智能化水稻插秧機無人駕駛技術(shù)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械化的重要組成部分，在提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、降低勞動成本、優(yōu)化土地利用等方面展現(xiàn)出了巨大的潛力?；诖耍疚闹攸c探討智能化水稻插秧機無人駕駛的關(guān)鍵技術(shù)要點，其中主要包含無人駕駛系統(tǒng)的搭建、路徑規(guī)劃、田間作業(yè)操作以及智能化管理等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，旨在為農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)提供技術(shù)參考。水稻作為馬鞍山市主要糧食作物之一，其生產(chǎn)效率的提升對于保障糧食安全具有重要意義，但是隨著城鄉(xiāng)發(fā)展不平衡、農(nóng)村勞動力流失，以及耕地資源的減少，傳統(tǒng)水稻種植方式面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為了保障國家糧食安全，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、實現(xiàn)水稻生產(chǎn)機械化、自動化成為必然趨勢。農(nóng)業(yè)機械的無人化和智能化是農(nóng)業(yè)機械發(fā)展的重要方向，也是實現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的重要手段。早在20世紀(jì)20年代，北美的一些研究人員就開始了對農(nóng)業(yè)機械的自動化技術(shù)的研究。但是受限于計算機和控制技術(shù)，當(dāng)時并未實現(xiàn)真正意義的農(nóng)業(yè)機械無人化和智能化。到了20世紀(jì)80年代，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的產(chǎn)生驅(qū)動了現(xiàn)代意義的農(nóng)業(yè)機械智能化和無人化的發(fā)展?，F(xiàn)階段，智能化水稻插秧機無人駕駛技術(shù)的應(yīng)用，通過自動化、智能化手段，實現(xiàn)了水稻插秧作業(yè)的全程機械化，同時也在極大程度上提高了生產(chǎn)效率和作業(yè)精度。一、智能化水稻插秧機無人駕駛系統(tǒng)搭建1、智能化水稻插秧機的硬件平臺搭建智能化水稻插秧機無人駕駛系統(tǒng)的硬件平臺搭建，以井關(guān)PZ60型插秧機為載體，硬件平臺主要包括插秧機本體、自動駕駛儀、傳感器、GPS接收機和電動方向盤等關(guān)鍵組件；插秧機本體選用性能穩(wěn)定、操作靈活的機型，確保作業(yè)效率與穩(wěn)定性；自動駕駛儀搭載“北斗”衛(wèi)星定位系統(tǒng)，實現(xiàn)厘米級精準(zhǔn)定位和導(dǎo)航，誤差不超過5cm；傳感器則用于實時監(jiān)測插秧機的速度、方向、位置等狀態(tài)參數(shù)及田間環(huán)境數(shù)據(jù)，確保作業(yè)過程的精確控制。GPS接收機接收衛(wèi)星信號，提供高精度定位信息，為自動駕駛提供可靠依據(jù)；電動方向盤通過自動駕駛儀的精準(zhǔn)控制，實現(xiàn)插秧機的自動駕駛，操作精度達(dá)到98%以上，有效提升了插秧作業(yè)的精度與效率。搭建后的平臺應(yīng)充分滿足智能化無人駕駛的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，見表1。2、軟件控制系統(tǒng)設(shè)計軟件控制系統(tǒng)設(shè)計是其核心所在，主要由路徑規(guī)劃算法、路徑跟蹤控制算法以及系統(tǒng)監(jiān)控軟件三大模塊構(gòu)成。第一，路徑規(guī)劃算法依據(jù)目標(biāo)地塊的邊界坐標(biāo)與插秧機的作業(yè)需求，進(jìn)行全局覆蓋路徑規(guī)劃，確保插秧機以最優(yōu)路徑進(jìn)行作業(yè)，路徑規(guī)劃精度可達(dá)99%以上；第二，路徑跟蹤控制算法則融合了模糊控制、純追蹤模型和PID控制等多種算法，通過實時調(diào)整插秧機的運動軌跡，實現(xiàn)對預(yù)定路徑的精準(zhǔn)跟蹤，跟蹤誤差控制在2cm以內(nèi)，從而確保了插秧的精度與作業(yè)效率；第三，系統(tǒng)監(jiān)控軟件則負(fù)責(zé)實時監(jiān)測插秧機的運行狀態(tài)和作業(yè)進(jìn)度，包括速度、方向、位置等關(guān)鍵參數(shù)，同時提供故障診斷與報警功能，能夠在第一時間發(fā)現(xiàn)并處理異常情況，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行，故障檢測準(zhǔn)確率高達(dá)95%，能夠有效提升無人駕駛插秧機的作業(yè)質(zhì)量和安全性。