智能农机装备与自主作业集成技术

一、成果概述

Overview

本成果的技术标识见《成果 2-智能农机装备与自主作业集成技术-成果图》：以 MQTT 主题发布/订阅机制为通信中枢，将"智慧大脑""监控中心""数据中心""平板/手机/电脑"等平台侧要素，与自走式谷物联合收割机（无人收获机）4LZ-12M(UH)、轮式拖拉机 P2404-7V、轮式拖拉机（无人运粮车）M1604-5XP(UGTV)、电驱精播作业监控系统 BABD-4C（配套 2BMQF-8B 智能玉米播种机）四类装备侧要素，贯通为一体化的农机自主作业系统。

1.2成果简介

二、成果技术体系构成

Technical Architecture

本成果不是单一装备或单项算法，而是"装备层—感知层—决策层—通信层—平台层"五层贯通的集成技术体系。

2.1装备层

装备层由四类经第三方检验的智能装备构成，覆盖耕、种、管、收全链条作业环节。

四类装备互为支撑：P2404-7V 解决动力平台的自动化驾驶能力，BABD-4C 解决播种环节的作业质量可观可控，4LZ-12M(UH) 解决收获环节的无人化作业，M1604-5XP(UGTV) 解决收获环节"收—运"衔接这一长期制约无人化闭环的断点。

2.2感知层

感知层采用多源异构传感融合架构。在定位感知方面，以北斗/GNSS RTK 为主、惯性测量单元（IMU）为辅，辅以轮速编码器与视觉里程计；P2404-7V 搭载的卫星接收机支持北斗 B1I/B2I/B3I、GPS L1/L2/L5、GLONASS L1/L2、Galileo E1/E5b 多系统多频点，通道数 432，差分类型 RTK，数据更新率 10 Hz，采用单天线内置天线型式。在环境感知方面，无人收获机与无人运粮车均配置激光避障雷达，并研制了基于立体视觉与深度学习相结合的动态障碍物感知系统。在作业工况感知方面，针对耕整地环节构建角度—拉力—视觉融合的耕深动态监测系统，针对播种环节构建种子流、负压、限位、面积多通道监测链路，针对收获环节构建清选损失、含杂率、破碎率、籽粒流量、作物高度与含水率的在线检测体系。

2.3决策层

决策层以车载域控制器/车载计算机为运算载体。P2404-7V 的车载计算机采用 ALLWINNER T3 处理器、2 GB 内存、16 GB 存储、Linux 3.10.65 操作系统，配 10.1 英寸 1024×600 显示终端，接口含 CAN、RS232、USB，数据输入输出协议为 CAN；立体视觉感知系统的深度学习推理则由 NVIDIA Jetson AGX Xavier 16 GB 域控制器承担。决策层集成全局路径规划、局部避障重规划、路径跟踪控制、作业参数自适应优化、多机任务分配与冲突消解等算法模块。

2.4通信层

通信层采用"车内网 + 车外网"双网结构。车内以 CAN 总线为骨干，按 SAE J1939-71 规范组织报文格式与定义，支持故障诊断消息；车外以 4G/5G 蜂窝网络为主，无人运粮车同时配置 4G+LoRa 复合通信系统以保障田间近距离主从协同的低时延链路；平台与装备之间采用 MQTT 主题发布/订阅机制，实现松耦合、可扩展的多机多平台信息交互。

2.5平台层

平台层由智慧大脑、监控中心、数据中心与移动终端构成，承担任务下发、作业监管、数据沉淀与可视化呈现职能。四类装备通过 MQTT 向平台发布作业状态主题，并订阅平台下发的任务与调度主题，从而支撑多机编队的统一启停、统一规划与动态重分配。

三、解决的关键瓶颈技术

Bottlenecks Resolved

本成果针对农机自主作业产业化落地过程中长期存在的瓶颈问题开展攻关，形成了七个方向的实质性突破。以下每一方向均标注对应的佐证材料来源。

3.1瓶颈一：单天线低成本组合导航的初始对准难题

问题实质。农机自动驾驶的航向初值获取长期依赖双天线定向或长时间静态对准。双天线方案成本高、安装基线受机型限制；传统单天线方案需要载体持续机动激励才能收敛，而农机在田间启动时往往处于低速、短行程甚至静止状态，航向初值无法快速稳定建立，直接导致上线即偏航、需人工反复修正。

技术路线。研制了单天线 GNSS 与 IMU 组合导航的初始对准方法：实时采集 IMU 测量数据与 GNSS RTK 导航数据；对 IMU 测量数据中的高频加速度值进行滑动平均，获得纵向加速度平滑值；依据 GNSS RTK 导航数据中的速度信息与纵向加速度平滑值确定载体速度与载体纵向的相对关系；再依据 GNSS RTK 导航数据中的速度信息与航迹角确定航向角，并对航向角进行连续性处理，从而在单天线条件下完成快速初始对准。

突破意义。该方法在不增加第二套 GNSS 天线的前提下解决了航向初值快速收敛问题，显著降低了自动驾驶系统的硬件成本与装机复杂度，是四类装备得以规模化加装导航能力的底层支撑。

佐证。发明专利《单天线 GNSS 和 IMU 组合导航的初始对准方法及装置》，专利号 ZL 2022 1 1338243.7，授权公告号 CN 115900696 B，申请日 2022 年 10 月 28 日，授权公告日 2026 年 1 月 30 日，证书号第 8677142 号。

3.2瓶颈二：不规则地块全覆盖路径规划的"收边"难题

问题实质。农机全覆盖路径规划的既有方法多以规则矩形地块为前提，对不规则边界地块，地头转弯区域与边界带往往出现覆盖空白或重复覆盖。新疆大田地块虽普遍连片，但受渠系、林带、道路切割，边界并非理想矩形，"地头漏作业、边界重叠作业"是制约无人化作业质量的直接瓶颈。

