湖北省农业事业发展中心

一、模式概述

湖北省位于长江中游地区，处于亚热带季风气候区，气候条件非常适宜油菜等作物的生长。油菜种植面积维持在1700万亩左右，产量达到270万吨。湖北省的油菜生产模式以稻油轮作模式为主，轮作模式能够实现土壤保护和改良、减少病虫害发生、增加农民收益等目标，对于推动农业可持续发展和促进农民增收致富具有重要意义。

湖北省稻油轮作模式中存在的茬口紧张、智能化水平较低以及种肥播施不合理等问题急需解决。在进一步提升油菜作物耕整地、播种、收获等主要生产环节的机械化水平的同时，本技术模式重点对北斗导航、高精度地图重构、耕整地机具、精量联合智能直播机、随速播种施肥等关键技术与装备进行集成，提高稻油轮作生产智能化水平，提升油作物生产综合效益。

二、适宜区域

田块条件：农场面积在200亩以上，土地地势平坦，形状规则，水分适宜，土壤肥力中等以上，灌、排水便利，同时配备宽5米以上机耕道，每个田块面积应在5亩以上；

种植制度：稻油轮作模式；

农艺要求：

①种子品种选择：各地应在适合当地生态条件、种植制度、综合性状优良的主推品种中选择具有抗倒伏、早熟、耐寒、抗病虫害、适合直播作业特性的品种。

②种子处理：精量播种必须选用高质量的种子并进行精选处理，要求种子水分不高于9%，纯度不低于95%（杂种一代90%左右），净度不低于97%，发芽率90%以上。播种前，应晒种4-6小时，提高发芽率。

三、技术路线

水稻收获后使用无人机对整个农场进行航拍构建高精度地图以获取农场地理环境信息；在田间墒情适度时，基于农场高精度地图选取机耕道行驶路径，并框选作业田块生成播种作业路径，应用于无人驾驶智能拖拉机行走和作业；油菜精量联合智能直播机搭载随速播种施肥控制系统，实现对种肥的精准播施；在此基础上，拖拉机挂接精量联合智能直播机可一次性完成精准播种施肥、旋耕、开沟等操作；田间植保采用无人机和喷药机；在油菜成熟后对油菜进行无人收获。

四、各环节技术规程及机具选择

（一）农场高精度地图构建

农场高精度地图需用于测算地块面积、规划拖拉机行走路径等方面，故地图平面精度误差应在3cm以内。

1、无人机选择。为构建所需高精度地图，需选用带RTK和PPK的无人机，同时考虑到地图构建效率和图像分辨率，应选择选择具有长航时以及高分辨率相机的无人机，在此基础上，综合考虑性价比等因素选择对应无人机型号。

2、地图处理软件选择。选择地图处理软件时，需考虑功能完整性、数据格式支持、精度和准确性、易用性、性能和效率、扩展性和定制性、技术支持和更新、成本和许可证等因素。由于农场面积较大，在满足地图分辨率的情况下，优先选择处理速度快的软件系统，同时该软件应具备完善的地理数据处理和分析功能，支持常见地理数据格式，提供高精度和准确的处理结果。

3、路径规划方式。基于前述高精度地图，可实现框选田块并自动生成作业路径功能，应具备多种作业路径。其中针对播种作业，应可生成高覆盖率作业路径，5亩以内的规则田块，播种覆盖率应不小于90%，5亩以上的作业田块应不小于95%。针对耕整地，应减少田间调头转弯次数，生成作业效率更高的路径，实现快速耕整地。

（二）油菜精量联合智能直播机

油菜种植采用精量联合智能直播机进行播种，直播具体技术指标如下：

1、油菜直播。播种时间选择在9月下旬至10月中旬，提倡早播。播种行距25～30cm，亩播种量200～300g，播种深度5～25mm，油菜出苗株数每亩2万株以上。播种期推迟时应适当加大播种量。在播种机具选择上，优先选择具有一次完成施肥、浅耕灭茬、开沟、播种等多种工序的精量联合智能直播机。播种完成后，要全面清理围沟、中沟和厢沟，确保田间沟沟相通，雨住田干，围沟和中沟深度一般为25cm～30cm，宽度20cm～30cm；厢沟深度一般为15cm～20cm，宽度20cm～25cm。各地要根据当地土壤类型、气候条件、作业习惯适当调整沟深、沟宽，确保排水顺畅。

2、随速播种施肥控制系统。根据当地油菜亩播量和亩施肥量，该系统应能根据作业速度调节排种器和排肥器转速，针对油菜直播作业施肥量300～600kg·hm^-2范围内，正常田间作业速度1.8～7.2km/h的情况下，播种施肥误差应小于10%。

3、机具工作状态可控。为实现全无人播种作业，减少种子和肥料的浪费，在作业机具开始抬升时，1s内应停止工作，在作业机具下降触土时，应立即工作。

（三）无人驾驶拖拉机

为实现高质量和高效率的无人播种作业，拖拉机需具备线控底盘技术，能够实现基于北斗卫星定位技术的无人驾驶作业，自主导航作业精度应在3cm以内，同时能够实现田间的自动的调头和转弯，减小操作人员参与度；该拖拉机还需具备良好的适配性，能够与不同机具进行有效配合，执行不同的工作模式，包括无人耕整地、无人播种等作业模式；同时，拖拉机的功率和载荷能力应与播种机械的要求相匹配，能够稳定地承载播种机械和播种作业所需的其他设备，以保证作业效率和质量。最后，拖拉机应具备环保性能，减少对环境的污染，符合当地的环保法规和要求，以保护生态环境。

