智能化水稻插秧机无人驾驶技术作为现代农业机械化的重要组成部分，在提高农业生产效率、降低劳动成本、优化土地利用等方面展现出了巨大的潜力。基于此，本文重点探讨智能化水稻插秧机无人驾驶的关键技术要点，其中主要包含无人驾驶系统的搭建、路径规划、田间作业操作以及智能化管理等关键环节，旨在为农业机械化生产提供技术参考。
水稻作为马鞍山市主要粮食作物之一，其生产效率的提升对于保障粮食安全具有重要意义，但是随着城乡发展不平衡、农村劳动力流失，以及耕地资源的减少，传统水稻种植方式面临严峻挑战。为了保障国家粮食安全，提高农业生产效率、实现水稻生产机械化、自动化成为必然趋势。农业机械的无人化和智能化是农业机械发展的重要方向，也是实现精准农业的重要手段。早在20世纪20年代，北美的一些研究人员就开始了对农业机械的自动化技术的研究。但是受限于计算机和控制技术，当时并未实现真正意义的农业机械无人化和智能化。到了20世纪80年代，精准农业技术的产生驱动了现代意义的农业机械智能化和无人化的发展。现阶段，智能化水稻插秧机无人驾驶技术的应用，通过自动化、智能化手段，实现了水稻插秧作业的全程机械化，同时也在极大程度上提高了生产效率和作业精度。
一、智能化水稻插秧机无人驾驶系统搭建
1、智能化水稻插秧机的硬件平台搭建
智能化水稻插秧机无人驾驶系统的硬件平台搭建，以井关PZ60型插秧机为载体，硬件平台主要包括插秧机本体、自动驾驶仪、传感器、GPS接收机和电动方向盘等关键组件；插秧机本体选用性能稳定、操作灵活的机型，确保作业效率与稳定性；自动驾驶仪搭载“北斗”卫星定位系统，实现厘米级精准定位和导航，误差不超过5cm；传感器则用于实时监测插秧机的速度、方向、位置等状态参数及田间环境数据，确保作业过程的精确控制。GPS接收机接收卫星信号，提供高精度定位信息，为自动驾驶提供可靠依据；电动方向盘通过自动驾驶仪的精准控制，实现插秧机的自动驾驶，操作精度达到98%以上，有效提升了插秧作业的精度与效率。搭建后的平台应充分满足智能化无人驾驶的技术标准，见表1。
2、软件控制系统设计
软件控制系统设计是其核心所在，主要由路径规划算法、路径跟踪控制算法以及系统监控软件三大模块构成。第一，路径规划算法依据目标地块的边界坐标与插秧机的作业需求，进行全局覆盖路径规划，确保插秧机以最优路径进行作业，路径规划精度可达99%以上；第二，路径跟踪控制算法则融合了模糊控制、纯追踪模型和PID控制等多种算法，通过实时调整插秧机的运动轨迹，实现对预定路径的精准跟踪，跟踪误差控制在2cm以内，从而确保了插秧的精度与作业效率；第三，系统监控软件则负责实时监测插秧机的运行状态和作业进度，包括速度、方向、位置等关键参数，同时提供故障诊断与报警功能，能够在第一时间发现并处理异常情况，确保系统的稳定可靠运行，故障检测准确率高达95%，能够有效提升无人驾驶插秧机的作业质量和安全性。
二、智能化水稻插秧机无人驾驶关键技术的田间操作要点
1、智能化水稻插秧机的安装与调试
在安装阶段，首先需对插秧机本体进行细致检查，确保所有部件完好无损，重点检查发动机、传动系统、悬挂装置等。随后，进行自动驾驶系统的安装，包括将电动方向盘、GPS接收机、转角传感器等关键组件精确安装至指定位置。电动方向盘的安装需确保其转动范围与插秧机原有方向盘一致，误差不超过1度，以保证自动驾驶时的精准控制。GPS接收机则需安装于插秧机顶部开阔位置，以确保良好的卫星信号接收，定位精度需达到厘米级；转角传感器则需与电动方向盘紧密连接，实时反馈方向盘转动角度，精度需控制在0.1°以内。在安装的过程中需要特别关注以下几点：①确保各部件之间的连接准确无误，避免安装错位；②对于精密部件，如传动齿轮、轴承等，需轻拿轻放、避免损坏；③对于需要润滑的部位，如转动轴、轴承等，需提前加注适量的润滑油，以确保部件间的顺畅运转。
在完成安装之后需要对整机进行严格的检查与调试，并要确保其满足以下技术类的要求：①各运动件在安装后应转动灵活，无碰撞、卡阻等异常现象，对于需要润滑的运动件，应加注适量的润滑油，以减少摩擦和磨损；②所有紧固的地方都应按规定拧紧，以确保各部件之间的连接牢固可靠；③各间隙的调整需准确无误，秧针与导轨插口侧面的标准间隙应为1.3～1.7mm，秧针和苗箱侧面的标准间隙应为1.5～2.5mm；④各传动部件不允许有漏油现象，工作运转应正常。