技术路线。提出农机全覆盖路径规划收边方法：规划出初始路径基线后，根据计算出的收边圈数，将初始路径基线中的转弯路径进行封圈，得到实际作业路径基线；再通过坐标转换得到实际作业路径基线对应的经纬度坐标集合，即实际作业路径，从而实现对实际作业区域的全覆盖。该方法把"收边"从作业后的人工补作业环节前移为规划阶段的自动化环节。

突破意义。实现了不规则地块的作业全覆盖，消除了地头与边界的漏作业，是无人化作业质量能够对标甚至超越人工作业的关键。

佐证。发明专利申请《农机全覆盖路径规划收边方法、系统、农机、设备和介质》，申请号 202410462260.4，申请日 2024 年 4 月 17 日，申请公布号 CN 118329043 A，公布日 2024 年 7 月 12 日，受理通知书发文序号 2024041701098980。

3.3瓶颈三：对角耙地等特殊农艺作业的路径规划缺失

问题实质。对角耙地是新疆等地整地环节的常用农艺，其作业基准线与地块边界成夹角，既有的平行往复式路径规划算法无法直接适配；人工驾驶对角耙地依赖经验，作业重叠率与漏耙率难以控制，无人化更无成熟算法可用。

技术路线。提出对角耙地作业路径规划方法：获取地块的边界数据；根据边界数据得到地块的外接矩形和内缩边界；按照预设规则在外接矩形内规划耙地作业路径，得到第一规划路径；对第一规划路径进行剪裁，使第一规划路径中的每条路径沿相应作业基准线的方向，从地块边界缩至内缩边界，得到第二规划路径。通过"外接矩形生成—内缩边界剪裁"两步法，在保证对角作业角度一致性的同时控制了边界越界。

突破意义。填补了对角耙地无人化作业路径规划的技术空白。2023 年 9 月 8 日华兴农场东四-北地块 900 亩整地示范中，对角整地转弯处平均误差 7.37 cm，直线段在 11 km/h 以下速度工况下均方根误差均小于 2.5 cm。

佐证。发明专利申请《一种对角耙地作业路径规划方法、系统、控制器和农机》，申请号 202410333006.4，申请日 2024 年 3 月 22 日，申请公布号 CN 118274859 A，公布日 2024 年 7 月 2 日，受理通知书发文序号 2024032201326180。

3.4瓶颈四：曲线地块的参考路径复制平移自交问题

问题实质。对于曲线边界地块（如沿渠、沿林带的弧形地块），常规做法是取一条参考曲线按作业幅宽复制平移生成后续作业行。但当参考曲线曲率半径小于平移距离时，平移后的曲线会产生自交，形成无效闭合区域，农机沿该路径行驶会出现急转、折返甚至失控。这是曲线作业无人化的共性障碍。

技术路线。提出农机曲线路径生成方法：根据设定的作业幅宽和平移方向，将参考曲线进行复制平移，得到平移曲线；当平移曲线上存在至少一个闭合区域时，对每个闭合区域的线段进行裁剪，得到裁剪后的平移曲线，作为农机的曲线路径。通过对闭合区域线段的自动识别与裁剪，解决了平移曲线产生的交叉线段问题，修正了平移曲线。

突破意义。使无人化作业从"直线地块"扩展到"曲线地块"，拓宽了自主作业技术的地块适应边界。

佐证。发明专利申请《一种农机的曲线路径生成方法、系统、芯片和农业机械》，申请号 202310919224.1，申请日 2023 年 7 月 25 日，申请公布号 CN 116972868 A，公布日 2023 年 10 月 31 日，受理通知书发文序号 2023072600431920。

3.5瓶颈五：农田非结构化环境下的动态障碍物实时感知

问题实质。农田属典型非结构化场景，没有红绿灯、交通标志与车道线，却存在喷灌设备、树木、坟茔等静态障碍以及人员、电动车、三轮车、拖拉机、收获机、运粮车等动态目标。国内外厂家多采用激光雷达搭配单目视觉实现避障，但收割机作业环境扬尘浓重、常伴浓雾，激光雷达受影响大且价格昂贵，单目摄像头测距误差大。动态障碍物"看得见、测不准、来不及"是无人化作业安全性的最大隐患。

技术路线。设计了基于立体视觉与深度学习相结合的无人驾驶立体视觉感知系统。使用立体视觉相机采集左右目灰度图像，通过图像中像素位置的视差及立体视觉成像原理实现障碍物距离计算；将彩色摄像头采集的 RGB 图像输入 YOLOv5s 深度学习算法进行特征提取与目标框选，并与深度图像进行时间戳对齐，将深度信息映射到 RGB 图像，最终完成对动态障碍物的三维定位。系统检测最远距离 35 m，水平视场角 ±30°，安装位置距车辆顶部 0.3 m、竖直方向倾斜 20° 以消除近点视野盲区。训练数据集为河南南阳、江苏苏州、潍坊高密等地采集的户外实际车辆作业有效视频数据并结合公开数据集整理，累计 105320 张图片，定义人、车两类。

技术选型依据。对 YOLOv5s/m/l/x 四种预训练模型及 YOLOv4、Fast R-CNN、SSD 开展对比试验。YOLOv5x 相比 YOLOv5s 精确率提升 1.02%、召回率提升 0.99%、mAP@0.5 提升 0.97%，但检测速率下降 12.8 fps；Fast R-CNN 精确率比 YOLOv5s 高 1.07%，但检测速率仅 14.1 fps，比 YOLOv5s 低 16 fps，不满足实时性要求。综合精度与实时性，最终选定 YOLOv5s。

实现效果。动态障碍物检测速率 30.1 fps，精确率 98.24%，召回率 98.16%，mAP@0.5 为 98.07%，mAP@0.5:0.95 为 48.35%，训练集最终损失值稳定在 0.022 左右，为四种对比网络中最低。系统设置三级响应：障碍物距作业车辆 10 m 范围内停车；20 m 范围内减速并反馈障碍物信息、重新规划路线；超过 20 m 时鸣笛示警。

