激光控制土地平整技術介紹
激光控制土地平整技術介紹
日期： 2009-09-07 來源：洮南農機推廣站 王進興
一、什么是激光控制土地平整技術
激光控制平地技術是目前世界上最先進的土地精細平整技術。它利用激光束平面取代常規機械平地中人眼目視做為控制基準，通過伺服液壓系統操縱平地鏟運機具工作，完成土地平整作業。它是高科技激光控制技術與常規機械平地技術相結合的土地平整新技術。傳統的常規土地平整設備主要由推土機、鏟運機和刮平機組成，土地平整狀況一般取決于推土機和刮平機的施工精度。由于推土鏟的液壓裝置為手工控制，平地作業過程中操作人員無法準確地控制推土鏟的升降高度；而鏟運機和刮平機的鏟運刀口與設備輪胎間的相對位置是固定的，平地施工時刀口將隨地面起伏上下錯位，刮平和修整田面的效果并不理想，能達到的土地平整精度有限。而激光控制平地技術是利用激光束產生的平面作為非視覺控制手段代替操作人員的目測判斷能力，用以控制平地機具刀口的升降高度。激光控制平地作業時，一旦鏟運機具刀口的初始位置根據平地設計高程確定后，無論田面地形如何起伏，受激光發射和接收系統的影響，控制器始終經液壓升降系統將鏟運刀口與平地參照面間的距離保持在某一恒定值，土地平整的精度很高。
二、激光土地平整技術原理
農業激光土地平整系統主要由激光發射器、激光接收器、控制器和液壓工作站組成。其工作原理是：激光發射器發出一定直徑的基準圓平面（也可以提供基準坡度），裝在刮土鏟支撐桿上的接收器將采集到的信號經控制器處理后控制液壓執行機構，液壓機構按要求控制刮土鏟上下動作，即可完成土地平整作業。
激光控制平地成套設備一般由四個基本部分構成，即激光發射裝置、激光接收裝置、控制器、平地鏟運設備。
激光發射裝置是一個由電池驅動的激光發生器，常被水平地安裝在矗立于田間的三角支架上。它產生的激光光束被高速旋轉的棱鏡反射，在田面上方產生一個激光平面作為平整土地作業的照面，替代常規土地平整方法中利用地面高程測量得到的、由不連續網格點構成的平整作業基準面。根據需要，激光發射裝置可分為單一零坡度控制（平地參照面為水平面）和任意坡度控制（平地參照面為傾斜平面）兩種類型。
激光接收裝置是垂直安裝在平地鏟運設備桅桿上的信號接收器。平地作業過程中，來自激光發射器的光束首先被接收器檢測，確定此時平地參照面與接收器中心控制點間的相對距離，隨后向控制器發出調整信號，由控制器指揮鏟運設備的升降，使接收器中心控制點位于平地參照平面內。
控制器的功能是根據激光接收裝置傳遞的調整信息，自動控制液壓系統不斷地上下調節行進中的平地鏟運刀口，完成田面挖填方工作。由于激光控制器的自控靈敏性高，故平地精度較高。
三、激光土地平整系統簡介
早在八十年代中期，農業激光平地系統就已經廣泛應用于美國、加拿大等發達國家和地區，近幾年我國也開始應用。該系統可用于整平土地，以便于灌溉，減少水土流失，增加土地產出率。附圖中所示為拖拉機牽引刨式平地機在激光控制下進行平地作業，結合本圖對農業激光平地系統介紹如下：
系統的主要工作部件
1、 激光發射器。用于發射激光，形成激光平面。根據我國的土地規模，目前國內應用的激光發射器發射范圍一般為直徑1000米左右。激光發射器一般都具有自動安平功能，若在工作中受振動或碰撞發生偏離，會自動停止發射，報警并重新自動安平。激光發射器可以安裝在地中央，也可以安裝在地邊角。
2、 激光接收器。用于接收激光信號，顯示信號，并將信號傳輸給控制器。激光接收器一般安裝在平地機具上，通過電纜與控制器連接，接收器接收信號的精度可以調節，如LS-B2激光接收器的精度控制范圍為±3mm～±50mm。
3、 激光控制器。用于處理激光接收器傳輸來的信號，控制液壓工作站工作，從而使平地機工作鏟自動追蹤激光平面進行作業。
