北方大田作物智能化农机作业技术规程

1北方大田作物智能化农机作业技术规程本文件规定了北方大田作物智能化农机作业的总体原则、作业前准备、智能化农机作业实施、作业数据处理与分析、质量检查与控制、作业成果管理与归档等要求。本文件适用于北方地区（主要包括东北、华北、西北等旱作农业区）小麦、玉米、大豆、马铃薯等大田作物在耕整地、播种、施肥、植保、灌溉、收获等环节的智能化农机作业。其它类似作物或区域可参照执行。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T5262—2008农业机械试验条件测定方法的一般规定GB/T24675.1—2009农业机械悬挂式土壤耕作机械试验方法NY/T650—2020农业机械作业质量评价通则NY/T3213—2018植保无人机作业质量要求NY/T3618—2020农业机械智能导航系统性能要求及试验方法ISO11783—1农林拖拉机与机械串行控制和通信数据网络3术语和定义GB/T5262—2008、NY/T3213—2018、NY/T3618—2020界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1智能化农机搭载有导航定位系统、传感器系统、控制器与执行机构，能够实现自主或半自主作业、状态监测与作业调控的农业机械。3.2作业轨迹规划基于田块边界、障碍物信息、农艺要求等，通过算法生成农机在田间的优化行驶路径与作业参数的过程。3.3作业精度农机实际作业位置（如播种行、施肥点、喷药幅宽）与预设作业位置之间的一致程度，包括横向精度与纵向精度。3.4变量作业根据田间土壤养分、墒情、作物长势等空间变异信息，实时调整播种量、施肥量、施药量等作业参数的作业方式。23.5作业质量图反映田间作业质量空间分布的地理信息图件，如播种均匀度分布图、施肥量分布图、产量分布图等。3.6机群协同作业多台智能化农机在同一作业区域内，通过通信网络实现任务分配、路径协调与作业同步的作业模式。4总体原则北方大田作物智能化农机作业应遵循以下基本原则：科学性：作业技术路线应基于农艺要求、土壤特性、作物生理与智能农机技术原理，确保作业决策合理、作业过程高效。规范性：作业流程、参数设置、数据格式、质量评价等应符合国家、行业及相关技术标准的要求。精准性：应实现作业位置精准、作业参数精准、作业时间精准，减少重复与遗漏作业，提升资源利用效率。安全性：作业过程中应遵守农机安全操作规程，确保人员、农机与作物安全，防范作业风险。可追溯性：作业过程数据应完整记录，实现作业轨迹、作业参数、作业质量的全过程可查询、可分析与可追溯。协同性：鼓励在规模化田块中采用机群协同作业模式，提升整体作业效率与系统可靠性。5作业前准备5.1技术方案设计技术方案是指导智能化农机作业的纲领性文件，应具备科学性、可行性与针对性。其内容应至少包括：项目概况与目标：明确作业项目名称、实施主体、作业田块位置、作物种类、作业环节（如播种、施肥等），并具体阐述作业目标，如提升作业效率XX%、节约肥料XX%、提高出苗均匀度等。田块信息调查与数字化：基于高分辨率卫星影像、无人机航测或实地测量，获取田块边界、面积、坡度、坡向、障碍物（如电线杆、水井、树木）位置等信息，建立田块数字地图。应使用统一的坐标系与高程基准（如CGCS2000坐标系）。农机装备选型与配置：根据作物种类、作业环节、田块条件与作业精度要求，选择适宜的智能化农机类型（如无人驾驶拖拉机、变量播种机、植保无人机等）。方案中需明确农机的主要技术参数，包括导航定位精度、作业幅宽、作业速度范围、变量控制分辨率、传感器类型等。作业轨迹规划方案：路径模式选择：根据作业环节选择直线往复、环形作业、自定义路径等模式。播种作业宜采用直线往复以保证行距一致。