突破意义。以立体视觉替代"激光雷达 + 单目视觉"的主流方案，在保证检测精度与实时性的同时规避了激光雷达扬尘敏感、维护困难、价格昂贵的缺陷，显著降低了无人化装备的安全感知成本。

佐证。论文《基于无人驾驶小麦收割机立体视觉感知系统》，《中国农机化学报》2024 年第 45 卷第 9 期第 244—249 页，DOI：10.13733/j.jcam.issn.2095-5553.2024.09.037。该论文明确标注基金项目含"新疆维吾尔自治区重大科技专项（2022A02011—4—1）"。

3.6瓶颈六：小麦倒伏等异常作物形态的识别与收获决策

问题实质。倒伏小麦形态杂乱、纹理特征与正常直立小麦差异显著且随机性强，特征难以提取；同时田间作业时太阳直射摄像头造成画面过曝，进一步恶化识别条件。无人收割机若不能识别倒伏区域并相应调整割台高度、拨禾轮转速与前进速度，将造成大幅度漏割与损失。

技术路线。提出无人收割机小麦倒伏识别方法：获取无人收割机前方的场景原始图像；对场景原始图像进行预处理；对预处理图像进行小麦倒伏检测；根据检测结果判断小麦倒伏区域；根据判断结果生成信息码；发送信息码。通过"图像预处理—倒伏检测—区域判定—信息码生成与下发"的链路，将视觉识别结果转化为可被整机控制系统直接消费的控制指令。

突破意义。解决了无人驾驶过程中倒伏小麦的收割方案问题，解决了倒伏小麦形态和特征难以提取的问题，解决了因太阳直射摄像头造成的画面过曝问题，使无人收获从"理想作物条件"推进到"真实作物条件"。

佐证。发明专利《一种无人收割机小麦倒伏识别方法、装置及存储介质》，专利号 ZL 2023 1 1164084.8，授权公告号 CN 117115693 B，申请日 2023 年 9 月 11 日，授权公告日 2026 年 4 月 10 日，证书号第 8855463 号。

3.7瓶颈七：收获机—运粮车协同卸粮与多机编队的作业断点

问题实质。收获环节的"收—运"衔接是无人化闭环最后、也最难的一环。传统作业中运粮车由人工驾驶，收获机满仓后需停机等待，卸粮等待时间长、整机利用率低；若要实现无人化，运粮车必须具备田间高精度导航、主从跟随、定点对位、满载脱离与补位加入等能力，技术链条远长于单机自动驾驶。

技术路线。构建了由收获机端粮仓监测模块、运粮车端自主导航模块和云端协同调度平台组成的协同卸粮与自主转运系统。粮仓监测采用多点称重传感器与超声波料位计实时监测填充状态；当粮仓填充至设定阈值时自动向云端平台发送卸粮请求，包含当前位置、预计满仓时间与卸粮量等信息；运粮车依据请求自主导航至对位点，完成伴随式卸粮或定点卸粮。多机层面，采用集中式—分布式混合架构，通过 V2V 通信实时交换位置、速度与作业状态信息，对地头转弯区域设计时空预约机制，并集成任务动态重分配功能。

实现效果（第三方检验）。M1604-5XP(UGTV) 无人运粮车主从协同作业横向误差 9.6 cm（指标要求 ≤10 cm）、纵向误差 12.5 cm（指标要求 ≤20 cm），测试条件为主从机卸粮位置；具备运粮车路径规划与共享作业信息功能，判定"符合"。

实现效果（田间示范）。2025 年 7 月 10 日华兴农场昌吉东四南地块多台套小麦收获协同作业示范中，五台机具（2 台雷沃 GM5125 谷物联合收割机、3 台运粮车）分两组作业：①号收割机与 1 号运粮车演示伴随式卸粮采收；②号收割机与 2 号运粮车演示定点卸粮，②号收割机单独作业时 2 号运粮车在地头等待；3 号运粮车在演示区外等候，1 号运粮车满载后驶离编队、自动返回农机大院指定区域，3 号运粮车自动加入编队继续作业。该流程完整验证了"伴随卸粮—定点卸粮—满载脱离—自动返场—补位入列"的全自主编队作业逻辑。

突破意义。打通了无人化收获的最后一个作业断点，使无人化从"单机自主"真正推进到"编队连续作业"。

3.8其他配套技术突破

• 牵引机具变载条件下的路径跟踪控制。引入载荷自适应补偿算法实时调整转向控制参数；液压侧研发电控多路阀控制技术，机具提升响应时间小于 0.5 s、定位精度达 ±1 cm。
• 液压系统前馈—反馈复合控制。建立拖拉机—机具系统动力学模型，耕深控制应用中系统响应时间缩短 35%、控制精度提高 40%、系统能耗降低 25%，有效抑制了跨越田埂或不平地面作业时常见的"点头""抖动"现象。
• 耕深动态监测。基于角度与加速度传感结合的整地机具姿态检测模型，采样频率 10 Hz，耕深测量误差小于 1 cm；监管终端采样频率 20 Hz，经 4G/5G 网络上传云端。
• 清选损失在线检测与自适应控制。多点分布式压力传感阵列采样频率 100 Hz，经神经网络算法转换为损失率，检测精度达 90% 以上；同一地块同一作业状态下平均百分比误差 6.3%。控制侧建立"参数执行—参数协调—质量优化"三层架构并集成专家知识库。
• 播种深度自适应调节。每个播种单体布置 3～5 个高精度位移传感器，采样频率 20 Hz；四连杆平行仿形机构配独立浮动装置，播种深度变异系数由传统机械的 15%～20% 降低至 8% 以内。

四、取得的重大科技成果

Major Achievements

4.1研制出四类智能装备并全部通过第三方检验

检验由机械工业农业机械产品质量检测中心（济南）与山东省农业机械科学研究院承担，后者具备 CMA（证书编号 231508093448）与 CNAS（注册号 L1337，ilac-MRA 国际互认）资质。

