GPS卫星平地/激光平地技术的运用

精细化乃至精准化的作业模式是农场此类大农业的发展方向，高效、精准的大型机械化作业将逐步取代人工和小型机械作业。但在实际生产过程中土地平整度差严重制约了大型机械化作业，如两麦白菜的播种、水稻机插秧、水稻直播等需要较高的土地平整度；同时平整度差的地块不能迅速的实现进水、排水，容易形成局部旱涝从而影响作物高产。

1 传统平整作业特点

1.1传统旱田整地作业

传统的旱地整地通过耕地-耙地来完成，耕地、耙地作业能够在土地整体落差不大、局部落差小的情况下起到一定平整作用；但不能解决整体平整度差的问题，耕耙作业只能为播种作业提供较好的墒情和通透的土壤环境。

1.2传统水田整地作业

传统的水田平整作业程序为：耕地—刮板—水田驱动耙 ，水田平整作业对作业人员的依赖性较大，作业质量受田块本身平整度和操作人员的技术水平影响。操作人员以水层作为参照面对田块进行平整，往往水层上方的高丘能够刮平但洼塘在作业时很难分辨，导致作业后局部低洼。另外部分田块本身存在较大落差，水田机械不能有效的起到运土作用，作业完成后仍然会出现单边过低或局部低洼或高丘等现象。由于水田作业时正常都是单丘块作业，而丘块的长度正常为50-100米，即使丘块内平整效果较好，但整田落差通过水田作业不能明显改善。

图1传统水田作业效果图

2 GPS卫星平地、激光平地作业

2.1GPS卫星、激光平地作业配套设备

GPS卫星平地作业采用我场最新引进的铲运机结合北斗卫星定位系统，具有误差小，操作便捷，效率高等特点。

2.1.1主要组成

GPS卫星平地机主要由主机、铲运机、卫星平地设备组成。铲运机采用KFNJ-30型铲拖式铲运机，工作宽度3.2m，具体参数见表1。 该铲运机与1JP-3.5相比作业宽度相近，但高度大幅增加，整机质量更重，具有更好的铲土和运土能力，配套280马力轮式拖拉机能够起到较好的运土和平整作用，一次可降低最大高程10cm。

激光平地机主要由主机、平地铲、激光平地设备组成。采用1JP-3.5平地机配套180马力轮式拖拉机，作业宽度3米。该平地机尺寸稍小，自重较轻，操作更加灵活，且平地精度较高，一次可降低最大高程2cm。

表1 两种型号平地铲参数对比

2.1.2工作原理

GPS卫星平地系统利用GPS卫星和固定基站对安装在铲运机上方的GNSS接收器进行差分定位确定当前GNSS接收器所处位置及高程，并将数据反馈给控制器，控制器对所采集的数据进行处理并发出控制信号给安装在铲运机上方的电磁换向阀，由电磁换向阀控制液压油路的供油方向使得安装在行驶轮上方的液压油缸随之工作实现铲运机高度变化，最终保持在工作平面。

激光平地系统利用水平激光束定位，接收器上分为上、中、下三段，当接收器上端接收到激光信号时则控制器判定当前位置过低，控制器会发出上升的电信号给安装在铲运机上方的电磁换向阀，由电磁换向阀控制液压油路的供油方向使得安装在行驶轮上的液压油缸随之工作实现铲运机上升达到工作平面。

反之，当接收器下端接收到激光信号时则控制器判定当前位置过高，控制器会发出下降的电信号给安装在铲运机上的电磁换向阀，由电磁换向阀控制液压油路的供油方向使得安装在行驶轮上的液压油缸随之工作实现铲运机下降，不论上升和下降最终使接收器中端接收到信号则达到工作位置。

无论是GPS卫星平地系统还是激光平地系统在工作时随着地面的高低落差变化实际工作位置也不断变化，单通过设备的控制会在较短的时间内靠近基准平面，而反应时间越短则平地灵敏度越高。在实际运用中测得GPS卫星平地机反应时间约1.0秒，精度约±5cm，激光平地机反应时间约0.2秒，精度约±1cm。

