耕地是农业发展之基、农民安身之本。 我国人多地少,实现“确保谷物基本自给、口粮绝对安全”的粮食安全战略,必须守住 18 亿亩耕地红线和耕地质量的底线。 农田土地平整是基本农田建设工程的主要内容之一。 通过土地平整,结合沟、渠、路、林、村规划以及地块规整和重划,增加有效耕地面积,促进土地的集约利用和规模经营,满足田间灌排要求,提高灌水均匀度和水肥利用效率,防治水土流失。 通过土地平整中的耕作层保留工程,提高耕地质量。通过土地平整,方便机械化耕作,改善农业生产条件,加快农业的现代化进程。 目前国内外在农田土地机械化平整作业方面采用的方法主要有三种, 分别是常规土地平整、 激光控制土地平整和 GPS 控制土地平整,三种方法各有其自身的优劣、应用的范围、成本也不同。

传统的常规土地平整设备主要由推土机、平地机、铲运机、装载机和挖掘机等农用工程机械。 在平地作业过程中,推土铲的液压装置为手工控制, 平地作业过程中操作人员无法准确地控制推土铲的升降高度; 而铲运机和刮平机的铲运刀口与设备轮胎间的相对位置是固定的,平地施工时刀口将随轮胎沿地面起伏上下错位,刮平及修整田面的效果有限。 受常规平地机具设备自身缺陷和人工操控精度较低等条件的影响, 当平地效果达到一定平整程度后很难再有所提高。 采用这种方法的特点是运移土方量大、实施平地作业的费用较低,适合对平整程度差、地面起伏大的原始农田进行粗平作业,可以从宏观上改变农田地貌。

激光控制土地平整系统主要由拖拉机、激光发射器、激光接收器、控制器、液压动力系统和刮土铲等部分构成。 原理是激光发射器发出一定直径的基准圆平面 (也可以提供基准坡度)。 实施平地作业时,拖拉机牵引的刮土铲按一定路线连续行进, 安装在刮土铲支撑杆上的接收器将采集到的信号经控制器处理后控制液压执行机构, 液压机构按平地设计高程控制刮土铲上下动作,逐步完成整个地块的平地作业。

由于激光感应控制系统比人工操控的精度和灵敏度高, 从而大幅度提高了土地平整作业的精度。 但是,该项技术适用于地块规模较小、地表起伏不太大的农田的精细平整,且易受强光、大风等特殊天气条件的影响。

GPS 控制土地平整系统主要包括拖拉机、GPS 接收机、车载计算机、控制器、姿态航向传感器、液压控制系统和平地铲等部分组成。 土地平整作业之前, 首先需要对待平整地块进行三维地形测量, 为设计合理的农田平整施工方案提供数据支持。 驾驶拖拉机按照一定路径行驶,车载计算机通过 GPS 接收机实时获取农田不同位置的经纬度坐标及高程, 并对数据进行分析与处理,计算得到基准高程,即平地设计高程。

随后, 车载计算机将实时高程与基准高程进行比较,判断位置高低,并通过控制器向液压系统输出相应控制信号,控制平地铲升降。 土地平整作业结束后, 需要对平整后地块再次进行三维地形测量,进行平整前后平地效果对比,对平整工程质量、 平地效率以及土地平整精度进行定量评价。但是由于运用 GPS 技术与设备成本高,而且受其接收机设备精度的影响, 土地平整作业精度相对激光控制土地平整较低, 在我国的农田平整作业领域还没有普遍使用。

平地精度是衡量土地平整工作质量的一个重要指标,在现阶段,平地机的平地精度控制技术仍然会以激光控制为主,激光发射半径为 400m,作业速度 5~8 km/h,平整精度≤5 cm,适用于播种前的精细平整。 改进方式主要是增加基准激光发射装置的发射功率,增大可控范围,并可以在 GPS 等全球定位系统的帮助下实现尽可能大范围的土地精平。 从长期来看,随着我国北斗卫星导航定位系统的建立, 高精度导航定位技术、电子技术、现代传感技术、计算机技术和自动控制技术在农业机械装备上的广泛应用,卫星导航控制平地技术以其自动化程度高、作业范围大、受环境因素影响较小的特点,会显著提高土地平整智能化水平, 对我国现代农业的发展将起到有力的推动作用。