4.1.1自走式谷物联合收割机（无人收获机）4LZ-12M(UH)

检验报告编号 JW202504003，共 3 页；样品编号 63321GMEXP4900001，生产日期 2024 年 5 月，产品等级合格品，送样者徐铁军；检验地点潍柴雷沃智慧农业示范基地，检验时间 2025 年 4 月 25 日。检验条件：环境湿度 42.9%～43.7%RH，温度 13.9～23.6 ℃，风速 0.4～0.6 m/s，试验地长度 220 m，稳定区 100 m×10 m。检验依据 GB/T 37164-2018、T/NJ 1260-2021 及国家重点研发计划课题任务书《收获机无人作业技术研究与装备研制》（编号 2022YFD2001504）。

整机搭载 GNSS、导航接收机、智能控制终端、导航显示屏、整车控制器、电控转向阀、激光避障雷达、轮角传感器，以及损失检测、产量监测、含杂破碎检测传感组，并具备凹板间隙调节、筛片开度调节、风机转速调节三项作业参数在线执行能力。

4.1.2轮式拖拉机（无人运粮车）M1604-5XP(UGTV)

检验报告编号 JW202504004，共 3 页；样品编号 63321M5C5R4208193，生产日期 2024 年 5 月，产品等级合格品，送样者徐铁军；检验地点潍柴雷沃智慧农业示范基地，检验时间 2025 年 4 月 26 日。

整机搭载 GNSS 天线、组合导航、4G+LoRa 通信系统、激光雷达、电动方向盘、上位机、角度传感器，并挂接运粮拖斗。需要特别指出的是，该机在 7.0 km/h 作业车速下导航误差仍控制在 2.15 cm，说明其高速工况下的路径保持能力能够满足伴随式卸粮对相对位姿稳定性的苛刻要求。

4.1.3轮式拖拉机 P2404-7V

检验报告编号 JW202402002，共 5 页；样品编号 63321P736R4300007，生产日期 2024 年 3 月，产品等级合格品，送样者张继伟；检验地点潍柴雷沃智慧农业示范基地，检验时间 2024 年 3 月 20 日。试验地长度 385 m，稳定区 100 m×60 m，测试场地为地表平整、坡降高度变化不超过 1 m 的耕地，试验场周围 50 m 无金属和其他反射表面。检验依据 GB/T 37164-2018、NY/T 3334-2018；判定依据 T/NJ 1260-2021、GB/T 40429-2021。检验结论：该样机所检项目指标符合有关标准的要求。

4.1.4电驱精播作业监控系统 BABD-4C

检验报告编号 NW202503033，共 5 页；检验机构山东省农业机械科学研究院（山东省泵类产品质量检测中心、山东省农业机械与工程机械产品质量检测中心），具 CMA 与 CNAS 资质；样品编号 LOVA125020630059，生产日期 2025 年 2 月，产品等级合格品，送样者唐金旭。检验分两个地点：济南市桑园路 50 号（2025 年 4 月 25 日，种子传感器抗灰尘性能试验，试验箱内湿度 50.6%～60.3%RH、温度 24.7～32.1 ℃、时长 8.0 h）；潍坊市诸城市（2025 年 5 月 6 日，田间作业性试验，配套 154 kW 拖拉机与 2BMQF-8D 型 8 行播种机，作业幅宽 3.8 m，玉米，种子净度 99.2%）。检验与判定依据 DG/T 252-2024《农机播种作业北斗监测终端》。

主要技术参数：北斗卫星定位芯片 MXT2708A（天线外置），无线通信模块移远 EC20（4G/WIFI，外置胶棒天线），主机存储容量 16 G，液晶屏 10.1 寸/1024×600，显示终端具备一键解警功能，种子传感器 8 通道、输出 CAN 信号，终端由智能显示终端、控制器、种子传感器、负压传感器、蘑菇头、限位开关、喇叭及线束组成，适配单粒（精密）播种。

终端远程传输频率实测 1.0 Hz，为 DG/T 252-2024 下限要求 0.2 Hz 的 5 倍，意味着平台侧可获得秒级粒度的播种作业轨迹与质量数据，这是作业质量可追溯、补贴核查可凭信的数据基础。

4.2形成了经示范验证的自主作业集成技术

本成果完成 6 轮次、累计 3930 亩的田间示范验证，覆盖整地、播种、植保、收获四类作业环节与单机自主、多机协同两种作业形态，并实现了跨厂家、跨品牌装备的统一调度。

一是作业环节全链条覆盖。从 2023 年秋季的整地与冬小麦播种，到 2024 年春季的棉花播种、夏季的棉花植保，再到 2025 年的小麦与玉米收获，示范完整贯穿了农业生产周年作业循环，验证了技术体系对不同农时、不同作物、不同机具的适应性。

二是作业形态由单机自主向多机协同演进。第 1、2 轮次为单机无人自主作业，第 3、4 轮次为三至五台套多机协同作业，第 5、6 轮次为含主从卸粮逻辑的五台套编队协同作业，技术难度呈阶梯式上升。

三是实现跨厂家异构装备的统一调度。示范所用装备来自潍柴雷沃、中科原动力、一拖东方红、沃得、克萨斯等多家厂商，无人驾驶模组分别来自雷沃与江苏大学，农具来自新疆双剑、科神等配套企业。在 2024 年 6 月 20 日的棉花植保多机协同作业中，无人驾驶农具的启动通过云端管理平台统一调度——这一点是本成果区别于单一厂家封闭方案的核心价值，证明了基于 MQTT 主题发布/订阅的开放式集成架构能够容纳异构装备，对新疆农场存量机具的无人化改造具有直接意义。

单机自主整地作业的实测数据表明：雷沃 P2404 携带整地机实际作业时，速度在 11 km/h 以下时均方根误差均小于 2.5 cm；12 km/h 时均方根误差为 3.1 cm；地形平缓时整体效果优于颠簸地面；对角整地转弯处平均误差为 7.37 cm。