二、智能化水稻插秧機無人駕駛關(guān)鍵技術(shù)的田間操作要點1、智能化水稻插秧機的安裝與調(diào)試在安裝階段，首先需對插秧機本體進(jìn)行細(xì)致檢查，確保所有部件完好無損，重點檢查發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、懸掛裝置等。隨后，進(jìn)行自動駕駛系統(tǒng)的安裝，包括將電動方向盤、GPS接收機、轉(zhuǎn)角傳感器等關(guān)鍵組件精確安裝至指定位置。電動方向盤的安裝需確保其轉(zhuǎn)動范圍與插秧機原有方向盤一致，誤差不超過1度，以保證自動駕駛時的精準(zhǔn)控制。GPS接收機則需安裝于插秧機頂部開闊位置，以確保良好的衛(wèi)星信號接收，定位精度需達(dá)到厘米級；轉(zhuǎn)角傳感器則需與電動方向盤緊密連接，實時反饋方向盤轉(zhuǎn)動角度，精度需控制在0.1°以內(nèi)。在安裝的過程中需要特別關(guān)注以下幾點：①確保各部件之間的連接準(zhǔn)確無誤，避免安裝錯位；②對于精密部件，如傳動齒輪、軸承等，需輕拿輕放、避免損壞；③對于需要潤滑的部位，如轉(zhuǎn)動軸、軸承等，需提前加注適量的潤滑油，以確保部件間的順暢運轉(zhuǎn)。在完成安裝之后需要對整機進(jìn)行嚴(yán)格的檢查與調(diào)試，并要確保其滿足以下技術(shù)類的要求：①各運動件在安裝后應(yīng)轉(zhuǎn)動靈活，無碰撞、卡阻等異?，F(xiàn)象，對于需要潤滑的運動件，應(yīng)加注適量的潤滑油，以減少摩擦和磨損；②所有緊固的地方都應(yīng)按規(guī)定擰緊，以確保各部件之間的連接牢固可靠；③各間隙的調(diào)整需準(zhǔn)確無誤，秧針與導(dǎo)軌插口側(cè)面的標(biāo)準(zhǔn)間隙應(yīng)為1.3～1.7mm，秧針和苗箱側(cè)面的標(biāo)準(zhǔn)間隙應(yīng)為1.5～2.5mm；④各傳動部件不允許有漏油現(xiàn)象，工作運轉(zhuǎn)應(yīng)正常。2、水稻插秧機的株距調(diào)整在調(diào)整株距的過程中應(yīng)綜合考慮水稻的品種特性、秧苗的生長狀況以及大田的土壤肥力狀況，以確定最適宜的插秧株距。為實現(xiàn)株距的精確調(diào)控，通常采用配備有株距調(diào)節(jié)手柄的插秧機械。株距調(diào)節(jié)手柄上標(biāo)有70、80、90三個不同的擋位，三個擋位分別對應(yīng)著不同的株距設(shè)置；70擋位對應(yīng)的株距為147mm，80擋位對應(yīng)的株距為131mm，而90擋位則對應(yīng)著117mm的株距；70擋位下，水稻田的基本穴數(shù)約為14000穴/667m2；在80擋位下，基本穴數(shù)增加至約16000穴/667m2；而在90擋位下，基本穴數(shù)則可達(dá)到約18000穴/667m2。3、插秧作業(yè)的深度調(diào)整根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)要求，理想的機插深度應(yīng)達(dá)到“不漂不倒”的狀態(tài)，同時要在保證穩(wěn)定性的前提下，插秧深度越淺越有利于秧苗的生長和發(fā)育。針對早稻品種而言，插秧深度可以設(shè)定為12mm左右，此范圍既能保證秧苗的穩(wěn)定性，又能減少對秧苗根系的損傷，有利于其快速適應(yīng)大田環(huán)境。智能化水稻插秧機通常配備有插秧深度調(diào)節(jié)手柄，該手柄設(shè)計有四個不同的調(diào)節(jié)擋位，通過向上或向下移動手柄，可以方便地調(diào)整插秧的深度。在無人教師的過程中。手柄向上移動時，插秧深度變淺；手柄向下移動時，插秧深度則加深。4、每穴苗株數(shù)的調(diào)整針對不同水稻品種，每穴秧苗數(shù)量的調(diào)控是確保水稻群體結(jié)構(gòu)合理、提高產(chǎn)量潛力的關(guān)鍵措施之一。通常情況下，每穴秧苗數(shù)量控制在1～2株即可。智能化水稻插秧機普遍采用了可調(diào)節(jié)的秧針取秧機構(gòu)通過調(diào)節(jié)縱向取秧量和橫向送秧量來改變每次機插時的取秧量，進(jìn)而達(dá)到調(diào)整每穴秧苗數(shù)量的目的。具體而言，縱向取秧量的調(diào)節(jié)是通過調(diào)整取秧調(diào)節(jié)手柄的位置來實現(xiàn)的，每調(diào)整一檔手柄位置，取苗量將相應(yīng)改變1mm。當(dāng)手柄向左調(diào)節(jié)時，取秧量增多，每穴秧苗數(shù)量隨之增加；反之，當(dāng)手柄向右調(diào)節(jié)時，取秧量減少，每穴秧苗數(shù)量則相應(yīng)減少。