GPS衛(wèi)星平地/激光平地技術的運用

精細化乃至精準化的作業(yè)模式是農場此類大農業(yè)的發(fā)展方向，高效、精準的大型機械化作業(yè)將逐步取代人工和小型機械作業(yè)。但在實際生產過程中土地平整度差嚴重制約了大型機械化作業(yè)，如兩麥白菜的播種、水稻機插秧、水稻直播等需要較高的土地平整度；同時平整度差的地塊不能迅速的實現進水、排水，容易形成局部旱澇從而影響作物高產。

1 傳統(tǒng)平整作業(yè)特點

1.1傳統(tǒng)旱田整地作業(yè)

傳統(tǒng)的旱地整地通過耕地-耙地來完成，耕地、耙地作業(yè)能夠在土地整體落差不大、局部落差小的情況下起到一定平整作用；但不能解決整體平整度差的問題，耕耙作業(yè)只能為播種作業(yè)提供較好的墑情和通透的土壤環(huán)境。

1.2傳統(tǒng)水田整地作業(yè)

傳統(tǒng)的水田平整作業(yè)程序為：耕地—刮板—水田驅動耙 ，水田平整作業(yè)對作業(yè)人員的依賴性較大，作業(yè)質量受田塊本身平整度和操作人員的技術水平影響。操作人員以水層作為參照面對田塊進行平整，往往水層上方的高丘能夠刮平但洼塘在作業(yè)時很難分辨，導致作業(yè)后局部低洼。另外部分田塊本身存在較大落差，水田機械不能有效的起到運土作用，作業(yè)完成后仍然會出現單邊過低或局部低洼或高丘等現象。由于水田作業(yè)時正常都是單丘塊作業(yè)，而丘塊的長度正常為50-100米，即使丘塊內平整效果較好，但整田落差通過水田作業(yè)不能明顯改善。

圖1傳統(tǒng)水田作業(yè)效果圖

2 GPS衛(wèi)星平地、激光平地作業(yè)

2.1GPS衛(wèi)星、激光平地作業(yè)配套設備

GPS衛(wèi)星平地作業(yè)采用我場最新引進的鏟運機結合北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，具有誤差小，操作便捷，效率高等特點。

2.1.1主要組成

GPS衛(wèi)星平地機主要由主機、鏟運機、衛(wèi)星平地設備組成。鏟運機采用KFNJ-30型鏟拖式鏟運機，工作寬度3.2m，具體參數見表1。 該鏟運機與1JP-3.5相比作業(yè)寬度相近，但高度大幅增加，整機質量更重，具有更好的鏟土和運土能力，配套280馬力輪式拖拉機能夠起到較好的運土和平整作用，一次可降低最大高程10cm。

激光平地機主要由主機、平地鏟、激光平地設備組成。采用1JP-3.5平地機配套180馬力輪式拖拉機，作業(yè)寬度3米。該平地機尺寸稍小，自重較輕，操作更加靈活，且平地精度較高，一次可降低最大高程2cm。

表1 兩種型號平地鏟參數對比

2.1.2工作原理

GPS衛(wèi)星平地系統(tǒng)利用GPS衛(wèi)星和固定基站對安裝在鏟運機上方的GNSS接收器進行差分定位確定當前GNSS接收器所處位置及高程，并將數據反饋給控制器，控制器對所采集的數據進行處理并發(fā)出控制信號給安裝在鏟運機上方的電磁換向閥，由電磁換向閥控制液壓油路的供油方向使得安裝在行駛輪上方的液壓油缸隨之工作實現鏟運機高度變化，最終保持在工作平面。

激光平地系統(tǒng)利用水平激光束定位，接收器上分為上、中、下三段，當接收器上端接收到激光信號時則控制器判定當前位置過低，控制器會發(fā)出上升的電信號給安裝在鏟運機上方的電磁換向閥，由電磁換向閥控制液壓油路的供油方向使得安裝在行駛輪上的液壓油缸隨之工作實現鏟運機上升達到工作平面。

反之，當接收器下端接收到激光信號時則控制器判定當前位置過高，控制器會發(fā)出下降的電信號給安裝在鏟運機上的電磁換向閥，由電磁換向閥控制液壓油路的供油方向使得安裝在行駛輪上的液壓油缸隨之工作實現鏟運機下降，不論上升和下降最終使接收器中端接收到信號則達到工作位置。

無論是GPS衛(wèi)星平地系統(tǒng)還是激光平地系統(tǒng)在工作時隨著地面的高低落差變化實際工作位置也不斷變化，單通過設備的控制會在較短的時間內靠近基準平面，而反應時間越短則平地靈敏度越高。在實際運用中測得GPS衛(wèi)星平地機反應時間約1.0秒，精度約±5cm，激光平地機反應時間約0.2秒，精度約±1cm。