五、技术经济指标与国际国内同类技术/产品的比较

Benchmarking

5.1与标准限值的比较（第三方检验实测）

重要结论：导航误差随车速提高而增大是自动导航系统的固有规律，本成果的突出之处在于在 7.0 km/h 这一接近田间实际作业上限的车速下，导航误差仍保持在 2.15 cm，未突破 2.5 cm 限值。多数同类检验在高速段会出现超差，这一结果说明本成果的路径跟踪控制与组合导航算法具有良好的速度鲁棒性。

5.2与国内同类技术/产品的比较

5.3与国际先进产品的比较

5.4经济性指标比较

下列经济性数据引自《智慧农场农机自主作业系统集成应用情况概述》所载测算与示范结果，其统计口径与测算区域已逐项标注。

经济性综合评价。以投资回收期约 2.5 年计，智能装备的溢价能够在两个完整生产周年内通过损失减少与人工节约收回，这一回收周期对规模化农场具有可接受性。更具战略意义的是人工成本降低约 40% 与多机协同带来的工期压缩——新疆农场普遍面临农时窗口紧、季节性用工短缺的结构性矛盾，无人化编队作业将 10000 亩棉田的播种工期压缩 70%，其价值不仅在于直接成本节约，更在于保障了关键农时的不误期，这部分收益难以用直接成本核算完全体现。

六、知识产权、技术标准、市场准入与权益归属

IP · Standards · Market Access

6.1专利情况

本成果共形成发明专利 5 件，其中授权 2 件、受理并已公布 3 件，全部专利的申请人/专利权人均为潍柴雷沃智慧农业科技股份有限公司。

6.1.1授权发明专利（2 件）

专利 1 的国际专利分类号为 G06V 20/17、G06V 20/68、G06V 10/25、G06V 10/82，权利要求书 2 页、说明书 7 页、附图 4 页，申请公布号 CN 117115693 A（公布日 2023.11.24），代理机构为北京众达德权知识产权代理有限公司（11570），代理师田灵菲。专利 2 的国际专利分类号为 G01C 21/16、G01C 25/00、G01S 19/47，权利要求书 2 页、说明书 9 页、附图 4 页，申请公布号 CN 115900696 A（公布日 2023.04.04），实质审查对比文件为 CN 112945275 A、CN 108548535 A，审查员赵垲，代理机构为北京轻创知识产权代理有限公司（11212），代理师尉保芳。

6.1.2已受理并公布的发明专利申请（3 件）

三件申请均已同步提交实质审查请求，代理机构均为北京轻创知识产权代理有限公司（11212），代理师分别为沈尚林、张力波、吴佳，申请方案卷号分别为 AJ2302331、AJ2400714、AJ2400715，权利要求项数均为 10 项。

6.1.3专利布局特征分析

五件专利构成了覆盖"定位—规划—感知"核心技术链的完整布局：定位层（1 件）单天线 GNSS/IMU 初始对准，解决导航系统的"起点"问题；规划层（3 件）曲线路径生成、对角耙地路径规划、全覆盖路径规划收边，分别对应曲线地块、特殊农艺、不规则边界三类规划场景，形成规划算法的专利族；感知层（1 件）小麦倒伏识别，解决异常作物形态下的收获决策问题。

布局的另一特征是保护客体的多元化：五件专利的权利要求不仅覆盖"方法"，还同时覆盖"系统""装置""控制器""芯片""农业机械""设备""存储介质"等多种客体形态，这意味着无论侵权方以软件、硬件模块、整机或存储介质何种形式实施，均落入保护范围，保护强度显著高于单纯的方法专利。

6.2软件著作权情况

6.3学术论文

该论文第一完成单位为潍柴雷沃智慧农业科技股份有限公司，中图分类号 S225、TP391、U489，文献标识码 A，文章编号 2095-5553（2024）09-0244-06，收稿日期 2023 年 7 月 24 日，修回日期 2023 年 9 月 18 日。

论文明确标注的基金项目为：国家重点研发计划（2022YFD200160204、2021YFD2000603）；新疆维吾尔自治区重大科技专项（2022A02011—4—1）。该标注构成本成果与本子课题之间直接、可公开核验的归属性证据，是验收材料中极具分量的佐证。

6.4技术标准情况

本成果制修订企业标准 2 项，均由潍柴雷沃智慧农业科技股份有限公司发布实施。

6.4.1Q/0704LWZ 001—2025《轮式拖拉机》

代替 Q/0704LWZ 001—2018；2025 年 8 月 16 日发布，2025 年 9 月 1 日实施；编制依据 GB/T 1.1。适用范围：规定了轮式拖拉机产品型式、基本参数、要求、试验方法、检验规则、包装、运输及贮存，适用于本公司生产的 18 kW 以上轮式拖拉机。提出单位为研究总院，归口单位为技术标准化委员会秘书处，起草单位为拖拉机研究院，主要起草人刘艳秋、王中敏、苏云霞。

该标准的意义在于：它把本成果在 P2404-7V 等机型上验证的自动辅助驾驶能力固化为企业生产的强制性技术门槛，使智能化不再是个别样机的特性，而成为批量产品的准入条件。

6.4.2Q/LWZ B182—2025《智慧农业产品 编号规则》

代替 Q/LWZ B182—2023X；2025 年 12 月 22 日发布，2026 年 1 月 1 日实施；编制依据 GB/T 1.1。适用于公司新设计开发及改进的智慧农业产品（导航作业系统、精准作业系统、视觉感知系统和智能硬件产品）。提出单位为研究总院，归口单位为技术标准化委员会，起草单位为智慧农业研究院，主要起草人王明江、王辉、赵允贵、陈安焱、王石。

