小區播種機測程裝置國內外現狀及發展趨勢

余 濤,葉 巖,劉俊杰

(黑龍江省農業機械工程科學研究院，哈爾濱 150081)

通訊作者：葉巖(1987-)，男，黑龍江佳木斯人，本科，工程師，主要從事農業機械及其智能化相關研究工作。

0 引言

2021年中央一號文件提出，種子是農業的“芯片”，一粒種子，關系著中國人的飯碗安全，打好種業翻身仗，亟需加強培育品種源頭的種質資源、育種技術和相關育種關鍵裝置的研究?，F階段，我國農業育種測量播種面積主要采用人工測量、半機械測量和電子測距的方式，存在獲取播種面積數據的作業勞動強度大、測量效率低和獲取數據不準確等問題，上述測量方式已無法滿足目前大面積育種試驗的切實需求。對比國內的小區播種機測程裝置，國外先進的小區播種機測程裝置形式多樣，多種測程裝置同時進行測量，能最大程度降低測量數據誤差，測得數據準確度高且運行穩定。國外測程裝置雖然先進，但售價昂貴，后期獲取售后服務、維修保養和購置配件難度較大。國內小區播種機測程裝置研發相比于國外發展進程較為緩慢，主要受到研究成本高、市場銷售面窄和研發周期長等因素影響。因此，本文對國內外小區播種機測程裝置的發展現狀進行研究分析，歸納總結出國內測程裝置的發展趨勢，以期更好地促進國內育種機械測程裝置的發展，加快育種試驗進程，提高小區育種試驗的種子繁育效率。

1 國外小區播種機測程裝置的發展現狀

1.1 技術發展情況

通過相關文獻與網絡檢索可知，國外育種機械發展較為完善，小區播種機形式多樣且功能完備，多種育種機械配備的測程裝置已可以實現播種區域精準測量，并將GPS系統引用到育種播種定位當中，從而進一步提高小區播種機作業過程中的定位測量準確性和可靠性，大幅度提升小區播種機的工作效率。

1.2 國外小區播種機測程裝置的主要類型

目前，國外育種播種機常用的小區播種測程裝置主要形式有鋼索纏繞控制測程裝置、測程輪系統和GPS定位導航系統等，其生產廠家主要有奧地利Wintersteiger公司、美國Almaco公司、法國Braural公司、巴西Maquinarium公司等生產的配套測程裝置，上述小區播種機測程裝置已經實現區域測量的功能，并將多種測量形式綜合使用，可提高對試驗區域測量的可靠性，大幅度提升小區播種機測程裝置的工作效率，大大降低人工作業成本[1]。

1.2.1 小區長度測量鋼索控制系統

奧地利Wintersteiger公司生產的測程裝置(圖1)，是與小區播種機相配套的典型鋼索控制系統，該裝置主要利用設置在鋼絲上的球節進行區域定位和啟動測程循環，在設備運行初始位置設定起始點并進行固定，固定點設定并固定穩固后，可通過手動操作或自動鋼絲收納裝置將鋼索拉出，鋼索自動收納裝置的主要優點是能夠實現拉出的鋼索保持相等拉伸力。與此同時，國外鋼索控制系統相關裝置選配了電纜跳閘系統，其主要功能是防止小區播種機速度過快導致的測程數據不準確及播種精度低等問題。

圖1 奧地利 Wintersteiger公司生產的鋼索測程裝置

1.2.2 小區長度測量測程輪系統

國外的小區長度測量測程輪系統主要在小區播種機后端安裝測程裝置(圖2)，此裝置設置的地輪是被動行進車輪，山地車輪能夠有效避免測程輪打滑而造成采集數據失真問題，測程裝置主要以機械結構設計為主，電子測量元件安裝在測程輪軸承側方，使測量數據相對準確。測程數據采集獲取主要通過小區播種機的GSC系統，測程輪通過信號傳輸反饋給GSC系統，GSC系統通過計算測程裝置被動車輪的轉圈總量來判斷小區播種機的具體行進位置，同時GSC系統可實現小區播種機播種循環操作和小區播種機超速警告信號提示等功能[2]。

測量輪裝置安裝拆卸方便，測量數據相對準確，且無需鋼索控制系統做標記，測程輪測量方式相比于鋼索測程具有一定優勢，測程輪系統提高了測量數據的精度，特別適用于長度較長、面積較大的播種育種區域。小區播種機測程輪系統的主要缺點是播種機行進過程中整機的振動和試驗區域的耕作土地表面不平等因素會導致小區播種機測程輪系統因打滑而造成數據采集誤差。

