玉米播種監(jiān)測系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

摘要：基于玉米精量播種機具作業(yè)中存在的主要問題，介紹開發(fā)玉米精密播種監(jiān)測系統(tǒng)的重要意義和國內(nèi)外研究進展，論述玉米播種監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方面取得的主要成果，為推動玉米播種向智能化方面發(fā)展提供借鑒。

關(guān)鍵詞：監(jiān)測系統(tǒng)；精密播種；玉米；智能化

中圖分類號：S22；TP277 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2019）02-0054-02

玉米是我國第二大糧食作物，營養(yǎng)價值和附加價值高，在我國的糧食生產(chǎn)和糧食安全中占據(jù)非常重要的地位。播種是玉米栽培的重要環(huán)節(jié)之一，對確保苗全、苗齊和苗壯有重大影響。設(shè)計開發(fā)玉米精密播種監(jiān)測系統(tǒng)，智能控制精量播種及靶向施肥作業(yè)，可有效提升播種株距精度和作業(yè)速度，推動我國玉米精密播種機向智能化方向發(fā)展。

1 玉米播種監(jiān)測的重要性

在2012年的糧食增產(chǎn)模式試點啟動儀式上，農(nóng)業(yè)部提出到2020年我國糧食增產(chǎn)500億kg以上。這一目標(biāo)的實現(xiàn)，在很大一部分上需要依靠玉米產(chǎn)量的提升。

近年來，玉米播種從條播、穴播發(fā)展到精密播種。精密播種能夠精確控制播種量和株距，省種高產(chǎn)，是當(dāng)前玉米播種技術(shù)的主流和發(fā)展方向。然而，玉米精量播種機作業(yè)時是封閉的，很難在第一時間發(fā)現(xiàn)作業(yè)故障。一旦出現(xiàn)漏播、缺種、輸種管和開溝器堵塞等問題，就會導(dǎo)致一行或數(shù)行漏播或少播。如果進行人工補種作業(yè)，勢必耗費一定的人力物力，且有可能影響玉米產(chǎn)量。尤其是我國東北和西北的玉米主產(chǎn)區(qū)多應(yīng)用大型氣力式精密播種機，其作業(yè)速度快，播幅寬。如果不能及時發(fā)現(xiàn)故障，會造成玉米種子大面積漏播，不僅影響播種機的作業(yè)質(zhì)量，對苗全、苗齊和苗壯也有很大影響，甚至造成玉米減產(chǎn)。與此同時，肥料施播也是封閉狀態(tài)，多種肥料混合易造成輸肥管堵塞，加之肥箱缺肥現(xiàn)象時有發(fā)生，加劇了玉米精量播種的漏播或少播機率。在此情況下，設(shè)計開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測的智能系統(tǒng)，對確保玉米播種施肥質(zhì)量具有非常重要的意義。

2 國內(nèi)外玉米播種監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，智慧農(nóng)業(yè)已經(jīng)成為輔助農(nóng)業(yè)機械發(fā)展的必然趨勢。法國、澳大利亞、美國等農(nóng)業(yè)發(fā)達國家，早在20世紀(jì)70年代就將電子信息應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機械播種等方面。當(dāng)前，國外的精密播種機監(jiān)測技術(shù)相對成熟，檢測系統(tǒng)功能齊全，準(zhǔn)確度較高，性能良好。

近年來，隨著計算機技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，我國的玉米播種智能監(jiān)控技術(shù)也越來越成熟。諸多科研人員和學(xué)者開展了相關(guān)研究和設(shè)計，并取得了很多研究成果，推動我國玉米精密播種機智能化水平的發(fā)展。但部分監(jiān)控系統(tǒng)研究是在實驗室態(tài)下完成的，在環(huán)境惡劣的田間作業(yè)時的穩(wěn)定性有待提高。

3 玉米播種機作業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

為與220.5 kW拖拉機配套的大型氣力式玉米精密播種機配套，孫宜田等研制一種氣力式玉米精播機播種監(jiān)控LED顯示系統(tǒng)，以拖拉機的12 V電瓶為電源，利用自行開發(fā)的專用光電傳感器克服盲區(qū)，實現(xiàn)種子堵塞報警和缺種報警指示，并顯示故障所在的具體位置。田間使用結(jié)果表明，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

