王 帥

（遼寧省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，沈陽(yáng) 110161）

農(nóng)作物播種是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)之一。市面上的精播機(jī)大多是封閉結(jié)構(gòu)，播種作業(yè)中的輸種管阻塞、排種器等故障無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，常出現(xiàn)漏播和少播的情況。若出苗后人工補(bǔ)種或人工移栽，不僅會(huì)增加生產(chǎn)成本，而且幼苗的成長(zhǎng)差異嚴(yán)重影響植株生長(zhǎng)和作物產(chǎn)量。在免耕播種機(jī)大量推廣應(yīng)用的情況下，作業(yè)地表情況更為復(fù)雜，作業(yè)環(huán)境更加惡劣，排種器故障頻出的問(wèn)題更加突出。據(jù)統(tǒng)計(jì)，各類大籽粒作物精量播種機(jī)的平均漏播率在13%以上。在此情況下，研制對(duì)排種機(jī)播種質(zhì)量精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)的設(shè)備，對(duì)提高作物播種質(zhì)量具有重要意義。

1 國(guó)外作物播種智能監(jiān)測(cè)設(shè)備研究進(jìn)展

早在20世紀(jì)40年代，國(guó)外就致力于精量播種機(jī)的研制。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外普遍采用光電檢測(cè)技術(shù)監(jiān)控播種質(zhì)量特別是重播、漏播情況。

近年來(lái)，隨著歐美國(guó)家精量播種技術(shù)的日益完善，精量監(jiān)測(cè)相關(guān)研究也隨之發(fā)展起來(lái)，監(jiān)測(cè)方式有機(jī)械式監(jiān)測(cè)器、機(jī)電式監(jiān)測(cè)器、電子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。利用光電傳感器技術(shù)，國(guó)外研制出了各種光開光，用來(lái)檢測(cè)和監(jiān)控重播或漏播。光電檢測(cè)技術(shù)將輸管中種子流動(dòng)的情況變換成電信號(hào)傳送給CPU，當(dāng)出現(xiàn)播種故障時(shí)，監(jiān)視裝置可進(jìn)行聲光報(bào)警。

目前，國(guó)外的作物播種監(jiān)測(cè)方法已達(dá)到一定水平，但在控制漏播等方面還未完善起來(lái)。發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛采用大型氣力式谷物播種機(jī)，雖然存在漏播現(xiàn)象，但漏播補(bǔ)種產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益并不明顯，對(duì)自動(dòng)補(bǔ)種技術(shù)的需求并不迫切，因此監(jiān)控系統(tǒng)研究仍停留在監(jiān)測(cè)階段。

2 國(guó)內(nèi)作物播種智能監(jiān)測(cè)設(shè)備研究進(jìn)展

2.1 監(jiān)測(cè)設(shè)備

從20世紀(jì)80年代起，國(guó)內(nèi)一些科研單位陸續(xù)開展播種監(jiān)測(cè)設(shè)備研究，并取得了諸多研究成果，研制了一些比較先進(jìn)的播種監(jiān)測(cè)設(shè)備。

西北農(nóng)林大學(xué)的葛世強(qiáng)設(shè)計(jì)一種大籽料作物精量播種漏播自動(dòng)系統(tǒng)，旨在簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)位置無(wú)偏差補(bǔ)種，提高播種質(zhì)量，對(duì)提高種子利用率和勞動(dòng)生產(chǎn)率具有重要意義。

山西農(nóng)業(yè)大學(xué)的馬煥菲針對(duì)BST-6型播種機(jī)試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)用軟件視覺測(cè)試系統(tǒng)，研制出基于V艸+排種種子流視覺檢測(cè)軟件，由校正的型孔種子數(shù)時(shí)序樣本統(tǒng)計(jì)型孔種子數(shù)頻率分布，并據(jù)此計(jì)算漏播指數(shù)、合格指數(shù)、超播指數(shù)指標(biāo)。對(duì)比試驗(yàn)表明，穴播軟件檢測(cè)結(jié)果和人工實(shí)測(cè)結(jié)果沒(méi)有本質(zhì)上的差異。這種適用于穴播排種器和單粒播精播排種器，對(duì)提高播種效率的自動(dòng)化分析和實(shí)時(shí)性處理具有重要意義。

江蘇大學(xué)的邊疆在JPS-12精密排種器性能檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)的基礎(chǔ)上，著眼于排種器性能檢測(cè)系統(tǒng)精度和實(shí)用性的提高，運(yùn)用高速攝像系統(tǒng)采集精密排種器排種過(guò)程的圖像，研究精密排種器性能檢測(cè)方法。以油菜種子為試驗(yàn)對(duì)象，在不同參數(shù)條件下進(jìn)行播種試驗(yàn)，結(jié)果表明，其與人工檢測(cè)的排種合格率相對(duì)誤差小于1%，播種變異系數(shù)相對(duì)誤差小于3%，檢測(cè)精度滿足檢測(cè)要求。

湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)的熊瑛針對(duì)現(xiàn)有黃油膠帶法試驗(yàn)臺(tái)存在的不足，采用輸送帶上鋪砂原理設(shè)計(jì)鋪砂型排種器試驗(yàn)臺(tái)，利用砂層的緩沖作用防止種子著落時(shí)彈跳，并用機(jī)器視覺技術(shù)對(duì)排種圖像進(jìn)行采集與處理，實(shí)現(xiàn)排種器性能參數(shù)的實(shí)時(shí)自動(dòng)分析。相對(duì)于傳統(tǒng)的涂油方式，具有種子可回收利用、無(wú)污染、機(jī)器視覺參照背景優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。

吉林大學(xué)的姚鵬飛由機(jī)械式強(qiáng)制排種入手，設(shè)計(jì)出采用凸輪推桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)強(qiáng)制排種的型孔容積可變式精密排種器。借助高速攝像技術(shù)進(jìn)行投種對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明：排種時(shí)距穩(wěn)定，投種軌跡均勻一致，可提高排種器粒距一致性。

遼寧省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所針對(duì)市場(chǎng)需求，基于Triz理論的分析方法，研究適用于施肥、播種作業(yè)的電子監(jiān)控設(shè)備。設(shè)備可替代多類型作物播種機(jī)的播種傳動(dòng)機(jī)械裝置和施肥機(jī)械裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)播種作業(yè)位置、播種面積、剩余種量、預(yù)播種面積、漏播及補(bǔ)播情況、施肥配量、施肥漏施及補(bǔ)施、施肥面積等相關(guān)信息，根據(jù)預(yù)設(shè)播種參數(shù)和施肥參數(shù)及時(shí)做出相應(yīng)的控制動(dòng)作和報(bào)警，實(shí)現(xiàn)施肥、播種自變量控制。設(shè)備可解決播種機(jī)和施肥機(jī)過(guò)重、傳動(dòng)部分故障多、排種施肥口阻塞或漏播漏施、排種量難計(jì)算和施肥量難控制等問(wèn)題。

2.2 監(jiān)測(cè)及補(bǔ)種設(shè)備

隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)進(jìn)行無(wú)接觸測(cè)量的研究逐漸展開。國(guó)內(nèi)播種機(jī)漏播監(jiān)測(cè)技術(shù)不僅獲得許多成果，而且對(duì)自動(dòng)補(bǔ)種也進(jìn)行了相關(guān)研究。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的金衡模等利用光電傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)播種過(guò)程的排種監(jiān)測(cè)，還提出玉米免耕播種機(jī)的漏播補(bǔ)償設(shè)計(jì)裝置（見圖1）。

漏播監(jiān)測(cè)設(shè)備主要是采用排種管監(jiān)測(cè)，或在補(bǔ)種裝置原排種器外加裝一套備用排種裝置，當(dāng)原排種裝置出現(xiàn)漏播時(shí)，備用裝置進(jìn)行補(bǔ)播。這種排種器與漏播補(bǔ)種裝置相采用互獨(dú)立的補(bǔ)種方式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，種子正常排種與補(bǔ)種時(shí)下落路徑不同，存在補(bǔ)種位置不準(zhǔn)確等問(wèn)題。

圖1 補(bǔ)償式精密播種機(jī)Figure 1 Compensation precision planter

3 結(jié)語(yǔ)

在全球信息化和數(shù)字化背景下，農(nóng)作物播種監(jiān)控系統(tǒng)由視頻監(jiān)控系統(tǒng)向嵌入式網(wǎng)絡(luò)信息采集等遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，研制對(duì)作物的播種情況（株距、漏播等）進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)的實(shí)用設(shè)備，對(duì)提高作物產(chǎn)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］葛世強(qiáng).大籽粒作物精量播種漏播自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)［D］.咸陽(yáng)：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2015.

［2］熊瑛.基于機(jī)器視覺的排種器性能檢測(cè)技術(shù)研究［D］.長(zhǎng)沙：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

［3］馬煥菲.基于VC++排種種子流視覺檢測(cè)軟件的研發(fā)［D］.晉中：山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015.

［4］邊疆.基于高速攝像系統(tǒng)的精密排種器性能檢測(cè)方法及試驗(yàn)研究［D］.鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2009.