2.1.3工作方式

我場采用先粗平后細平的平整模式，使用一臺KFNJ—3.0鏟運機粗平和兩臺1JP-3.5平地機細平相配套。

圖2 粗平機具2804拖拉機及KFNJ-3.0平地鏟

粗平整采用KFNJ—3.0平地機配套凱特迪爾2804拖拉機及天寶GPS衛(wèi)星平地系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過整塊地塊的信息采集能夠生成地塊高低地勢圖，直觀地顯示整個地塊的高低落差，機駕人員通過顯示器找到高點和低點，采用由高向低的行走路線，將高處的土帶到低點處，該系統(tǒng)自動保持在同一水平線上，能夠自動實現鏟土和放土，根據該平地鏟鏟體積較大，平地鏟精度稍低，故使用該平地鏟進行粗平。

圖3 激光平地作業(yè)現場圖片

精細平整采用兩臺G2F-3.0配套1臺紐荷蘭1804拖拉機和1臺約翰迪爾1854拖拉機，配套使用兩套激光設備。通過將激光平地設備進行改進使其與旱地平地機相結合，將激光設備與拖拉機液壓系統(tǒng)的連接，實現對平地機平地鏟高度自動調節(jié)。自動化程度高，作業(yè)效率高，結構優(yōu)化，精準度高。 

兩臺平地設備同時使用時，通過同一個發(fā)射裝置發(fā)射激光平面，在工作前必須調整兩臺平地鏟工作高度一致，每次調整作業(yè)平面時，兩臺設備同時調整相同的高度，正常每次下調2cm。

3 水稻生長優(yōu)勢分析

2017年通過對GPS衛(wèi)星平地、激光平地作業(yè)后的條田與正常作業(yè)條田進行水稻同品種、同時間播種跟蹤比較分析，平整后的地塊更加便于后期管理，優(yōu)勢較為突出，總結如下：

1、平整后減少了局部旱澇，水稻出苗率大大提高；

2、平整后的地塊進排水更加迅速，后期水層管理更加方便；

3、2017年同品種、同栽插時間的大田對比，采用GPS衛(wèi)星/激光旱平整技術技術的條田產量比傳統(tǒng)模式增產約450kg/hm²。不同地塊水稻生長情況見表2.

表2 不同地塊水稻生長情況

4 總結

4.1GPS衛(wèi)星/激光旱平整技術推廣價值

近年來GPS衛(wèi)星/激光旱平整技術在我場不斷推廣，優(yōu)勢明顯。該技術改善了傳統(tǒng)水田平整作業(yè)方式，解決了土地平整度難以提高的難題。該技術充分利用新興農機技術，具有高效、低耗、便捷易操作等多方面優(yōu)勢，對提高土地基礎條件具有重要意義。

4.2優(yōu)勢對比

4.2.1經濟效益對比

2016-2017年大量推廣GPS衛(wèi)星/激光旱平整技術。通過該技術提高土地平整度，田埂平均間距從約40米調整為80-120米，減少筑田埂作業(yè)費用2元/畝；便于水層管理，有效提高了水稻成活率，減少缺穴，增產30公斤每畝。

4.2.2 土地平整度的提高

長期的水田作業(yè)模式不能明顯提高土地平整度，GPS衛(wèi)星/激光旱平整利用先進的科學技術能夠有效提高土地平整度。GPS衛(wèi)星/激光旱平整技術作業(yè)可以實現一次作業(yè)多年受益，利于今后水稻和兩麥的種植。

4.2.3 應對特殊天氣

GPS衛(wèi)星/激光旱平整的條田在收獲期遇連續(xù)陰雨天氣時，能夠及時排除田間積水，保證田間墑情，利于水稻機械收割和后期耕地、播種等作業(yè)。與常規(guī)種植模式相比較，更加利于下一茬的種植，為來年兩麥豐收提供保障。

4.2.4 操作過程中需注意的問題

1、在GPS衛(wèi)星/激光旱平整作業(yè)前要根據土壤土質和硬度選擇是否進行翻耕和破垡，土壤較酥松可不進行耕翻、破垡作業(yè)；

2、GPS衛(wèi)星/激光旱平整作業(yè)粗平整時，根據田塊地勢圖顯示的實際情況選擇如何分段平整活整體平整，以達到較好的效果和效率；

3、平整到底層土壤時需要進行翻耕，以提高效率；

4、落差過大或粗平不到位會使得激光平地時信號超出接收范圍。

（作者：周冬冬 林祥軍 潘星星）