精準農業聯合收割機的控制和測量裝置技術

賈曉靜 成志偉

摘 要：聯合收割機在我國農作物收割中發揮著越來越重要的作用，控制和測量裝置是聯合收割機的重要裝置。本文對精準聯合收割機的智能測產技術、喂入量測控、脫粒質量測控及分離和清選損失測控進行了介紹，并對智能測產技術發展路線進行了分析。

關鍵詞：精準聯合收割機;控制;測量

中圖分類號：S225.3 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）13-0039-03

Abstract： Combine harvester is playing an increasingly important role in crop harvesting in China. The control and measuring device is an important device for combine harvester. In this paper， the intelligent measuring technology， feed measurement， threshing quality control and the selection and control of the loss of clean selection separation of precision combine harvester was introduced， and the development route of intelligent measurement technology was analyzed.

Keywords： precision combine harvester;control;measurement

隨著全球定位系統GPS、地理信息系統GIS、連續數據采集傳感器CDS及遙感RS等技術的發展，農業逐漸向現代化和機械化發展，精準農業應運而生。精準農業主要包括信息技術、工程設備技術以及生物技術。通過這些技術，對農田的水分、肥料、種子、人力以及藥物等進行實時檢測，從而實現農業生產的精確性。精準農業的核心是對農田變量因素進行精確管理，以降低投入成本，增加產量，優化土地使用。具體地，精準農業是因地制宜，將合適的農作物種植在合適的土地上，更充分地利用資源，使農作物一直處于最佳生長狀態。精準農業聯合收割機是帶有GPS的智能化農業機械，是實施精準農業的核心技術裝備之一。

1 精準農業聯合收割機

精準農業聯合收割機主要研究方向為智能測產、喂入量測控、脫粒質量測控及分離和清選損失測控[1]。喂入量測控主要是通過控制聯合收割機的行走速度、割幅寬度來實現;脫粒質量測控主要是通過控制滾筒轉速、滾筒扭矩及谷物水分來測量。圖1為精準農業聯合收割機的測量和控制裝置技術分解。

1.1 智能測產

谷物的產量是精準農業的一個重要指標。智能測產是聯合收割機基于GPS系統進行定位，由測產系統根據收割機的行走速度、割幅寬度及谷物籽粒的流量測出各地塊產量，繪出產量分布圖。產量分布圖可以決定下一季決策，還可以評價這一季度的管理效果。

1.2 喂入量測控

喂入量是指聯合收割機在單位時間內加工的作物量，是聯合收割機的一個重要參數。喂入量測控是測控聯合收割機工作效能最高的喂入量情況，以提高生產率，減少谷物損失。

1.3 脫粒質量測控

脫粒質量測控是實時檢測脫粒滾筒的轉速，根據喂入量和喂入秸稈的情況實時調節脫粒滾筒的轉速，以明顯提高脫粒的效率，保證最佳的脫粒質量。

1.4 分離和清選損失測控

聯合收割機工作過程中，最重要的一個指標是降低谷物的分離和清選損失。分離和清選損失測控使用的是谷物損失傳感器，通過傳感器將分離出來的糧食與收獲的糧食作比較，進而得到糧食的分離和清選損失量。

2 聯合收割機智能測產技術發展路線

作物的產量是精準農業中需要獲得的重要信息，可以充分反映農田土壤特性、化肥利用、地形結構、氣象因素、灌溉情況以及蟲草侵害等因素對產量的影響。實時獲取的產量信息和據此得到的產量圖是“處方農作”中不可缺少的信息[2]。因此，智能測產是聯合收割機的重要部分。智能測產是聯合收割機在行進過程中，利用GPS定位系統確定聯合收割機的位置，根據收割機的行走速度、割幅寬度和谷物籽粒的流量測出各地塊產量，繪出產量分布圖。智能測產在國內外都得到重視，主要是利用傳感器。現有的智能測產傳感器有谷物沖擊式流量傳感器、谷物光電式傳感器、谷物γ射線流量傳感器及谷物容積式傳感器。其中，谷物沖擊式流量傳感器是利用沖擊板感受谷物的沖擊，然后輸出一個頻率信號，根據頻率信號換算出谷物的質量;谷物光電式傳感器是將一個光源安置在糧食升運器的邊上，光接收器安裝在升運器另一個相同高度的邊上，根據谷物光傳感器接受不同光的時間，計算出谷物的重量;谷物γ射線流量傳感器根據其閃光頻率與被測谷物厚度呈指數關系，通過谷物厚度測量谷物的產量;谷物容積式傳感器是在谷物升運器出口和谷物入口各安裝一個葉輪，葉輪上方有一個用于探測的傳感器，控制聯合收割機驅動葉輪旋轉，將谷物倒入糧倉，同時計算機對從葉輪排出到糧箱的葉輪谷物的次數進行計數，谷物的總體積等于葉輪的固定體積乘以葉輪旋轉次數，然后根據體積換算出總的糧食產量。

