玉米播種機控制中的英語復合句語義分析

張 燕

(黃河交通學院，河南 焦作 454950)

0 引言

玉米是主要的糧食作物，還可作為畜禽飼料和能源開發(fā)原料，也是重要的經濟作物。目前，我國的玉米種植面積接近4 000萬hm2，產量超過2億t。即便如此，我國每年仍要進口一定數量的玉米，才能滿足國內需求。玉米的用途廣泛，種植和消費規(guī)模龐大，在國民經濟中占有重要地位[1]。

玉米生產過程中播種環(huán)節(jié)耗時費力，作業(yè)時期很短，作業(yè)質量對產量有較大影響。機械化程度是反映農業(yè)發(fā)展水平的重要方面，設計和推廣玉米播種機具有很大的現(xiàn)實意義。隨著科學發(fā)展和技術進步，我國開發(fā)了多種玉米播種機，如用于干旱地區(qū)的精量施水播種機及全膜覆蓋的雙壟溝播機和折疊式免耕播種機等，都在實踐中取得了良好的效果[2-4]。上述機械可以設定行距和間距實現(xiàn)均勻播種，并集成覆土、施肥和灑水功能于一體，不僅具有更高的作業(yè)質量，還能節(jié)約用種量、勞力和作業(yè)時間。通過機械播種的玉米出苗率高、整齊度好，為高產穩(wěn)產提供了保障。

我國玉米播種機發(fā)展迅速，現(xiàn)在已經形成了良好的開發(fā)應用局面；但是，與國際先進水平相比，我國玉米播種機在部分性能上還不完全成熟，影響了播種作業(yè)的效果。首先，排種器凹坑的大小固定，導致對籽粒大小不同的種子容納數量存在差異，降低了排種精度。其次，大部分機械的播種株間距不能調整，難以很好地適應不同玉米品種和種植習慣。另外，受機械設計和整體性能的影響，實際作業(yè)過程中會出現(xiàn)種箱排空、導種管堵塞等造成的漏播，以及地輪打滑影響播種精度的問題。

因此，在設計新型播種機械時，可以參考上述問題，通過對機械結構的優(yōu)化設計來獲得更為完善的綜合性能。對于現(xiàn)有機械，則可以加載新的電子監(jiān)測和控制系統(tǒng)，通過實時控制性能推動機械智能化的提升。目前，我國已研制出多種玉米播種機智能監(jiān)測和控制系統(tǒng)，核心技術包括單片機、PLC、傳感器和編碼器等，提高了玉米播種機的性能和適應性[5-9]。

英語是世界應用最廣泛的語言，在農業(yè)機械上采用英語的設計語言和控制指令可以與國際接軌，促進我國農業(yè)機械走向國際市場。同時，對進口農業(yè)機械上的英語使用方式進行研究，也可以達到參考國外先進經驗，提高我國農業(yè)機械水平的目的。玉米播種機的結構復雜、部件繁多、操作難度較大，研究利用英語語言理解對其進行控制具有重要意義。語言理解通常是指人類通過視覺或聽覺接收語言信息并構建語言描述的環(huán)境，從而獲得語言所表達的內容。語言理解依靠計算機技術延伸到自然科學領域，主要應用在機械設計制造方面，可以參與模型的重建[10-11]。

若要將英語語言理解應用于農業(yè)機械的控制，需要對英語語言形式表達的控制需求進行理解和分析，然后將分析結果轉化為控制指令和動作。英語語言理解可以提高對農業(yè)機械的控制精度，并降低控制難度。語句是語言理解過程中承上啟下的重要單位，英語的語句根據結構可以分為簡單句、并列句和復合句。復合句中的從句用于對主句動態(tài)事件的發(fā)生對象、發(fā)生時間和發(fā)生條件進行限定和準確描述，在農業(yè)機械控制中可以增加控制指令的精細程度，具有重要的研究價值。胡樹凱比較了自然語言理解中各種語義分析方法的優(yōu)缺點，并分析復合句語義各個概念的唯一性問題，以此建立的模型在機械產品設計測試中取得了理想的結果[12]。本文對英語語言理解中的復合句語義進行分析，將其應用在玉米播種機的播種深度、排種精度和行駛方向控制上，以便提高農業(yè)機械的智能化水平，降低操作難度。

1 機械設備和硬件

機械設備為RN-Z02型玉米播種機，功率通過轉動軸輸出，集播種、施肥和覆土功能于一體。播種機可以實現(xiàn)3行同播，行距為45～60cm，株距為16～32cm，均可根據實際需要進行調整，最佳播種深度為15cm。牽引機械是東方紅LX1000型拖拉機，后輪距212cm，離地高度43cm，輸出功率達到73.5kW，行進速度在2～36km/h之間。用于英語語言理解的設備為戴爾I3668-18N2型電腦，配置包括Intel i5處理器、8GB的內存和1TB的硬盤，由拖拉機的蓄電池提供電源。語言理解在visual C++程序中進行，軟件運行環(huán)境為Windows10操作系統(tǒng)。