四、激光土地平整系統的使用
利用激光平地技術前，先按網格狀采用水準儀完成田間地形測量工作，網格間距一般為5～10米，得到田塊內各測點處的相對高程。再根據測量結果進行平地設計，確定平地設計相對高程。其原則是通過選擇適當的平地設計高程，使平地作業中的挖方量與填方量基本相等。然后在田塊適當位置處安裝激光發射器，確保發射的激光束平面高于田內任何障礙物，以便使激光接收裝置能時刻感應到來自發射器的光束。接著再根據平地設計高程，在田塊內確定鏟運機具的起始位置點，將鏟運刀口落地后，上下調節安裝在設備桅桿上激光接收器的高度，當接收器中心控制點位于激光控制參照面內時，固定該接收器的位置。做好上述準備工作后，從平地起始位置點開始，由拖拉機牽引鏟運設備在田塊內往復作業，挖高填低，搬運土方，自動完成土地平整工作。平整作業完畢后，再按相同的網格形式進行地面復測，評價平地的效果。
五、 激光平地的節本增產效果
應用激光平地技術可以獲得高精度平整 農田，減少田間灌排渠系占地提高水田土地利用率， 減少灌溉用水，提高機械化作業率 提高作物產量。
我國是世界上13個最貧水國家之一，農業用水占用水總量的近80％。目前，我國農田土地平整程度差，田間灌溉效率低，采用激光平地技術，田間灌溉效率可由改造前的40％—50％提高到70％—80％，對我國農業的持續發展具有不小的意義。
激光平地技術作為一種提高地面灌溉質量的重要措施，從20世紀80年代先在美國應用，隨后在世界范圍內得到推廣，被譽為改進地面灌溉的突破性技術。鑒于該技術的節水增產效果，以及提高農機作業效率，我國農墾系統幾年前已開始大力推廣激光平地技術。結果表明：采用激光平地技術平整的土地，較好解決了傳統灌溉方式下大水漫灌造成水資源嚴重浪費的現象，灌水效率達到80％，可節水30％—50％；水田土地利用率提高9％；水資源得到充分利用，減少了土肥流失，糧食產量提高了20％—30％。
附圖：
一、什么是激光控制土地平整技術
激光控制平地技術是目前世界上最先進的土地精細平整技術。它利用激光束平面取代常規機械平地中人眼目視做為控制基準，通過伺服液壓系統操縱平地鏟運機具工作，完成土地平整作業。它是高科技激光控制技術與常規機械平地技術相結合的土地平整新技術。傳統的常規土地平整設備主要由推土機、鏟運機和刮平機組成，土地平整狀況一般取決于推土機和刮平機的施工精度。由于推土鏟的液壓裝置為手工控制，平地作業過程中操作人員無法準確地控制推土鏟的升降高度；而鏟運機和刮平機的鏟運刀口與設備輪胎間的相對位置是固定的，平地施工時刀口將隨地面起伏上下錯位，刮平和修整田面的效果并不理想，能達到的土地平整精度有限。而激光控制平地技術是利用激光束產生的平面作為非視覺控制手段代替操作人員的目測判斷能力，用以控制平地機具刀口的升降高度。激光控制平地作業時，一旦鏟運機具刀口的初始位置根據平地設計高程確定后，無論田面地形如何起伏，受激光發射和接收系統的影響，控制器始終經液壓升降系統將鏟運刀口與平地參照面間的距離保持在某一恒定值，土地平整的精度很高。
二、激光土地平整技術原理
農業激光土地平整系統主要由激光發射器、激光接收器、控制器和液壓工作站組成。其工作原理是：激光發射器發出一定直徑的基準圓平面（也可以提供基準坡度），裝在刮土鏟支撐桿上的接收器將采集到的信號經控制器處理后控制液壓執行機構，液壓機構按要求控制刮土鏟上下動作，即可完成土地平整作業。
激光控制平地成套設備一般由四個基本部分構成，即激光發射裝置、激光接收裝置、控制器、平地鏟運設備。
