驾驶模块,但要对驾驶、行走和作业系统进行进行改造,越是高端的机型,比如机电液一体化,HST等机器改造最方便,而越是机械传动的实现起来越难,但好在经过丰疆智能、上海联适等有实力的公司的攻关,技术上的问题已经解决了。

搭载北斗自动驾驶导航系统的插秧机利用北斗定位系统和物联网技术对传统插秧机进行智能升级改造。

操作人员只需通过平板车载终端完成定位及参数设置,系统便能自行规划路线,实现田间自动插秧、智能避障、掉头转弯等全套无人作业。

不仅如此,它还能通过系统实现智能化数据分析定位,能精准控制行距和苗距,作业误差仅在2厘米内,保证了秧苗稳定有序排列插秧。

无人驾驶的插秧机作业效率会提高30%以上,且会节约至少一个劳动力,所以技术一经面世,产品一经上市,就迅速被种植大户和跨区作业的机手所接受。

4.联合收获机

联合收获机之于北斗主要是自动导航和无人驾驶技术,有刚性需求的是参加跨区作业的机器。

大家都知道国内有一个特殊的群体,这就是跨区作业车队,每年参加三夏油菜和小麦机收的轮式谷物联合收获机有约35万台,参加三秋水稻、玉米机收的履带式谷物联合收获机和玉米联合收获机有50多万台。

这些跨区作业几乎全部是跨省域的长途奔袭,往往要走几千里路收几万亩的庄稼,有机手一年能挣50万元,但是工作强度非常大,也非常劳累,疲劳驾驶还会出问题,所以跨区作业的机手对北斗主要是自动导航和无人驾驶技术有天然的需求。

另一方面,农机的收获作业,对自动导航和无人驾驶技术的精度要求并不高,比如收水稻,只要能把AB点打好,把路线规划出来,把机器收割高度和速度调节好就行,只要不漏割或撒粮就行。

笔者发现新一代的麦客更容易接受这些新技术,而联合收获机生产厂家近几年也在跨区版的机型上在大力推广北斗主要是自动导航和无人驾驶技术。

三、天时地利人和已经齐备,北斗终端应用技术在农机领域将快速普及

早在60年前有伟人论断说农业的根本出路在于机械化,对于发展现代农业,不仅仅是机械化,而且需要智能化和万物互联,。

北斗终端技术在农业以及农机领域的应用将进入快速普及阶段,这是因为天时地利人和和条件已经具备了。

天时。6月23日,我国在西昌卫星发射中心用长征三号运载火箭成功发射北斗系统第50颗导航卫星,暨北斗三号最后一颗全球组网卫星,至此北斗三号全球卫星导航系统星座部署全部完成。

经过三个阶段的建设50个卫星完全可以覆盖全球,从此后北斗卫星定位系统(BDS)就可以和美国全球定位系统(GPS)、欧洲伽利略卫星导航系统GSNS)、俄罗斯格洛纳斯

卫星导航系统(GNSS)并驾齐驱,目前北斗卫星定位系统(BDS)具备在任何时间、任何地点为全球所有用户提供确定期所在的地理经纬度和海拔高度的能力,同时围绕着定位技术将发展出一系列的应用技术,其中之一就是在农业领域的应用。

目前全球一半国家已经在用使用北斗定位服务,随着国外用户的增多,搭载国产北斗终端应用系统的国产农机也将走出国门,服务于全球的客户。

地利。国家农机购置补贴政策是最大利好,从2015年北斗终端应用被农业农村部农机化司列入国家农机购置补贴目录,目前看,北方绝对多数省份已响应国家号召对北斗作业监测设备、北斗自动导航驾驶系统进行补贴,有一些地方还列出专题资金对无人驾驶农机进行补贴。

农机购置补贴政策起着导向作用,且能很大程度上降低用户购买的资金压力,如自动导航系统在国内补贴15000-25000,目前市场售价45000左右,可见力度还是很大的。

人和。笔者认为有两方面的利好,一方面是北斗技术在农业领域已经找到了有效的载体,并且技术融合的较好,目前北斗技术在农机领域主要用在作业监测、自动导航和无人驾驶三个方面,并且找到了植保无人飞机、拖拉机、插秧机、联合收获机、喷药机等有效载体。

另一方面是用户。北方地区用户培育市场完成,在新疆地区50%的拖拉机上安装了北斗自动导航或辅助驾驶系统,没有安装这些设备的机器农户不让进地,而在黑龙江地区也有30%的拖拉机安装了北斗自动导航,在南方地区进展也很大,2018年湖北就有10000台农机安装了北斗作业监测系统,在国内市场上,基于北斗技术的自动导航、辅助驾驶、无人驾驶系统或设备已经由补贴政策推动和项目拉动转向刚性需求。

作者:柳琪,农业机械、农机360、农机通、《农机市场》、《当代农机》、《农机质量与监督》、《高端农产品》的专栏作家

 

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责任编辑: 4126TJ

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人家也是有底线的啦~
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