圖2 奧地利 Wintersteiger公司生產的測程輪系統裝置

1.2.3 小區長度測量的GPS測程定位系統

美國主導的GPS定位系統早已應用于全球農業生產，其定位精度能夠達到分米級或厘米級，基于GPS技術的美國GNSS定位測量系統，是全球精準農業的主要執行設備之一，不僅能夠對機播面積和精密播種進行測量，也能夠滿足土地平整度、變量施肥撒藥和收獲檢測等農業作業生產需求。WINTERSTEIGER公司生產的小區播種機根據用戶的實際需求，客戶可根據育種試驗的需求自行選配先進的GPS技術，田間試驗過程中使用GPS定位技術可大幅度提高小區播種機測程的精準性，可與鋼索控制系統裝置和測程輪系統裝置配合使用，利用GPS系統信號進一步矯正鋼索測程系統裝置和測程輪系統裝置獲取測量數據的誤差。實際測量播種區域過程中，也可單獨通過GPS信號完成測量(圖3)。GPS系統的使用優勢是應用簡單方便，數據獲取及時準確精度高等，缺點是購買及維修維護價格高，且維護保養需要專業人員進行操作。

圖3 小區長度測量的GPS測程定位系統

2 國內小區播種機測程裝置的發展現狀

目前國內小區播種機及測程裝置等關鍵技術的研發水平仍處于起步階段，雖然國內各大高校與科研機構的小區播種機相關研究取得了一定的技術成果，但由于小區播種機使用范圍窄，整機研發周期長、研發成本高，使國內小區播種機的成果轉化水平仍然較低。相比于國外小區育種機械，目前國內仍然缺乏智能化的現代小區育種機械及測程裝置等關鍵技術。

2.1 國內小區播種機測程裝置的主要類型

2.1.1 人工測程作業

由于購置國外進口農機裝備價格高，使用周期短和一次性投入經費大等因素，使國內大部分育種科研單位的科研人員仍然采用人工測量播種面積的方式(圖4)，如利用皮尺和卷尺等方式進行測程，上述方式不僅作業勞動強度大，作業周期長，而且會導致不同區域因播種時效性的差異引起育種試驗精度的降低。

圖4 小區長度測量的人工測程作業

2.1.2 國內普遍使用的小區播種機測程裝置

國內針對小區育種測程的主要方式有手持式移動測量終端和更為精準的土地面積測量儀等方式。手持終端因廠家生產質量和測量精度不一致，導致移動式手持終端測程方式數據無法得到有效保障。土地面積測量儀準確度相比手持終端有所提升，但小田塊使用測量精度不準確，每到一塊新測量區域都需重新校正，待5～10 min衛星定位校準后才能進行區域測量，如遇突然降雨會受到天氣影響導致測量精度降低等問題。同時，儀器不能長期存儲測量數據。

2.1.3 小區區域育種測量的北斗測程定位系統

相比于國外GPS定位系統的厘米級和分米級，國內北斗衛星定位系統也可以滿足農業測量的使用要求，能夠達到厘米級和分米級的高精度實時定位測控導航需求。我國已經成功發射數十顆北斗導航衛星，并自主建設了國產化的北斗定位導航系統，以北斗定位導航系統引導農業生產作業已成為國內農業生產中重要的支撐技術平臺。國內北斗衛星在農業上的應用主要有三方面，首先是農機導航自動駕駛的應用；二是農機作業定位監管方面的應用；三是農機相關作業管理服務方面的應用。與此同時，在國內定位導航系統不斷進步的同時，也應該重點關注購機用戶在北斗預裝和后期裝備升級標準的一致性，以及國家項目補貼資助和市場產品質量監管等問題[3-4]。

3 小區播種機測程裝置的發展趨勢及展望

針對我國小區播種測程裝置的研發，需要結合農機和農藝要求，基于農機與農藝的深度融合是提升我國小區播種測程裝置研發水平的關鍵。如田間測程過程中，需要充分考慮影響測量精度的隱蔽因素，對新研制的測程裝置要反復進行連續性、穩定性和精準性等方面的測試，測程裝置關鍵部件的研究還有提升空間。目前，國內小區播種機及測程裝置關鍵技術研究及應用與國外技術相比仍存在很大差距，但近些年來國內小區播種技術發展進程逐年加快，取得了一定的成果。在當前國內農機市場上，小區播種測程裝置的關鍵部件研制成果數量較少，其智能化、無人化、高效率和高適應化等整機協調配合能力等方面仍有很大的提升空間。因此，發展智能化、無人化和精準化的小區播種機及測程關鍵裝置技術，能夠促進國內育種行業的快速發展，進一步降低測程試驗結果的影響，減少新品種種子的育種周期，促進國內種業工程的穩步發展和技術的推廣應用。

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