值得注意的是，该标准中导航作业系统产品型号的构成规则（系列识别号 + 终端 + 主参数代号 + 差分系统 + 转向控制系统 + 改进代号）与 P2404-7V 检验报告所载 AG16BD-2.5GY 型号完全对应——即 AG16 系列、北斗终端（BD）、转向控制精度 2.5 cm、陆基增强系统（G）、液压电磁阀控制（Y）。该标准同时覆盖了"视觉感知系统"与"域控制器"两个新增类别，正是本成果立体视觉感知系统与车载域控制器技术产品化的直接标准化体现。

6.4.3本成果所遵循与对标的外部标准清单

6.5新产品市场准入情况

产品质量检验与合格判定。四类装备均已取得第三方检验报告，全部受检项目判定"符合"，产品等级均为"合格品"。4LZ-12M(UH) 与 M1604-5XP(UGTV) 的检验结论为"该样机所检项目指标符合《国家重点研发计划课题任务书-收获机无人作业技术研究与装备研制（编号：2022YFD2001504）》的有关要求"；P2404-7V 为"符合有关标准的要求"；BABD-4C 为"符合 DG/T 252-2024 的有关要求"。

检验机构资质与报告效力。前三者由山东省农业机械科学研究院下属的机械工业农业机械产品质量检测中心（济南）承担；BABD-4C 报告加盖 CMA 检验检测机构资质认定标志（编号 231508093448）与 CNAS 认可标志（注册号 L1337，经 ilac-MRA 国际互认），具备国际互认效力。报告支持通过封面二维码或 www.sdnjy315.cn 查询系统核验真伪。检验类别均为"委托检验"，报告效力"仅对送检样品负责"。

生产执行标准的建立。轮式拖拉机产品已建立并公开企业标准 Q/0704LWZ 001—2025，于 2025 年 9 月 1 日实施。按照我国企业标准自我声明公开和监督制度，企业标准是产品组织生产、交付验收的法定依据，该标准的发布实施意味着 18 kW 以上轮式拖拉机（含 P2404-7V 等搭载自动辅助驾驶系统的机型）具备了合规的生产执行依据。

对接推广鉴定与补贴政策的基础。BABD-4C 的检验依据 DG/T 252-2024《农机播种作业北斗监测终端》属于农业机械推广鉴定大纲序列。该产品经检验所检项目全部符合该大纲要求，为后续申请农业机械推广鉴定证书、进而申请列入农机购置与应用补贴机具种类范围奠定了直接基础。这是本成果中市场准入进展最为明确的一项。

产品型号的规范化。依据 Q/LWZ B182—2025，本成果各智能产品已纳入统一的型号与出厂编号体系（导航作业系统如 AG16BD-2.5GY、精准作业系统如 BABD-4C、视觉感知系统如 PET 系列），为产品注册、销售、售后与质量追溯提供了编码基础。

新品种情况说明。本成果属农业装备与信息技术集成类成果，不涉及动植物新品种选育，无品种审定、登记或植物新品种权事项。

6.6知识产权与成果权益归属

结论：本成果形成的全部知识产权，其权利主体现均为潍柴雷沃智慧农业科技股份有限公司，权属清晰、单一，不存在共有权人，亦未发现权属争议。

• 职务发明属性。五件发明专利的发明人均为承担单位科研人员，专利权人为单位，符合《中华人民共和国专利法》关于职务发明创造的规定，发明人依法享有署名权及获得奖励、报酬的权利。
• 财政资金资助成果的权属。本成果系在新疆维吾尔自治区重大科技专项资助下形成，具体的知识产权归属、使用、处置与收益分配，应以自治区科技主管部门与承担单位签订的项目（课题）任务书及合同约定为准。按照现行科技成果转化相关法律法规与自治区科技计划管理有关规定，财政资金形成的科技成果，其使用权、处置权与收益权一般下放至项目承担单位。
• 多单位协同形成成果的处理。示范应用环节涉及中科原动力、一拖东方红、沃得、江苏大学等单位的装备与无人驾驶模组参与协同试验，本成果所主张的知识产权仅限于承担单位自主研发并已申请/取得权利的技术内容，不涉及协同单位各自装备与模组的在先知识产权。协同形成的集成界面、通信协议适配等内容，建议按合作协议另行约定。
• 论文署名与基金标注。论文已按规定标注新疆维吾尔自治区重大科技专项（2022A02011—4—1）资助，履行了财政资金资助成果的标注义务。

建议补充完善的权属事项：（1）软件著作权登记证书（如已登记）；（2）与各协同单位之间关于示范应用成果权属的书面约定；（3）项目（课题）任务书中关于知识产权归属条款的复印件。

七、试验基地、中试线、生产线建设情况

Facilities

7.1田间示范应用基地

7.1.1华兴农场（昌吉）示范基地

华兴农场是本子课题示范应用的主基地，共投入 5 个作业地块、承载 6 轮次示范中的 5 轮次。

• 作物与农艺的多样性。同一基地内完成了冬小麦、棉花、玉米三种作物，整地、播种、植保、收获四类环节的试验。
• 作业连续性。从 2023 年 9 月至 2025 年 9 月持续两个完整生产周年，为技术迭代提供了稳定的验证场景。
• 配套设施完备。基地配有"农机大院指定区域"作为无人运粮车的自动返场与停放点，构成了无人化编队作业不可或缺的场外配套设施。2025 年 7 月小麦收获协同作业中，1 号运粮车满载后驶离编队、自动返回农机大院指定区域这一环节，正是依托该设施完成的。

7.1.2昌吉国家农业高新技术产业示范区示范区

在 2024 年 6 月 20 日的棉花植保多机协同作业中，农高区示范区 2-4 地块承载了 630 亩示范面积，与华兴农场西二地块的 740 亩共同构成当次 1370 亩的示范规模。农高区示范区的参与，使本成果的示范从单一农场扩展到区域级农业高新技术平台。

7.1.3示范基地规模汇总

两类基地累计承载示范作业面积 3930 亩，其中单机自主作业 1800 亩、多机协同作业 2130 亩。多机协同作业面积已超过单机作业面积，反映出示范重心向高阶协同作业的迁移。

