讓農業機械聰明起來

本刊實習記者|盛玲

讓農業機械聰明起來

本刊實習記者|盛玲

“農業智能化精準作業是現代農業發展的必然方向，機械運動參數、作業狀態、質量效果的實時監控與控制是農業智能化精準作業的基礎。我們會一直為農業機械智能化努力。”項目負責人苑嚴偉如是說。

智能農機裝備代表著農業先進生產力，是提高生產效率、轉變發展方式、增強農業綜合生產能力的物質基礎，也是國際農業裝備產業技術競爭的焦點。

“農業智能化精準作業是現代農業發展的必然方向，機械運動參數、作業狀態、質量效果的實時監控與控制是農業智能化精準作業的基礎。農機的發展，離不開智能化檢測與控制手段的升級。我們會一直為農業機械智能化努力。”2016國家重點研發計劃項目“機器作業狀態參數測試方法研究”負責人、中國農業機械化研究院苑嚴偉博士如是說。

長期以來，我國農機缺乏現代智能化檢測手段，作業過程粗放、可靠性差、安全性低、故障率高、作業質量差，導致農業投入品浪費，嚴重影響糧食產量、品質和農機作業效率。而現代農機需滿足大田塊作業要求，向大型化、作業高速化發展。如原來簡單的播種機除需要一名駕駛員外，還需要一名輔助人員來保障作業質量，而大型播種機作業幅度寬、行走速度快，簡單依靠人眼來檢測顯然已經滿足不了作業質量需求，漏播、阻塞情況頻發，需要智能檢測系統自動報警提示操作員排除故障。

在保障機器作業安全可靠方面，我國有針對工業生產的傳感設備，但這些設備不適應農業作業的強光照、變溫差、高塵高濕、隨機強震動的復雜環境；而國外產品因價格高、與國內農機不匹配等原因，也不能直接用于國內農機安排保障。農機作業狀態參數測試方法和技術必須要滿足低成本、高可靠性、多對象適應性等要求，專用傳感測試系統還要經受復雜開放工況環境考驗，達到測得準、控的精、管的細，提升作業效率，保證質量效果。

與發達國家相比，我國農機發展還存在較大差距：發達國家掌握著農業傳感器和檢測系統方面的核心技術并進行產權保護，同時還存在國內外農藝不一致，農機標準和接口不統一等問題。為突破該困境，迫切需要研發適合我國農藝及農機特點的智能檢測系統，來滿足現代農業生產安全、高效、精準和生態的要求。

突破創新，行動起來

“2000年以來，中國農機院一直做這方面的研究。隨著近年來土地集中流轉、計算機和信息技術的進步，項目的破題更能滿足現實的迫切需求。”苑嚴偉說。

2016年7月，由中國農業機械化科學研究院牽頭，聯合中國農業大學、浙江大學、吉林大學、北京農業智能裝備研究中心、中科院自動化所等15家智能農機領域優勢高校和科研機構、企業，共同承擔起國家重點研發計劃項目——“機器作業狀態參數測試方法研究”（以下簡稱“項目”）。

“項目涵蓋的領域很廣泛，從動力機械到播種、植保、收獲等各種不同機械裝備。對應不同的課題都由國內頂尖優秀團隊來承擔。”苑嚴偉說。

這15家高校和科研機構在智能農機研究領域都有深厚技術基礎和研發能力。項目參加團隊是一支多學科融合的隊伍，為跨學科交叉研究和系統集成創新提供了豐富的人才資源，有國家和省部實驗室、國家工程中心，組合了國內最高水平的實驗和測試平臺，提供了必需的研究裝備、分析軟件和試驗場地，為項目的研究和實施提供了全方位的支撐。

根據農機作業中需解決的問題和不同機具類型，項目分為5個課題。這些課題既相互獨立又緊密聯系，研究內容與研究方法相輔相成，保證了項目的科學性和系統性。

項目的目標是：針對復雜開放工況下機器作業狀態參數缺乏有效在線監控方法的問題，探索農機作業狀態參數檢測機理，研究農用動力機械、施肥播種機械、植保機械和收獲機械等典型農機裝備作業過程中的關鍵運動參數、作業狀態和質量效果等測試方法，通過研究在線監測關鍵技術、研制系列專用傳感器、集成開發車載測試系統與檢測裝置，為農機作業可靠性和安全性、節能降耗、作業質量與作業效率提升提供有效技術支撐。