激光發射裝置是一個由電池驅動的激光發生器，常被水平地安裝在矗立于田間的三角支架上。它產生的激光光束被高速旋轉的棱鏡反射，在田面上方產生一個激光平面作為平整土地作業的照面，替代常規土地平整方法中利用地面高程測量得到的、由不連續網格點構成的平整作業基準面。根據需要，激光發射裝置可分為單一零坡度控制（平地參照面為水平面）和任意坡度控制（平地參照面為傾斜平面）兩種類型。
激光接收裝置是垂直安裝在平地鏟運設備桅桿上的信號接收器。平地作業過程中，來自激光發射器的光束首先被接收器檢測，確定此時平地參照面與接收器中心控制點間的相對距離，隨后向控制器發出調整信號，由控制器指揮鏟運設備的升降，使接收器中心控制點位于平地參照平面內。
控制器的功能是根據激光接收裝置傳遞的調整信息，自動控制液壓系統不斷地上下調節行進中的平地鏟運刀口，完成田面挖填方工作。由于激光控制器的自控靈敏性高，故平地精度較高。
三、激光土地平整系統簡介
早在八十年代中期，農業激光平地系統就已經廣泛應用于美國、加拿大等發達國家和地區，近幾年我國也開始應用。該系統可用于整平土地，以便于灌溉，減少水土流失，增加土地產出率。附圖中所示為拖拉機牽引刨式平地機在激光控制下進行平地作業，結合本圖對農業激光平地系統介紹如下：
系統的主要工作部件
1、 激光發射器。用于發射激光，形成激光平面。根據我國的土地規模，目前國內應用的激光發射器發射范圍一般為直徑1000米左右。激光發射器一般都具有自動安平功能，若在工作中受振動或碰撞發生偏離，會自動停止發射，報警并重新自動安平。激光發射器可以安裝在地中央，也可以安裝在地邊角。
2、 激光接收器。用于接收激光信號，顯示信號，并將信號傳輸給控制器。激光接收器一般安裝在平地機具上，通過電纜與控制器連接，接收器接收信號的精度可以調節，如LS-B2激光接收器的精度控制范圍為±3mm～±50mm。
3、 激光控制器。用于處理激光接收器傳輸來的信號，控制液壓工作站工作，從而使平地機工作鏟自動追蹤激光平面進行作業。
四、激光土地平整系統的使用
利用激光平地技術前，先按網格狀采用水準儀完成田間地形測量工作，網格間距一般為5～10米，得到田塊內各測點處的相對高程。再根據測量結果進行平地設計，確定平地設計相對高程。其原則是通過選擇適當的平地設計高程，使平地作業中的挖方量與填方量基本相等。然后在田塊適當位置處安裝激光發射器，確保發射的激光束平面高于田內任何障礙物，以便使激光接收裝置能時刻感應到來自發射器的光束。接著再根據平地設計高程，在田塊內確定鏟運機具的起始位置點，將鏟運刀口落地后，上下調節安裝在設備桅桿上激光接收器的高度，當接收器中心控制點位于激光控制參照面內時，固定該接收器的位置。做好上述準備工作后，從平地起始位置點開始，由拖拉機牽引鏟運設備在田塊內往復作業，挖高填低，搬運土方，自動完成土地平整工作。平整作業完畢后，再按相同的網格形式進行地面復測，評價平地的效果。
五、 激光平地的節本增產效果
應用激光平地技術可以獲得高精度平整 農田，減少田間灌排渠系占地提高水田土地利用率， 減少灌溉用水，提高機械化作業率 提高作物產量。
我國是世界上13個最貧水國家之一，農業用水占用水總量的近80％。目前，我國農田土地平整程度差，田間灌溉效率低，采用激光平地技術，田間灌溉效率可由改造前的40％—50％提高到70％—80％，對我國農業的持續發展具有不小的意義。
激光平地技術作為一種提高地面灌溉質量的重要措施，從20世紀80年代先在美國應用，隨后在世界范圍內得到推廣，被譽為改進地面灌溉的突破性技術。鑒于該技術的節水增產效果，以及提高農機作業效率，我國農墾系統幾年前已開始大力推廣激光平地技術。結果表明：采用激光平地技術平整的土地，較好解決了傳統灌溉方式下大水漫灌造成水資源嚴重浪費的現象，灌水效率達到80％，可節水30％—50％；水田土地利用率提高9％；水資源得到充分利用，減少了土肥流失，糧食產量提高了20％—30％。
附圖：