7.2企业研发与检验试验基地

7.2.1潍柴雷沃智慧农业示范基地

该基地具备满足 GB/T 37164-2018 导航性能检验要求的场地条件——特别是"试验场周围 50 m 无金属和其他反射表面"这一要求，直接关系到 GNSS 多路径效应的抑制，是导航精度检验结果可信的前提。基地能够同时满足 385 m 长试验地（拖拉机直线度检验）与 220 m 长试验地（导航误差检验）的不同布置要求，说明其具备完整的农机导航性能检验试验能力。

7.2.2诸城田间作业试验场地

BABD-4C 的田间作业性试验于 2025 年 5 月 6 日在山东省潍坊市诸城市开展，试验场地长 380 m、宽 150 m（合约 8.55 万 m²），视野开阔，远离大功率无线电发射源、高压输电线和微波无线电信号通道，附近无强烈反射卫星信号的物件。试验配套 154 kW 拖拉机、2BMQF-8D 型 8 行播种机，作业幅宽 3.8 m，播种玉米，种子净度 99.2%。

7.2.3实验室环境试验条件

种子传感器抗灰尘性能试验于 2025 年 4 月 25 日在山东省济南市桑园路 50 号（山东省农业机械科学研究院）进行，使用 OK-HC-600 型防尘试验箱，试验箱内相对湿度 50.6%～60.3%RH、温度 24.7～32.1 ℃，试验时长 8.0 h。该项试验验证了种子传感器在播种作业高粉尘工况下的工作可靠性。

7.2.4检验测试装备配置

依托的检验测试装备包括：i90 北斗导航测试仪、VB3iD-V5 农业机械行驶性能测试系统、GLM100C 手持激光测距仪、S910 型手持激光测距仪、TESTO410-2 数字式风速计、J9-2 型电子秒表、ZTY0102A 型数字万用表、JJ3000 型电子天平、OK-HC-600 型防尘试验箱、钢卷尺（0～30 m）等。其中 i90 北斗导航测试仪与 VB3iD-V5 农业机械行驶性能测试系统是农机导航精度与行驶性能测试的专用设备，构成了本成果性能验证的计量溯源基础。

7.3生产线建设情况

本成果依托潍柴雷沃智慧农业科技股份有限公司（山东省潍坊市坊子区北海南路 192 号）的整机与智能产品制造体系，四类装备均已进入批量生产状态，而非停留于单台样机阶段。

四台样机均具有规范的出厂编号并被评定为"合格品"，表明其系按既有产品序列由生产线正式下线，而非实验室手工装配的原理样机。依据 Q/LWZ B182—2025 第 7 章出厂编号编制规则，出厂编号本身即编码了工厂、总装线、生产年份与生产序号信息（标准示例"PET210015H"表示拖拉机工厂总装一线 2017 年生产的第 15 台配套拖拉机的视觉感知系统），说明承担单位已建立覆盖智慧农业产品的总装线管理与产品追溯体系。

Q/0704LWZ 001—2025 的发布实施（2025 年 9 月 1 日），为轮式拖拉机产品的批量生产提供了合规的生产执行依据；该标准第 7 章规定了型式检验的检验时机，并在检验项目表中将"自动辅助驾驶"列为第 19 项检验项目，意味着自动驾驶功能已被纳入生产线出厂检验与型式检验的质量控制流程。

八、人才队伍建设情况

Team Development

8.1人才队伍总体规模与结构

依据佐证材料中可直接核验的署名信息统计，本成果直接参与的技术人员不少于 31 人（不含示范应用环节的协同单位人员与农场作业人员），分布于算法研发、整机集成、标准化、试验检测四个序列。

8.2核心技术带头人

8.2.1王辉

王辉是本成果技术体系当之无愧的核心带头人，其在佐证材料中的覆盖度最为突出。

• 基本情况。男，1988 年生，山东潍坊人，博士，高级工程师；研究方向为北斗导航、无人驾驶（据论文作者简介）。
• 知识产权贡献。五件发明专利（2 件授权、3 件受理）的发明人名单中全部署名，是唯一贯穿定位层、规划层、感知层全部专利的技术人员。具体为：ZL 2022 1 1338243.7（第 3 发明人）、ZL 2023 1 1164084.8（第 3 发明人）、202310919224.1（第 2 发明人）、202410333006.4（第 3 发明人）、202410462260.4（第 2 发明人）。
• 学术贡献。论文《基于无人驾驶小麦收割机立体视觉感知系统》通讯作者。
• 标准化贡献。企业标准 Q/LWZ B182—2025《智慧农业产品 编号规则》主要起草人（第 2 起草人）。

王辉的贡献形态——从算法发明到学术产出再到标准固化——完整呈现了"技术研发—成果产出—标准转化"的闭环能力，是本成果人才培养最具代表性的样本。

8.2.2李邦国

男，1994 年生，山东潍坊人，硕士，中级工程师；研究方向为环境感知、视觉算法。主要贡献：授权发明专利 ZL 2023 1 1164084.8《一种无人收割机小麦倒伏识别方法、装置及存储介质》第一发明人；论文《基于无人驾驶小麦收割机立体视觉感知系统》第一作者。作为 1994 年出生的青年工程师，在本成果周期内同时产出第一发明人专利与第一作者核心期刊论文，是青年人才在重大专项中快速成长的典型案例。