1、无人耕整地作业模式。拖拉机挂接旋耕灭茬机对土地进行耕整时可以行走重复路径，应尽可能减少调头转弯次数，可规划套行作业路径，可让机具一直处于工作模式，提高作业效率。

2、无人播种作业模式。拖拉机挂接精量联合智能直播机进行播种作业时，不宜对已播种区域进行反复碾压，同时为提高播种作业覆盖面积，宜规划播种作业覆盖面积高的作业路径，在转弯调头处机具抬升不工作，直线播种路径处，机具下降并工作。

无人驾驶拖拉机需搭载多种作业模式以适应不同的作业需求，农户可根据机具不同选择不同的作业模式进行高效率及高质量作业。

（四）油菜机械植保

病害以防菌核病为主，初花期和盛花期分两次进行防治。虫害以防蚜虫、菜青虫为主。杂草防除一是土壤封闭，移栽前用乙草胺或金都乐进行土壤封闭处理；二是化除，单子叶杂草用精稳杀特或盖草能在杂草3叶期之前处理；双子叶杂草用高特克等防除。杂草化除在冬前完成，冬季人工清除田间杂草。

除草和病虫害防治可选择喷杆喷雾机或无人植保机等进行机械化植保作业。

（五）油菜无人收获

1、收获时机选择。采用联合收获方式时，应在全田90%以上油菜角果外观颜色全部变黄色或褐色，完熟度基本一致的条件下进行。采用分段收获方式时，应在全田油菜70～80％角果外观颜色呈黄绿或淡黄，种皮也由绿色转为红褐色，采用割晒机或人工进行割晒作业；将割倒的油菜就地晾晒后熟5～7天（根据天气，晾晒时间可以再延长），成熟度达到95%后，用捡拾收获机进行捡拾、脱粒及清选作业。

2、收获方式与机具选择。因地制宜选择适宜的收获方式。对于直播油菜或株型适中的移栽油菜应选用联合收获，对植株高大、高产的移栽油菜采取分段收获。收获期多雨或有极端天气的地区，采用分段收获安全性高。因田间开有纵、横向排水降渍沟不便于小型轮式机作业，可选择适宜的履带式联合收割机或割晒机、捡拾收获机。作业前，需对割台主割刀位置、拨禾轮位置和转速、脱粒滚筒转速、清选风量、清选筛等部件和部位适当调整。为保证秸秆还田效果，联合收割机选择带秸秆切碎装置的纵轴流联合收割机为好，联合收获机应符合GB16151.12-2008第12部分规定的安全运行条件下，通过安装电控转向执行机构实现油菜联合收获机自动导航作业。

3、无人导航收获质量要求。

（1）作业路线选择。对于油菜联合收获机，根据作业田块可选择不同收割路线，对于长宽较为一致的田块，开出割道后，可采用四边收割，当一行收割到头，采用开道的收割方法使收割机转弯割掉横行作物，照此方式收割，直到一圈一圈将作物收完；对于长度较长的田块，开出割道后，可采用两边收割，先沿长边的方向收割到头后，转弯时不割横行作物，绕到割区另一边进行收割，以此往复将作物收割完。对于油菜割晒机，作业路线应选择两边收割方式。

（2）转向角度测量要求。联合收获机后轮转向节应配置符合联合收获机转向机构特性的转向角测量装置，转向角测量精度小于0.1°。

（3）定位精度要求。卫星天线应放置于收获机顶部特定位置，采用GNSS-RTK定位获取联合收获机位置坐标信息，RTK基准站符合GB/T37164-2018中5.6要求，定位精度符合T/NJ1139-2018中5.1.4要求，信号丢失重捕获时间小于2s。

（4）导航精度要求。直线跟踪精度不大于2.5cm。

（5）可靠性要求。联合收获机自动导航连续作业时间不少于12h，自动导航系统的使用有效度满足NY/T 3334-2018中5.6要求;生产试验过程中不得发生导致机具功能完全丧失、危及作业安全、人身伤亡或重大经济损失的致命故障，以及主要导航装备的损坏、报废等致使导航性能严重下降、割幅严重不一致的情况。

4、作业质量要求。联合收割作业质量应符合总损失率≤8%、含杂率≤5%、破碎率≤0.5%的要求，割茬高度应根据农户要求在10～30厘米；分段收获作业质量应符总损失率≤6.5%、含杂率≤5%、破碎率≤0.5%等要求。

五、机具配备参考方案

以2000亩作业面积制定机具配套方案：

六、典型案例

该技术模式于2023年11月在湖北省襄阳市襄城区汇吉星农机合作社进行了应用，开展了无人化种植现场演示会。参加会议的人员包括湖北省农业事业发展中心领导、项目负责人、项目首席、研究骨干及当地从事油菜机械化生产工作的合作社与种植大户约80人。项目组研发的油菜精量联合智能直播机和油菜无人播种作业系统进行了现场作业演示，开展了出入库+作业路径试验，实现了从基地到机耕道再下田间进行作业的全无人化。图2为无人作业现场，图3为云平台界面，图4为播种轨迹，图5为油菜长势效果。从下列图片可以看出，该技术模式应用于油菜播种具有作业效率和质量高、油菜长势均匀、作业过程可回溯等特点，极大地提高了油菜生产智能化水平，具有良好的效果。

图2 无人作业现场

图3 农场无人播种管控云平台界面

图4 无人作业轨迹与播种量

图5 油菜长势效果