在實際操作的過程中，為確保機插后每穴秧苗數(shù)量的合理性，通常需要先固定橫向送秧的擋位位置，然后根據(jù)生產(chǎn)需求，通過調(diào)節(jié)手柄來改變縱向取秧量，此時需要精確控制，以確保每穴秧苗數(shù)量既能滿足水稻生長的需要，又不會造成過多的浪費或不足。5、水稻插秧機作業(yè)路線在水稻機械化插秧無人駕駛的過程中，科學(xué)的作業(yè)路徑規(guī)劃對于提高作業(yè)效率、降低生產(chǎn)成本具有重要意義。目前，主要存在兩種插秧作業(yè)路徑策略：①采用“邊緣預(yù)留，逐步推進(jìn)”的方式。在插秧作業(yè)開始前，首先在田埂周圍預(yù)留出一排（即四行寬）的余地，作為后續(xù)作業(yè)的緩沖區(qū)。隨后，插秧機從田塊的左側(cè)進(jìn)入，開始插植第一排秧苗。緊接著，插秧機緊貼第一排，繼續(xù)插植第二排，以此類推，直至沿田埂四周預(yù)留的一排被完全插植完畢，此時插秧機從預(yù)留的出口處駛出田塊，完成一個完整的作業(yè)循環(huán)。②采用“兩側(cè)預(yù)留，中間推進(jìn)”的方式。在插秧作業(yè)開始時，插秧機直接靠田埂左側(cè)下田，開始插植第一排秧苗，同時在田頭的兩側(cè)各預(yù)留出兩排（即八行寬）的余地，作為后續(xù)作業(yè)的緩沖區(qū)。隨后插秧機一排緊挨一排地進(jìn)行插植，直至插到田的右側(cè)時，再預(yù)留出一排（即四行寬）的余地，此時插秧機返回田頭，插植之前預(yù)留的兩側(cè)八行寬的秧苗。最后，再插植田的右側(cè)預(yù)留的一排秧苗，插秧機從預(yù)留的出口處駛出田塊，完成一個作業(yè)循環(huán)。兩種作業(yè)路線各有優(yōu)勢，第一種策略適用于田塊形狀規(guī)則、面積較小的情況，可以確保插秧機在作業(yè)過程中有足夠的空間進(jìn)行轉(zhuǎn)向和調(diào)整；而第二種策略則更適用于田塊面積較大、形狀不規(guī)則的情況，可以更有效地利用田塊空間，提高插秧作業(yè)的連續(xù)性和效率。在實際應(yīng)用的過程中，應(yīng)根據(jù)田塊的具體情況和插秧機的性能特點，選擇合適的作業(yè)路徑策略，以實現(xiàn)水稻機插作業(yè)的高效、優(yōu)質(zhì)完成。6、作業(yè)過程中的注意事項在水稻機械化插秧作業(yè)的實踐操作中，需竭力維持插秧機的直線行進(jìn)狀態(tài)，以確保插秧作業(yè)的精準(zhǔn)度與效率；在執(zhí)行轉(zhuǎn)彎或掉頭動作時，應(yīng)暫停插秧功能，以避免作業(yè)軌跡的偏差。面對田間復(fù)雜地形，如遇水溝或高地等障礙，應(yīng)避免采取強行穿越的方式，因為此類行為不僅可能導(dǎo)致插秧機機械部件的損壞，還會打亂整體的作業(yè)節(jié)奏與進(jìn)度，合理的做法是搭建臨時木板橋，以確保插秧機能夠安全、平穩(wěn)地通過障礙區(qū)域。在秧苗移植環(huán)節(jié)，若秧苗與田埂邊緣的間距小于1.8m，操作員需在執(zhí)行最后一圈插秧作業(yè)時，精確調(diào)控機械行進(jìn)距離，預(yù)留出至少1.8m的寬度空間。7、智能化水稻插秧機的維護(hù)與保養(yǎng)①每日水稻插秧作業(yè)結(jié)束后，應(yīng)立即對插秧機進(jìn)行徹底的清洗。使用清水沖洗整機，特別注意車輪及其他轉(zhuǎn)動部件，確保無雜物殘留。對于難以沖洗的泥土和雜質(zhì)，應(yīng)使用適當(dāng)?shù)墓ぞ哌M(jìn)行清除。清洗完畢后，需用干凈的布或紙巾將水分徹底擦干，以防部件生銹或損壞。②在完成清潔處理后，需對插秧機的發(fā)動機和傳動系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)檢查。檢查齒輪箱中的油料是否充足，若不足應(yīng)及時補充；對各運動摩擦部位進(jìn)行潤滑處理，根據(jù)部件材質(zhì)和需求加注適量的機油或黃油，以確保部件運轉(zhuǎn)順暢、減少磨損；③對整機上的各緊固螺絲和螺帽進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)松動現(xiàn)象應(yīng)立即進(jìn)行緊固，以防止因部件松動而導(dǎo)致的機械故障或安全事故。三、智能化水稻插秧機無人駕駛關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用前景1、打造互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)機產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)圈智能化水稻插秧機無人駕駛技術(shù)不僅代表著農(nóng)業(yè)機械化的高級階段，更是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息化、智能化的重要體現(xiàn)。