8.2.3其他技术骨干（以第一发明人/第一起草人身份计）

六位技术骨干分别牵头一项独立的核心技术方向，形成了"一人一方向、方向不重叠"的梯次格局，避免了技术能力过度集中于个别人员的风险。

8.3人才队伍建设的结构性特征

• 专业结构互补、覆盖技术全链条。队伍涵盖卫星导航与惯性导航、路径规划与运动控制、计算机视觉与深度学习、液压与机电控制、通信与云平台、标准化与质量检测六大专业方向，与技术体系的五层架构高度匹配，不存在明显的能力短板。
• 年龄结构合理、青年骨干担纲。核心带头人王辉为 1988 年生（成果形成期约 35～38 岁），青年骨干李邦国为 1994 年生（成果形成期约 29～32 岁）。核心技术岗位由 30 岁上下的青年科技人员担纲，且已能独立牵头专利与论文产出，表明承担单位已形成有效的传承机制。
• 实践能力与标准化能力并重。队伍中既有专注算法创新的研发人员，也有专职的标准化人员与试验检测人员。两项企业标准的及时修订，尤其是将"自动辅助驾驶系统"写入轮式拖拉机产品标准、将"视觉感知系统"纳入智慧农业产品编号体系，说明研发人员与标准化人员之间建立了有效的协同机制——技术成果能够在形成后的较短周期内被标准化固化，这在企业研发体系中并不多见。
• 产学研用协同育人。示范应用汇聚了企业方（潍柴雷沃、中科原动力、一拖东方红、沃得、克萨斯、新疆双剑、科神）、高校方（江苏大学，为东方红 1004/1104、沃得 1604 提供无人驾驶模组）、用户方（华兴农场、昌吉农高区示范区）与检测方（山东省农业机械科学研究院、机械工业农业机械产品质量检测中心）。跨厂家、跨院校、跨地域的多机协同示范，为各方技术人员提供了在真实大田环境下开展异构系统集成调试的难得机会。
• 国家级平台支撑下的能力积累。团队同时承担国家重点研发计划课题《收获机无人作业技术研究与装备研制》（编号 2022YFD2001504）及 2022YFD200160204、2021YFD2000603 等国家级任务。自治区重大科技专项与国家重点研发计划的任务叠加，使团队得以在更高的技术起点上开展新疆场景的适配性研发。

8.4人才队伍建设成效小结

在本成果形成周期内，团队实现了"五件专利、一篇核心期刊论文、两项企业标准、四类装备通过第三方检验、六轮次 3930 亩田间示范"的系统性产出。人均产出密度较高，且产出类型覆盖知识产权、学术成果、技术标准、实物装备、应用示范五个维度，表明队伍不是单一能力型团队，而是具备从基础算法到产品落地完整转化能力的工程化研发队伍。

九、成果综合评价与结论

Assessment & Conclusion

9.1成果创新性评价

第一，算法层面的原创性突破。五件发明专利分别解决了单天线组合导航初始对准、曲线路径自交裁剪、对角耙地路径规划、不规则地块全覆盖收边、倒伏小麦识别五个具体而关键的技术问题。这些问题均源自田间作业的真实约束，而非实验室假想场景，专利的权利要求亦同时覆盖方法、系统、装置、芯片、存储介质等多种客体，保护强度较高。

第二，装备层面的系统性集成。四类装备并非孤立产品，而是按照无人化作业闭环的内在需求配置：动力平台（P2404-7V）解决"作业能力"，播种监控（BABD-4C）解决"质量可控"，无人收获机（4LZ-12M(UH)）解决"收获无人化"，无人运粮车（M1604-5XP(UGTV)）解决"收运衔接"。四者均通过第三方检验，构成了完整、可验证的装备体系。

第三，架构层面的开放性设计。基于 MQTT 主题发布/订阅的集成架构，使本成果突破了单一厂家封闭方案的局限，在 2024 年棉花植保示范中实现了五家厂商装备、两套无人驾驶模组的云端统一调度。这一能力对于新疆农场存量异构机具的无人化改造具有不可替代的现实价值。

9.2成果水平定位

• 与标准限值相比：18 项受检指标全部符合，其中导航误差优于限值 14.0%～34.8%、协同纵向误差优于限值 37.5%、终端远程传输频率达限值 5 倍，技术余量充分。
• 与国内同类技术相比：在定位精度、卫星系统兼容性、单天线低成本组合导航、收运协同闭环、异构装备集成五个方向处于领先或第一梯队。
• 与国际先进产品相比：定位精度处于同一量级；单机自动化等级尚存差距；而在跨厂家多机协同、本土农艺适配、感知成本控制三个方向形成差异化优势。

9.3成果转化与推广前景

成果已具备明确的转化基础：产品生产执行标准已发布实施，产品型号与出厂编号体系已规范化，四类装备已进入批量生产状态，BABD-4C 已完成对标农机推广鉴定大纲 DG/T 252-2024 的检验。经济性测算显示投资回收期约 2.5 年，人工成本降低约 40%，对新疆规模化农场具有现实吸引力。考虑到新疆农场普遍存在的农时窗口紧、季节性用工短缺矛盾，多机协同作业带来的工期压缩（棉田播种工期缩短 70%）具有超出直接经济核算的战略价值。

9.4验收结论建议

本成果目标明确、技术路线清晰、关键技术突破实在、第三方检验数据完整、示范应用规模与持续性充分、知识产权权属清晰、标准化工作同步到位、人才队伍结构合理。建议认定本成果达到子课题三《智慧农场农机自主作业系统集成应用》的预期目标。

9.5需补充完善的事项（如实列出）

1. 软件著作权登记证书：现有佐证材料中未包含软著证书，建议核查登记状态并予以补充；
2. 中试线/生产线建设的直接证明材料：包括产线建设情况说明、产能数据、年度生产统计等；
3. 协同单位成果权属的书面约定：涉及中科原动力、一拖东方红、沃得、江苏大学等协同单位的权属约定文件；
4. 项目（课题）任务书知识产权条款复印件：用以直接印证权益归属约定；
5. 新疆本地示范应用的详细测试数据报告：现有材料中，华兴农场示范的量化数据主要为整地作业的均方根误差，其余轮次示范的作业质量量化数据建议补充；
6. 示范应用的用户使用证明：建议由华兴农场、昌吉农高区示范区出具应用效果证明，以强化示范应用的第三方佐证。

附录：佐证材料清单

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