2、水稻插秧机的株距调整
在调整株距的过程中应综合考虑水稻的品种特性、秧苗的生长状况以及大田的土壤肥力状况，以确定最适宜的插秧株距。为实现株距的精确调控，通常采用配备有株距调节手柄的插秧机械。株距调节手柄上标有70、80、90三个不同的挡位，三个挡位分别对应着不同的株距设置；70挡位对应的株距为147mm，80挡位对应的株距为131mm，而90挡位则对应着117mm的株距；70挡位下，水稻田的基本穴数约为14000穴/667m2；在80挡位下，基本穴数增加至约16000穴/667m2；而在90挡位下，基本穴数则可达到约18000穴/667m2。
3、插秧作业的深度调整
根据农业生产的技术要求，理想的机插深度应达到“不漂不倒”的状态，同时要在保证稳定性的前提下，插秧深度越浅越有利于秧苗的生长和发育。针对早稻品种而言，插秧深度可以设定为12mm左右，此范围既能保证秧苗的稳定性，又能减少对秧苗根系的损伤，有利于其快速适应大田环境。智能化水稻插秧机通常配备有插秧深度调节手柄，该手柄设计有四个不同的调节挡位，通过向上或向下移动手柄，可以方便地调整插秧的深度。在无人教师的过程中。手柄向上移动时，插秧深度变浅；手柄向下移动时，插秧深度则加深。
4、每穴苗株数的调整
针对不同水稻品种，每穴秧苗数量的调控是确保水稻群体结构合理、提高产量潜力的关键措施之一。通常情况下，每穴秧苗数量控制在1～2株即可。智能化水稻插秧机普遍采用了可调节的秧针取秧机构通过调节纵向取秧量和横向送秧量来改变每次机插时的取秧量，进而达到调整每穴秧苗数量的目的。具体而言，纵向取秧量的调节是通过调整取秧调节手柄的位置来实现的，每调整一档手柄位置，取苗量将相应改变1mm。当手柄向左调节时，取秧量增多，每穴秧苗数量随之增加；反之，当手柄向右调节时，取秧量减少，每穴秧苗数量则相应减少。在实际操作的过程中，为确保机插后每穴秧苗数量的合理性，通常需要先固定横向送秧的挡位位置，然后根据生产需求，通过调节手柄来改变纵向取秧量，此时需要精确控制，以确保每穴秧苗数量既能满足水稻生长的需要，又不会造成过多的浪费或不足。
5、水稻插秧机作业路线
在水稻机械化插秧无人驾驶的过程中，科学的作业路径规划对于提高作业效率、降低生产成本具有重要意义。目前，主要存在两种插秧作业路径策略：
①采用“边缘预留，逐步推进”的方式。在插秧作业开始前，首先在田埂周围预留出一排（即四行宽）的余地，作为后续作业的缓冲区。随后，插秧机从田块的左侧进入，开始插植第一排秧苗。紧接着，插秧机紧贴第一排，继续插植第二排，以此类推，直至沿田埂四周预留的一排被完全插植完毕，此时插秧机从预留的出口处驶出田块，完成一个完整的作业循环。
②采用“两侧预留，中间推进”的方式。在插秧作业开始时，插秧机直接靠田埂左侧下田，开始插植第一排秧苗，同时在田头的两侧各预留出两排（即八行宽）的余地，作为后续作业的缓冲区。随后插秧机一排紧挨一排地进行插植，直至插到田的右侧时，再预留出一排（即四行宽）的余地，此时插秧机返回田头，插植之前预留的两侧八行宽的秧苗。最后，再插植田的右侧预留的一排秧苗，插秧机从预留的出口处驶出田块，完成一个作业循环。
两种作业路线各有优势，第一种策略适用于田块形状规则、面积较小的情况，可以确保插秧机在作业过程中有足够的空间进行转向和调整；而第二种策略则更适用于田块面积较大、形状不规则的情况，可以更有效地利用田块空间，提高插秧作业的连续性和效率。在实际应用的过程中，应根据田块的具体情况和插秧机的性能特点，选择合适的作业路径策略，以实现水稻机插作业的高效、优质完成。
6、作业过程中的注意事项
在水稻机械化插秧作业的实践操作中，需竭力维持插秧机的直线行进状态，以确保插秧作业的精准度与效率；在执行转弯或掉头动作时，应暂停插秧功能，以避免作业轨迹的偏差。面对田间复杂地形，如遇水沟或高地等障碍，应避免采取强行穿越的方式，因为此类行为不仅可能导致插秧机机械部件的损坏，还会打乱整体的作业节奏与进度，合理的做法是搭建临时木板桥，以确保插秧机能够安全、平稳地通过障碍区域。在秧苗移植环节，若秧苗与田埂边缘的间距小于1.8m，操作员需在执行最后一圈插秧作业时，精确调控机械行进距离，预留出至少1.8m的宽度空间。