研究內容包括：研究復雜環境下農機作業安全探測的原理，突破土壤致損性硬質異物探測，識別區域隱蔽性人畜和收獲作業時隱形火災預警；突破超低速驅動輪滑轉率檢測和維系原系懸掛結構空間動態載荷測試等。

“別看報告上寫的晦澀難懂，其實要研究的東西很實在，都是解決實際問題的。”苑嚴偉解釋：“研究復雜環境下農機作業安全探測的原理，收獲作業時隱形火災預警”，比如在棉花收獲過程中，采棉指高速運轉，與棉桿摩擦產生火星，經輸棉管進入棉倉，沒有溫度、煙霧、火苗等特征，主要產生痕量一氧化碳氣體，傳統檢測原理無法識別。本項目提出采用可調諧二極管激光吸收光譜技術，探測痕量一氧化碳，實現收獲作業過程中隱性火災的探測。而“突破土壤致損性硬質異物探測，識別區域隱蔽性人畜”，則指研究作業時可能碰到金屬、石塊、樹樁等硬物、隱蔽在作物或農機使用者盲區的人畜的快速識別方法，發現并避開障礙物等。

“‘突破超低速驅動輪滑轉率檢測。’車輛測速對于高速運動的物體來說，通過空間定位、測速傳感器等裝置可以很簡單精確地測試出行走速度，速度高，誤差就小。但是農機處于超低速狀態，還要進行作業，有些比人的行走速度還要慢，常規車輛測速很難直接使用，誤差很大，我們解決的就是農機超低速檢測問題。” 苑嚴偉又舉例道。

項目打破了以往農機智能裝備研發的老思路，提出了創新觀點：如復雜開放環境農機作業安全監測新方法、低速農用動力機械驅動輪滑轉率和維系原空間結構動態載荷檢測關鍵技術等。

推廣智能裝備，實現研究效益

項目自2016年7月開始執行預計在2020年12月結束。屆時，預期成果突破機器作業測試技術12項，研制新型傳感器15種，開發農用動力、施肥播種、植保和收獲等車載測試系統與檢測裝置15套；申請發明專利30項，制定標準草案6項，論文45篇，培養研究生60名，組建一支農機智能裝備研發示范與推廣科研團隊。在項目實施期間完成數量與質量指標的同時進行具體裝備的搭載實驗，完成應用和產業化推廣指標，實現成果的市場化、產業化，將項目開發的產品作為獨立的配套監測及控制系統安裝在國產農機上，可以進一步提高種、藥、肥、苗等農業生產資料的利用效率，減少農業生產資料過量投入造成的環境污染。

“項目完成后，一定不能將科研成果束之高閣，一定要落地，要成果轉化到農機生產企業去，承擔單位聯合了一些企業，科研單位的下屬企業也可以承接這些技術。”苑嚴偉強調。

預計項目完成后，將為我國農機智能裝備精測、精施、精管提供支撐作用；對加快發展智能農機裝備技術，縮小與國外主流產品差距、支撐現代農業發展、保障糧食和產業安全意義重大。

在科學研究方面，將會提升我國農機裝備的智能化水平，增強我國農機產品的自動化檢測能力，加快我國農機裝備向信息化方向步伐；技術創新方面，開發一系列技術，將突破機械作業參數檢測共性和關鍵技術制約，研制的新產品將全面提升我國智能農機裝備的技術水平。

經濟效益方面，通過項目的實施，研發農機關鍵作業參數測試方法與新型傳感裝置，形成車載測試系統，能夠快速集成到農機作業工況監測、故障診斷、作業監管中，將顯著提高農機的作業效率；對農機作業問題、故障進行預測，降低農機故障率，提高無故障工作時間，實現農機1.0到2.0的革命性提升。我國目前有大中型農場、農機合作社等，每年需求10000臺以上的監測系統，年銷售收入可達4000萬元。收獲機械安裝作業質量參數實時在線檢測裝置，收獲損失降低1%，將減少稻麥收獲損失300萬噸以上；化學農藥噴灑采用在線檢測和自動控制技術，可節約化學農藥15-20%，成果應用將產生巨大的經濟效益。