2 語義分析

語言理解的實質是通過分析篇章和理解語義，將玉米播種機的控制指令轉換為實際的操作動作。語言理解首先分析單詞的詞義，然后依照語法將它們組合成語句的語境，同時對作為語句組成部分的各類單詞分別釋義，不能完成釋義的單詞重回上一步進行分類處理，直至完成釋義。以成功釋義的語句為基礎，由規(guī)范化處理形成篇章分析的語言形式，最終得到核心事件的模型進行語義模型建立。

語義分析是自然語言理解的關鍵和難點，因此對語言理解的大量研究都集中在語義分析上。在英語的3種語句結構類型中，復合句最為復雜，表達的內容也最豐富。本文對復合句的語義分析是依據完整語義的思想進行的，即以主句的事件為核心，按照特定順序圍繞每個動詞進行完整的語義分析，將不能成功分析的動詞暫時存儲，在整句分析結束后再重新組合后分析。組成復合句的各個單句事件分析結束后，抽象化的事件名詞返回到父句，由父句將這些名詞填充到相應的語法位置上，然后重復進行上述的單句語義分析過程。當不再出現(xiàn)需要進行分析的父句時，則表明完成了復合句的語義分析，同時根據最終的語義形成播種機控制指令輸出，其流程如圖1所示。

圖1 復合句語義分析流程Fig.1 Flow path of semantic analysis of compound sentence

3 控制功能

播種機的參數設定和操作指令用英語表達，語言理解程序對各類句型進行語義分析，理解指令內容后通過輸出信號實現(xiàn)控制功能。播種機駕駛員的口頭或文字指令通過輸入裝置接收，由計算機識別和推理釋義，控制執(zhí)行裝置根據指令完成相應操作。本文研究了復合句語義分析對玉米播種機播種深度、排種精度，以及行駛方向的控制作用。

播種深度即實際的開溝深度，通過傳感器對播種機仿形輪隨地表上下浮動的位移信號測量獲得。計算機將實際的開溝深度與設定播種深度比較，根據結果輸出控制指令，以四連桿結構改變開溝器的位置，從而校正播種深度。

排種精度是由導種輪決定的，通過霍爾傳感器檢測導種輪的轉動信號，計算機根據轉動信號計算出導種輪的實際轉速并與設定的轉速比較，再通過驅動電機對導種輪的轉速進行校正，從而維持設定的播種精度。

對行駛方向采用方向盤控制方式，方向控制器與收割機的方向盤連接，由馬達驅動轉向。方向控制器安裝方便，與語言理解設備能夠很好兼容。

玉米播種機上述3種控制功能涉及的部件繁多，連接復雜，動作執(zhí)行需要滿足各種前提條件，因此復合句在其控制程序的編寫過程中發(fā)揮著重要的作用。3種控制功能的代表性復合句以狀語、定語和主語等類型的從句為主，如表1所示。

表1 不同控制功能的代表性復合句Table 1 Representative compound sentence of different controlling functions

4 試驗結果和分析

2017年，在4個不同類型的玉米試驗田中驗證這種玉米播種機控制方法的效果。拖拉機以5km/h的速度牽引播種機按照預先規(guī)劃的路線行駛，同時進行播種作業(yè)。使用的玉米品種為農華101，播種深度設定為15cm，株間距設定為25cm。每次取2 000粒種子用于試驗，作業(yè)完成后測量播種機的行駛距離，從而計算實際的株間距。另外，每個田塊中隨機抽取10個點，測量播種深度和行駛路線的偏移距離，計算平均值并與設定值進行比較。

試驗結果如表2所示。結果表明：實際播種深度在14.5～16.2cm之間，與15cm的設定播種深度相比差距很小；實際株間距在25.5～26.8cm之間，均大于25cm的設定株間距，但最大的差異僅為1.8cm。因此，玉米播種機的播種精度較高，能夠滿足實際作業(yè)的要求。機械行駛路線的偏移距離在17.2～20.4cm之間，沒有超過拖拉機輪距的10%，這說明該方法對機械行駛方向的控制效果較好。

表2 語言理解對玉米播種機的控制效果

Table 2 Control effect of language understanding on corn seeder

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5 結論

對英語語言理解中的復合句依據完整語義的思想進行語義分析，探討了在玉米播種機控制中的應用。復合句語義分析以主句的事件為核心，按照特定順序圍繞每個動詞進行完整的語義分析，將抽象化的事件名詞返回到父句，根據最終的語義形成播種機控制指令輸出。文中研究了復合句語義分析對玉米播種機播種深度、排種精度和行駛方向的控制作用，列舉了3種控制功能的代表性復合句和從句類型。試驗結果表明：該方法對玉米播種機播種精度和行駛方向的控制效果較好，能夠滿足實際作業(yè)的要求，可以用來提高農業(yè)機械的智能化水平，降低操作難度。