转弯策略设计：规划地头转弯区域与转弯方式（如梨形转弯、鱼尾转弯），减少空驶与压苗。避障区域设置：在数字地图中标定障碍物缓冲区，确保农机自动绕行或预警。3作业参数设定：根据农艺要求与变量处方图，预设各作业单元的作业参数，如播种量、施肥量、播深、行驶速度等。对于变量作业，需导入或生成变量作业处方图。作业时间窗口安排：综合考虑天气条件、土壤墒情、作物物候期等因素，确定最佳作业时间窗口。应避开雨天、大风（风速>5级）等不利天气。质量控制与验收标准：预先规定作业过程中的质量监测方法、作业质量的现场评价指标，以及最终作业成果的验收标准和流程，参照本文件第8章及附录B执行。应急预案：制定针对农机故障、导航信号丢失、天气突变、突发障碍等情况的应急处理流程，包括人工接管程序、备机调度方案等。5.2农机装备检查与标定农机装备的技术状态直接影响作业质量与作业安全。装备检查内容：结构完整性：检查关键部件（如开沟器、排种器、喷头、液压系统）是否完好、无磨损变形。导航与控制系统：检查GNSS/RTK天线、惯性测量单元（IMU）、控制器、液压阀或电机执行机构工作是否正常。传感器系统：检查土壤传感器、作物传感器、流量传感器等的校准状态与数据准确性。通信系统：检查车载终端与基站、农机与农机、农机与云端平台的通信链路是否畅通。系统标定要求：导航系统标定：在标准场地进行天线杆臂值、航向偏差的标定，确保定位姿态准确。作业系统标定：对不同作业参数（如排种盘转速、阀门开度）与实际输出（如播种量、流量）的关系进行标定，建立准确的调控模型。传感器标定：按照使用说明对各类传感器进行现场或实验室标定。5.3变量作业处方图制备适用于需要进行变量施肥、变量播种、变量喷药的作业环节。数据源：综合利用土壤养分图、土壤电导率图、历史产量图、遥感作物长势图等多源数据。处方图生成：采用地理信息系统（GIS）与农学模型，基于决策规则（如养分平衡、目标产量）或机器学习算法，生成具有空间分辨率的变量作业处方图。处方图格式应兼容农机车载系统。处方图验证：在田间选取代表性点位，核对处方图推荐值与实际情况的符合度，必要时进行修正。5.4作业环境准备田块准备：清除田间影响作业的大型杂物，对地头进行平整以利转弯。必要时进行起垄或修整畦面。通信网络保障：确保作业区域有稳定的移动通信网络（4G/5G）或自建无线局域网覆盖，以满足远程监控与数据传输需求。RTK基站应架设在视野开阔、无干扰的位置。安全警示：在田块周边及障碍物处设立明显的安全警示标志，必要时安排安全员巡视。6智能化农机作业实施46.1作业条件气象条件：适宜作业的天气为无降水、无浓雾、能见度良好。地面风速应低于农机稳定作业的阈值（如植保无人机低于4级风，拖拉机作业低于5级风）。避免在中午高温时段进行某些敏感作业（如移栽）。土壤条件：土壤墒情适宜，耕层土壤紧实度在适宜范围（根据作物与环节确定确保农机行驶不下陷、作业质量达标（如播种深度稳定）。作物条件：作物处于适宜作业的物候期，植株高度、密度不影响农机通行与传感器探测（如中耕施肥）。6.2农机操作与监控操作人员资质：操作人员（含远程监控员）应经过专业培训，了解智能化农机工作原理、操作规程与应急处理，持有相应资格证书。作业启动与参数加载：按照技术方案，在车载终端或远程平台加载作业任务、田块地图与作业参数（或处方图）。启动前进行最后系统自检。过程监控：操作人员需实时监控以下信息：农机状态：位置、速度、姿态、作业部件状态（如排种是否正常）、油箱/药箱液位。作业质量实时反馈：通过传感器反馈的播深、播种间距、实际流量等。系统状态：GNSS卫星数、定位模式（RTK/FIX）、通信信号强度、控制系统报警信息。环境信息：实时气象数据。