在此技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步打造互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)機產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)圈，將極大推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)型升級。具體而言，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)的深度應(yīng)用，可以創(chuàng)立一個遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺，該平臺能夠?qū)崟r收集插秧機作業(yè)過程中的各項數(shù)據(jù)，如作業(yè)速度、插秧密度、土壤濕度等關(guān)鍵參數(shù)，數(shù)據(jù)的積累與分析不僅有助于提升大規(guī)模作業(yè)的效率與精度，還能為農(nóng)機管理部門提供詳盡的作業(yè)報告，便于其進(jìn)行宏觀管理和決策優(yōu)化。對于水稻種植戶而言，這一平臺同樣具有重要意義。通過對插秧機作業(yè)全程數(shù)據(jù)的深入分析，種植戶可以精準(zhǔn)掌握水稻種植的實際情況，包括生長周期、營養(yǎng)需求、病蟲害風(fēng)險等，從而為后續(xù)的田間管理提供科學(xué)依據(jù)，實現(xiàn)水稻種植的精細(xì)化管理。2、政策拉動農(nóng)機智能技術(shù)推廣農(nóng)業(yè)技術(shù)的推廣與應(yīng)用，特別是在水稻種植領(lǐng)域，面臨著農(nóng)業(yè)從業(yè)人員受教育水平偏低、年齡結(jié)構(gòu)差異顯著以及技術(shù)人員新老交替不暢等多重挑戰(zhàn)，多種因素共同制約了農(nóng)業(yè)技術(shù)與信息化技術(shù)的深度融合，使得農(nóng)機智能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用受到了制約。為此，地方政府的政策引導(dǎo)和支持顯得尤為重要。政策拉動作為一種有效的技術(shù)推廣策略，能夠通過一系列具體措施，激發(fā)農(nóng)業(yè)從業(yè)者的技術(shù)采用熱情，加速農(nóng)機智能技術(shù)的普及。一方面，政府可以出臺相關(guān)補貼政策，對采用農(nóng)機智能技術(shù)的水稻種植戶給予經(jīng)濟激勵，降低其技術(shù)應(yīng)用的初期成本，提高其技術(shù)采納的積極性。另一方面，政府還可以定期舉辦農(nóng)機智能知識的培訓(xùn)活動，邀請專家學(xué)者進(jìn)行授課，提升農(nóng)業(yè)從業(yè)人員的專業(yè)技能和知識水平，幫助廣大農(nóng)戶更好地理解和應(yīng)用新技術(shù)。除此之外，政府部門還可以通過建立農(nóng)機智能技術(shù)的示范點和示范區(qū)，展示技術(shù)應(yīng)用的實際效果，增強農(nóng)業(yè)從業(yè)者對技術(shù)可行性和效益的認(rèn)可，從而推動技術(shù)在更大范圍內(nèi)的應(yīng)用，以此來充分發(fā)揮出政府部門在智能化水稻插秧機無人駕駛關(guān)鍵技術(shù)推廣中的主導(dǎo)作用，為農(nóng)機智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用奠定堅實的基礎(chǔ)。3、建立標(biāo)準(zhǔn)先行的平臺集成在農(nóng)機智能技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域，我國已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展，技術(shù)成熟度日益提高。但是當(dāng)前各農(nóng)機平臺獨立運行的現(xiàn)象較為普遍，這不僅限制了農(nóng)機相關(guān)部門實施聯(lián)合監(jiān)管的能力，也阻礙了農(nóng)機智能技術(shù)的進(jìn)一步普及和優(yōu)化。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，建立標(biāo)準(zhǔn)先行的平臺集成顯得尤為重要。標(biāo)準(zhǔn)先行的平臺集成，意味著在平臺構(gòu)建之初，就需制定一套統(tǒng)一的、具有前瞻性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)涵蓋數(shù)據(jù)格式、通信協(xié)議、接口規(guī)范等多個方面，以確保不同農(nóng)機平臺之間能夠?qū)崿F(xiàn)無縫對接和高效協(xié)同，以達(dá)