2.1.3工作方式

我场采用先粗平后细平的平整模式，使用一台KFNJ—3.0铲运机粗平和两台1JP-3.5平地机细平相配套。

图2 粗平机具2804拖拉机及KFNJ-3.0平地铲

粗平整采用KFNJ—3.0平地机配套凯特迪尔2804拖拉机及天宝GPS卫星平地系统，该系统通过整块地块的信息采集能够生成地块高低地势图，直观地显示整个地块的高低落差，机驾人员通过显示器找到高点和低点，采用由高向低的行走路线，将高处的土带到低点处，该系统自动保持在同一水平线上，能够自动实现铲土和放土，根据该平地铲铲体积较大，平地铲精度稍低，故使用该平地铲进行粗平。

图3 激光平地作业现场图片

精细平整采用两台G2F-3.0配套1台纽荷兰1804拖拉机和1台约翰迪尔1854拖拉机，配套使用两套激光设备。通过将激光平地设备进行改进使其与旱地平地机相结合，将激光设备与拖拉机液压系统的连接，实现对平地机平地铲高度自动调节。自动化程度高，作业效率高，结构优化，精准度高。 

两台平地设备同时使用时，通过同一个发射装置发射激光平面，在工作前必须调整两台平地铲工作高度一致，每次调整作业平面时，两台设备同时调整相同的高度，正常每次下调2cm。

3 水稻生长优势分析

2017年通过对GPS卫星平地、激光平地作业后的条田与正常作业条田进行水稻同品种、同时间播种跟踪比较分析，平整后的地块更加便于后期管理，优势较为突出，总结如下：

1、平整后减少了局部旱涝，水稻出苗率大大提高；

2、平整后的地块进排水更加迅速，后期水层管理更加方便；

3、2017年同品种、同栽插时间的大田对比，采用GPS卫星/激光旱平整技术技术的条田产量比传统模式增产约450kg/hm²。不同地块水稻生长情况见表2.

表2 不同地块水稻生长情况

4 总结

4.1GPS卫星/激光旱平整技术推广价值

近年来GPS卫星/激光旱平整技术在我场不断推广，优势明显。该技术改善了传统水田平整作业方式，解决了土地平整度难以提高的难题。该技术充分利用新兴农机技术，具有高效、低耗、便捷易操作等多方面优势，对提高土地基础条件具有重要意义。

4.2优势对比

4.2.1经济效益对比

2016-2017年大量推广GPS卫星/激光旱平整技术。通过该技术提高土地平整度，田埂平均间距从约40米调整为80-120米，减少筑田埂作业费用2元/亩；便于水层管理，有效提高了水稻成活率，减少缺穴，增产30公斤每亩。

4.2.2 土地平整度的提高

长期的水田作业模式不能明显提高土地平整度，GPS卫星/激光旱平整利用先进的科学技术能够有效提高土地平整度。GPS卫星/激光旱平整技术作业可以实现一次作业多年受益，利于今后水稻和两麦的种植。

4.2.3 应对特殊天气

GPS卫星/激光旱平整的条田在收获期遇连续阴雨天气时，能够及时排除田间积水，保证田间墒情，利于水稻机械收割和后期耕地、播种等作业。与常规种植模式相比较，更加利于下一茬的种植，为来年两麦丰收提供保障。

4.2.4 操作过程中需注意的问题

1、在GPS卫星/激光旱平整作业前要根据土壤土质和硬度选择是否进行翻耕和破垡，土壤较酥松可不进行耕翻、破垡作业；

2、GPS卫星/激光旱平整作业粗平整时，根据田块地势图显示的实际情况选择如何分段平整活整体平整，以达到较好的效果和效率；

3、平整到底层土壤时需要进行翻耕，以提高效率；

4、落差过大或粗平不到位会使得激光平地时信号超出接收范围。

（作者：周冬冬 林祥军 潘星星）