農機深松作業信息監控技術研究

趙鮮

摘 要 農田深松作業技術作為我國土壤保護性耕作的重要組成，此項技術的特點是其在使土層抬升，達到進行土壤疏松、增加耕層深度的過程中，能夠在不進行翻土、將土層結構破壞的情況下進行，對土壤而言，深松可以促使其蓄水能力提升，對糧食產量增加也有一定促進作用。只不過對此項作業的驗收一直是困擾農機監管部門的一大難題，傳統驗收方式以抽檢為主，檢測效率低，檢查覆蓋面少，也容易發生記錄錯誤。為確保國家為農業投入的每一分錢都有應有的效用，減輕農機管理部門的重擔，采用4G移動網絡進行數據傳輸，在深松機具上安裝監測設備，實現農機的實時跟蹤和歷史軌跡回放、深松深度實時顯示，畝數測定等重要農事功能。

關鍵詞 深松作業；深度監測；面積監測

1 研究背景及意義

現代農業的發展，離不開信息化，實時高效的信息共享，將成為農機作業、經營和管理的一項重要工作。新疆農機工作者經過幾年的摸索和試驗，按照國家對于土壤深松的要求，于2015年制定實施《新疆農機深松作業技術規范（試行）》，深松作業一般間隔3-5年一次為宜，確定深松深度≥40cm，比現有犁底層深5-10cm，打破堅硬的犁底層。在深松作業中必須保證機具工作部件作業覆蓋率應達到50%以上，工作部件作業覆蓋寬度≥作業總寬度50%，作業合格率80%以上，深松地塊補貼30元/畝機耕費。

深松作業傳統驗收方式以五點抽檢為主（避開地頭地邊，距地頭≥10m，地邊≥2m。人工測量在非常繁重的工作中，檢測效率有限，針對深松作業時間集中的特點，人工作業檢查覆蓋面少，易發生記錄錯誤。為確保國家為農業投入的每一分錢都有應有的效用，防止人為騙補和傳統經驗制約，實時獲取精準的深松數據信息，減輕農機管理部門的重擔，要加快發展互聯網+農機的信息建設，推進現代化精準農業作業管理。

2 研究的主要內容

在我國的農業信息工程領域，利用北斗衛星系統，可以將農田信息進行的準確高效采集和傳輸，而農機深松作業作為近幾年農業生產主推技術，其信息化的監控技術和手段也在迅猛的發展，可以說農機深松作業監控是近幾年農業信息工程領域炙手可熱的項目之一。通過深度采集數據設備安裝，對農機深松作業相關信息進行實時采集以及加工數據，同時在4G網絡的應用下，可以使采集到的數據第一時間被傳送到數據控制中心進行分析和測算。在遠程端口對接收的信息進行處理并存儲在數據庫中，在web端可以清楚將拖拉機行駛軌跡、深松深度數值實時傳輸到監控中心平臺，實時查看行農機出行狀態、作業質量分析和作業面積統計及呈報。

3 系統結構概述

深松監測整個系統主要有現場采集和監控中心兩部分組成。現場采集包括：GPS收發天線、深度檢測傳感器、攝像頭、車載集成數據終端構成。監控中心主要在web端，在數據采集后經車載終端初步處理將GPS數據、傳感器數據、圖像數據以4G分組數據的形式發送到通訊基站（BSS），經SGSN封裝后，到主網進行協議轉換，發送到互聯網中，通信服務器端在對數據進行接收、存儲和項目運算，結合WEBGIS軟件、B/S信息系統及相關輔助軟件最終呈現人們所需要的可視化的分類數據信息。

4 深松測算算法原理概述

農機深松作業機具有結構特征，通常情況動力機具應用三點懸掛結構拖拉機，駕駛人員在進行拖拉機駕駛的時候，進行手柄操作可以使后橋液壓升降受到影響，進而對三點懸掛式結構進行升降處理，以達到對深松鏟土的深度進行調控的目的。

通過分析深松鏟提升、下降動作，對照運動軌跡，深松鏟具體運動可以歸結為兩部分：（1）進行圓周運動的下拉桿與深松鏟整體；（2）也為圓周運動，不過其是深松鏟自身和鉸接點線軸的運動。

通過將傾角傳感器安裝在提升桿和深松機具上，可以測量下拉桿與深松鏟轉動角度，在平地等候狀態作為基準狀態，作業中數值的實時變換同基準角度展開比對，還應當對深松鏟以及下拉桿幾何尺寸進行了解與分析，在具體落實的時候，這個距離也就是深松機作業的深度情況。

通常情況農機深松作業在很大的土地面積內展開，機具在作業過程中，單獨對某一個點測算，不能作為深松合格與否的標準，增加連續采點數量，縮短采點周期，以便獲得較為準確的某一段行程深松深度數據，通過平均值測算合格率。

4.1 傳感器安裝與使用

在傳感器安裝與固定時，選擇扎帶或者鋼箍進行固定，使其在拖拉機下拉桿與深松機具橫梁上固定。對傾角傳感器而言，去在安裝的過程中，要確保傳感器順時針轉動角度表現為逐步減小的狀態，而逆時針轉動角度則相反。應用統一輸出角度測量物體變化大小情況，具體選擇X軸角度輸出。對兩個傳感器角度輸出而言，其頻率選擇5Hz，也就是說每秒會有5個X軸傾角數據輸出。

4.2 零狀態標定點確定

沒有作業時拖拉機深松鏟是平放在水平地面中，這種情況下其下拉桿與深松梨等等情況具體如圖3-14所示。這就是零狀態標定點，這個時候深松犁D點是在水平面環境。若是水平面以及其垂直方向分別用X與Y軸表示，AB代表下拉臂力臂的長度，有關傳感器初始角度以及CD是深松鏟松犁的固有長度。

通過傳輸的檢測數據統計出深松作業的深度信息，并進行統計。并且在軌跡信息中通過不同顏色的點位區別不同的狀態，其中紅色表示不達標的作業，綠色表示達標的作業，紅色表示未進行深松作業。

5.2 面積測算精度測試

本試驗旨在測試車載深松作業質量監測設備面積測算精度。試驗選用東方紅拖拉機1804和1S-200型深松機，試驗地點在奇臺縣，試驗方式選擇深松拖拉機正常作業形式，拖拉機帶深松鏟作業速度為10km/h左右，按照設定的面積進行深松作業，利用百米米尺測算出每次作業的實際面積，同時記錄下設備每次測算的面積。本設備采用的是一種基于面積格點覆蓋的深松面積測算方法，由于此方法本身的優越性，能夠將深松作業中重耕、漏耕這些誤差來源基本消除，所剩的主要誤差來源是由GPS坐標定位精度不高帶來。經多次實驗驗證，面積測算值與真實值之間的誤差在5%以下。測量結果如表2所示。

經過試驗和分析，設備能在復雜和惡劣的農田作業中完成既定功能，深松深度和面積測算都能在既定誤差5%以內，很好的完成了設備的測試功能。當然，設備的可靠性不單是通過幾次的試驗就能得出的，還需要一個深松周期，上千畝土地的作業方可在系統硬件和軟件層面將問題發現和找出相對應的解決方法。

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