异常处置：当出现导航信号丢失、偏离预设轨迹超过阈值、作业部件故障、遇到未标识障碍物等情况时，系统应自动报警并减速或停车，操作人员应及时介入处理，并记录异常情况。6.3作业数据记录数据内容：应完整记录并存储以下数据：轨迹数据：时间戳、经纬度高程、速度、航向。作业参数数据：各执行机构的实时设定值与实际值。传感器数据：土壤、作物、环境等传感器的实时读数。状态与报警数据：农机各部件的状态代码与报警信息。影像数据：车载摄像头记录的作业前方或关键部位视频/图像。记录要求：使用《智能化农机作业记录表》（参见附录A）或电子日志系统，记录每班次/每田块的作业开始结束时间、操作人员、天气、作业面积、主要参数设置、异常事件等信息。6.4现场质量初评每班次或每个田块作业结束后，应立即进行现场初步质量评估，以便及时发现问题。评估内容：作业覆盖完整性：检查是否有漏作业或重复作业区域。作业边界符合性：检查实际作业边界与田块边界的吻合度。5直观质量检查：如播种行的直线度、接行准确性、地头处理情况、有无明显碾压作物等。数据完整性检查：检查记录的作业数据是否连续、完整。问题处理：若发现重大质量问题（如大面积漏播、行距严重不均），应分析原因，并在后续作业中调整或对该区域进行补作业。7作业数据处理与分析7.1数据预处理数据导出与格式标准化：将农机记录的原始数据导出，转换为统一的格式（如ISO11783标准的XML或通用CSV格式）以便后续分析。数据清洗与融合：剔除明显的异常值（如因信号瞬间丢失产生的漂移点将轨迹数据、作业参数数据、传感器数据进行时间同步与空间匹配，形成完整的作业过程数据集。坐标系统一与地块关联：将所有数据统一到项目采用的坐标系，并与对应的田块地理信息关联。7.2作业质量指标计算基于融合后的数据，计算关键作业质量指标：耕作作业：耕深稳定性、平整度。播种作业：粒距均匀性、播深一致性、行距一致性、出苗率（结合后期调查）。施肥作业：施肥量准确性（与处方图对比）、分布均匀性。植保作业：喷雾量均匀性、雾滴覆盖密度、漂移率。收获作业：产量分布、收获损失率、含杂率。7.3作业质量图生成利用地理统计方法（如克里金插值将计算出的质量指标空间化，生成专题作业质量图，直观展示作业质量在田块内的空间分布，识别作业薄弱区域。7.4作业效果分析与优化建议多期数据对比分析：将本次作业数据与历史同期或设计目标进行对比，分析作业质量变化趋势。变量作业效果评估：对比变量作业区与均一作业区在作物长势、产量等方面的差异，评估变量作业的经济与生态效益。生成优化报告：基于数据分析结果，提出针对农机调整、参数优化、路径规划、处方图修订等方面的具体建议，用于指导下一轮或下一季的作业。8质量检查与控制8.1质量检查内容作业完整性：检查作业数据是否覆盖目标田块的100%计划作业面积。重点检查田块边缘、地头、障碍物周边等易遗漏区域。漏作业面积超过总面积的1%视为不完整。作业精度：6绝对精度：在田间布设检查点，使用高精度GNSS测量其实际坐标，与农机作业轨迹记录中该点坐标进行比对，计算平面中误差与高程中误差，应满足附录B要求。相对精度/作业一致性：检查作业行直线度、行距一致性、接行误差等。例如，播种行直线度偏差不应超过设计行距的10%。作业参数符合度：随机选取多个作业单元，将农机实际记录的作业参数（如播种量）与设计值或处方图值进行比对，计算平均偏差与变异系数，应满足农艺要求（参见附录B）。作业效果验证：在作业后适当时期（如播种后出苗期、施肥后追肥期通过实地采样或无人机遥感，验证出苗均匀度、作物长势一致性等最终效果指标。数据质量：检查作业过程数据的完整性、连续性、时间同步精度是否符合要求。8.2质量评定方法质量评定应依据附录B的量化指标体系，采用分级评定制度：优秀：所有检查指标均优于规定阈值。良好：所有检查指标均达到规定阈值。合格：核心指标（作业精度、完整性、关键参数符合度）达到规定