7、智能化水稻插秧机的维护与保养
①每日水稻插秧作业结束后，应立即对插秧机进行彻底的清洗。使用清水冲洗整机，特别注意车轮及其他转动部件，确保无杂物残留。对于难以冲洗的泥土和杂质，应使用适当的工具进行清除。清洗完毕后，需用干净的布或纸巾将水分彻底擦干，以防部件生锈或损坏。②在完成清洁处理后，需对插秧机的发动机和传动系统进行详细检查。检查齿轮箱中的油料是否充足，若不足应及时补充；对各运动摩擦部位进行润滑处理，根据部件材质和需求加注适量的机油或黄油，以确保部件运转顺畅、减少磨损；③对整机上的各紧固螺丝和螺帽进行全面检查，发现松动现象应立即进行紧固，以防止因部件松动而导致的机械故障或安全事故。
三、智能化水稻插秧机无人驾驶关键技术的应用前景
1、打造互联网+农机产业链生态圈
智能化水稻插秧机无人驾驶技术不仅代表着农业机械化的高级阶段，更是现代农业信息化、智能化的重要体现。在此技术基础上，进一步打造互联网+农机产业链生态圈，将极大推动农业生产的转型升级。具体而言，通过大数据技术的深度应用，可以创立一个远程监控平台，该平台能够实时收集插秧机作业过程中的各项数据，如作业速度、插秧密度、土壤湿度等关键参数，数据的积累与分析不仅有助于提升大规模作业的效率与精度，还能为农机管理部门提供详尽的作业报告，便于其进行宏观管理和决策优化。对于水稻种植户而言，这一平台同样具有重要意义。通过对插秧机作业全程数据的深入分析，种植户可以精准掌握水稻种植的实际情况，包括生长周期、营养需求、病虫害风险等，从而为后续的田间管理提供科学依据，实现水稻种植的精细化管理。
2、政策拉动农机智能技术推广
农业技术的推广与应用，特别是在水稻种植领域，面临着农业从业人员受教育水平偏低、年龄结构差异显着以及技术人员新老交替不畅等多重挑战，多种因素共同制约了农业技术与信息化技术的深度融合，使得农机智能技术的发展和应用受到了制约。为此，地方政府的政策引导和支持显得尤为重要。政策拉动作为一种有效的技术推广策略，能够通过一系列具体措施，激发农业从业者的技术采用热情，加速农机智能技术的普及。一方面，政府可以出台相关补贴政策，对采用农机智能技术的水稻种植户给予经济激励，降低其技术应用的初期成本，提高其技术采纳的积极性。另一方面，政府还可以定期举办农机智能知识的培训活动，邀请专家学者进行授课，提升农业从业人员的专业技能和知识水平，帮助广大农户更好地理解和应用新技术。除此之外，政府部门还可以通过建立农机智能技术的示范点和示范区，展示技术应用的实际效果，增强农业从业者对技术可行性和效益的认可，从而推动技术在更大范围内的应用，以此来充分发挥出政府部门在智能化水稻插秧机无人驾驶关键技术推广中的主导作用，为农机智能技术的广泛应用奠定坚实的基础。
3、建立标准先行的平台集成
在农机智能技术开发领域，我国已经取得了显着的进展，技术成熟度日益提高。但是当前各农机平台独立运行的现象较为普遍，这不仅限制了农机相关部门实施联合监管的能力，也阻碍了农机智能技术的进一步普及和优化。为了应对这一挑战，建立标准先行的平台集成显得尤为重要。标准先行的平台集成，意味着在平台构建之初，就需制定一套统一的、具有前瞻性的技术标准。这些标准应涵盖数据格式、通信协议、接口规范等多个方面，以确保不同农机平台之间能够实现无缝对接和高效协同，以达到打破技术壁垒、促进农机智能技术的通用化效果，使其在不同平台和场景下都能发挥最大效用。在平台集成的过程中，还需要注重技术的兼容性和可扩展性。这意味着平台设计应能够容纳多种农机智能技术，并随着技术的不断发展而持续升级。与此同时，平台还应具备强大的数据处理和分析能力，以支持对农机作业数据的深入挖掘和有效利用。
智能化水稻插秧机无人驾驶技术作为现代农业的重要组成部分，具有显着的优势和广阔的应用前景。通过掌握田间操作技术要点，可以充分发挥无人驾驶技术的优势，提高水稻生产的效率和精度、降低人工成本，进而全面推动农业现代化进程。
（作者单位：243172 安徽省马鞍山市当涂县塘南镇农业服务中心）