馬良等設(shè)計的氣力式玉米精播機種肥監(jiān)控系統(tǒng)，可同時檢測11行（可擴展）種子和22行（雙層）肥料的施播情況，準(zhǔn)確顯示每一行種子及整機的玉米種子播種數(shù)、漏播數(shù)、重播數(shù)、漏播率、重播率、堵塞、缺種、肥料、缺肥故障所在的行。當(dāng)發(fā)生故障時，系統(tǒng)會發(fā)出聲光報警指示。系統(tǒng)多次在黑龍江省農(nóng)業(yè)機械工程科學(xué)研究院研制的大型氣力式玉米精密播種機上進行應(yīng)用，測量精度高，漏報、誤報率低，監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

為解決免耕播種機因地輪打滑引起的漏播、化肥利用率低等問題，趙瑜會等利用微控制技術(shù)、傳感技術(shù)和遠程傳輸技術(shù)等多種技術(shù)，開發(fā)了一種玉米免耕播種機播種施肥監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括主控制單元、播種監(jiān)控系統(tǒng)、施肥監(jiān)控系統(tǒng)和遠程監(jiān)測管理系統(tǒng)。播種監(jiān)控系統(tǒng)采用無刷直流電機替代地輪來驅(qū)動指夾式排種器工作，并用PVDF壓電傳感器檢測排種器的工作狀況。田間試驗結(jié)果表明，作業(yè)速度為1～9 km/h時，排肥器實際排肥量與理論排肥量的相對誤差在1.01%～8.58%之間。

針對我國精密播種機目前所存在的問題，孟鵬祥利用現(xiàn)代電子信息技術(shù)與傳感器技術(shù)，研究玉米精密播種機智能監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括播種量與作業(yè)面積監(jiān)測統(tǒng)計、排種器無級調(diào)速系統(tǒng)、影像監(jiān)測系統(tǒng)、覆土鎮(zhèn)壓聯(lián)動測控系統(tǒng)。室內(nèi)試驗與大田試驗表明，監(jiān)控系統(tǒng)能夠監(jiān)測播種工況，具有集成化程度高、工作可靠、測量精準(zhǔn)、便于維護等優(yōu)點。

李海龍設(shè)計的農(nóng)作物播種施肥自動化作業(yè)智能監(jiān)控系統(tǒng)（見圖2），能夠?qū)r(nóng)業(yè)谷物類作物（如玉米、花生、黃豆）的播種情況（株距、漏播等）進行全程監(jiān)測，并通過對相關(guān)傳動部分控制有效降低作業(yè)成本和提高經(jīng)濟效益。系統(tǒng)解決了播種機和施肥機質(zhì)量過大、傳動部分故障多、漏播、排種量難控制等諸多問題，適合我國農(nóng)業(yè)節(jié)能減排的發(fā)展方向。

4 結(jié)語

保護性耕作技術(shù)的推廣與應(yīng)用，使玉米播種環(huán)境發(fā)生變化，加之不同地區(qū)存在農(nóng)藝差異，使玉米播種機作業(yè)質(zhì)量方面的問題頻出，如株距不穩(wěn)、播深和鎮(zhèn)壓強度難以保證農(nóng)藝要求等。精密播種機智能監(jiān)控系統(tǒng)是當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展亟需解決的重點技術(shù)，也是促進我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。

參考文獻

[1] 馬良，孫宜田，韓天峰，李少清，馬天石，桑運洪.氣力式玉米精播機種肥監(jiān)控系統(tǒng)的研制[J].農(nóng)機化研究，2012，34（4）：79-83.

[2] 孫宜田，王全景，李少清，等.一種氣力式玉米精播機播種監(jiān)控LED顯示系統(tǒng)[J].中國農(nóng)機化，2012（1）：151-154.

[3] 王啟芳.對玉米精密播種機監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].內(nèi)燃機與配件，2018（15）：8-9.

[4] 趙瑜會. 玉米免耕播種機播種施肥監(jiān)控系統(tǒng)研究[D].長春：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，2018.

[5] 孟鵬祥.玉米精密播種機智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].淄博：山東理工大學(xué)，2016.