卢邦1，2， 董万静1，2， 丁幼春1，2*， 孙阳1，2， 李浩鹏1，2， 张朝宇1，2
（1.华中农业大学 工学院，湖北武汉 430070，中国；2.农业农村部长江中下游农业装备重点实验室，湖北武汉 430070，中国）
摘要：
［目的/意义］针对人工采集南方中小田边界信息操作繁琐、无人拖拉机转场作业效率低且在转弯调头处留下较大漏作业区域的问题，本研究搭建了一种基于云-端高精度地图的油菜无人播种作业系统。
［方法］系统采用“无人机构建高精度地图+远程网页端规划作业路径”方法，使用无人机采集影像数据构建高精度地图，基于高精度地图框选田块实现梭行外螺旋路径自动生成，完成直播机组远程路径规划及调度作业。系统采用梭行外螺旋全覆盖路径规划方法，利用两退三切鱼尾调头方法完成梭行路径换线。为完成外螺旋路径换线，在田块边角设计了一退两切转弯换线方法，减小了油菜无人播种作业系统在转弯或调头过程产生的漏作业区域面积，进一步提升了播种作业覆盖率，并开展梭行外螺旋全覆盖路径与梭行、套行路径作业面积和作业覆盖率对比仿真试验，以Case TM1404型拖拉机搭载智能播种施肥一体机为试验平台，开展了田间试验。
［结果和讨论］试验结果表明，梭行外螺旋全覆盖路径较梭行与套行作业路径，漏作业率减小18.58%~26.01%。使用无人机构建的高精度地图平面误差最大为3.23 cm，导航作业过程中最大横向偏差为7.94 cm，最大平均绝对偏差为1.85 cm，作业覆盖率为93.16%。
［结论］本研究所构建的油菜无人播种作业系统有效可行。未来将探索不规则田块情况下的油菜无人播种作业模式，进一步提高系统适用性。
关键词： 油菜；无人播种作业；全覆盖路径；转弯模型；高精度地图；漏作业率
文章图片
图1 油菜无人播种作业系统整体结构
Fig. 1 The overall structure of the rapeseed unmanned seeding operation system
图2 油菜无人播种管控云平台功能设计
Fig. 2 Functional design of management and control of cloud platform for the rapeseed unmanned seeding
图3 油菜无人播种作业系统的人机交互页面与农机通信示意图
Fig.3 The human-machine interaction page and agricultural machinery communication diagram of the rapeseed unmanned seeding operation system
注：1. 角度传感器；2. 车载控制器；3. 电控方向盘；4. 北斗RTK天线；5. 北斗移动站；6. 导航控制终端；7. 智能播种施肥一体机。
图4 油菜直播机组导航控制平台结构
Fig. 4 Structure of navigation control platform for seeding of rapeseed
图5 油菜无人播种作业导航控制系统结构
Fig. 5 Structure of the navigation control system for rapeseed unmanned seeding operation
图6 高精度地图构建方法
Fig. 6 Construction method of high precision map
图7 高精度地图与路径规划示意图
Fig. 7 High precision map and path planning
图8 高精度地图地面控制点布设方案
Fig. 8 Layout scheme of high-precision map ground control points
图9 梭行外螺旋路径
Fig. 9 Shuttle outer spiral path
图10 梭行外螺旋路径调头及转弯路径规划
Fig.10 Shuttle outer spiral path turning and turning path planning
图11 一退两切转弯模型参数计算示意图
Fig.11 Schematic diagram of the parameters calculation of the one-back and two-cut turning model
图12 田块边角漏作业区域示意图
Fig. 12 Schematic diagram of the leakage operation area at the edges and corners of the field
图13 无人播种作业系统转向控制系统结构图
Fig.13 Structural diagram of the steering control system for unmanned seeding operation system
图14 拖拉机一退两切转弯示意图
Fig. 14 Schematic diagram of tractor's one-back and
图15 油菜无人播种作业试验
Fig. 15 Operating experiment on rapeseed unmanned sowing
图16 处于油菜花期的作业田块
Fig. 16 Operational fields in the flowering stage of rapeseed
通信作者简介
丁幼春 教授
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