聯合收割機智能測產技術的發展不是一蹴而就的，而是經歷了將近一個世紀的發展才到現在的水平。圖2為聯合收割機智能測產技術發展路線圖。由圖2可知，聯合收割機的控制和測量裝置的智能測產起步較晚，1974年，德國MASCHFAB FAHR AG公司發明了通過光電傳感器測量谷物產量;1980年，德國申請人提出了在聯合收割機上設置重量測量裝置，用于測量收獲面積上的產量;1984年，德國DRONNINGBORG MASKINFAB AS公司提出了通過X射線測量谷物質量流;1992年，美國DAWN EQUIP CO公司發明了一種測量清選干凈后的谷物產量圖;1996年，英國MASSEY FERGUSON LTD公司發明通過GPS監測系統和分析單元繪制產量分布圖，其標志著聯合收割機產量測量向智能化方向發展;2001年，CRH比利時有限股份公司發明了通過計算聯合收割機的速度乘以工作幅寬，建立聯合收割機的產量分布圖;2002年，美國愛科公司發明了實際測量產量圖，并與記載的產量圖進行對比，以更加精準地測量聯合收割機收割谷物產量;2002年，美國迪爾公司發明了一種校準聯合收割機上產量監控器的質量流傳感器的方法，通過安裝在聯合收割機上的無線通信裝置和安裝在運載工具上的遠程無線通信裝置來校準聯合收割機上的質量流傳感器;2004年，日本洋馬農機株會社發明了一種農業收獲機械的管理設備，通過建立最優作物，更容易建立每塊地的產量和每個季節的產量，管理效率更高;2006年，美國迪爾公司提出通過計算機和GPS來計算地區谷物產量;2012年，韓國UNIV GYEONGSANG IND ACAD COOP FOUND公司發明了谷物產量監視裝置，設置一個監視單元來接受轉移的谷物量，傳感單元感測轉移過來的谷物量，輸出傳感信號來控制轉移的谷物量。

分析圖2可知，聯合收割機智能測產技術發展最初是通過體積流量法和質量流量法檢測。例如，美國主要采用沖擊式載荷測量法，英國采用電容法測量谷物質量流量，德國采用容積式光電測量法測量。隨著科學技術的進步，越來越多的企業研究智能測產的方法。利用GPS定位系統采集信號，在田間作業時，利用差分定位系統確定收割機的位置，根據收割機的速度、割幅和谷物籽粒的流量測出實時產量，繪制產量分布圖，實時比較現測產量與存儲產量之間的差別，檢測聯合收割機是否有異常。聯合收割機智能測產還需要在如下方面加強研究。第一，增加測產系統中傳感器的研究。傳感器是智能測產中的重中之重，其質量的好壞直接影響測量產量的效果，因此，要加大傳感器的研究，盡量減小測產的誤差。第二，要提高產量圖的精確度。產量圖直接關系到產量的計算，因此，要利用現有的科學技術，提高產量圖的繪制效果。第三，加強與其他先進技術的結合。隨著互聯網技術的發展，將互聯網技術與智能測產結合起來，可實現智能測產的現代化。

3 結語

精準農業聯合收割機在現代農業生產中發揮著越來越重要的作用。我國精準農業聯合收割機發展相比于國外還處于落后狀態，應當加大對精準農業聯合收割機的投入，研究出適合我國國情的精準農業聯合收割機，以滿足我國農業現代化的發展需求。

參考文獻：

[1]介戰，劉紅俊，候風云.中國精準農業聯合收割機研究現狀與前景展望[J].農業工程學報，2005（2）：179-182.

[2]王志海，王沛東，孟志軍，等.谷物聯合收割機測產技術發展現狀與展望[J].農機化研究，2014（1）：9-15.