鄆城縣智能農(nóng)機(jī)裝備與技術(shù)推廣應(yīng)用的探索與實踐

魏玉峰

（鄆城縣農(nóng)業(yè)機(jī)械服務(wù)中心，山東鄆城 274700）

1 智能農(nóng)機(jī)裝備與技術(shù)

1.1 農(nóng)機(jī)北斗導(dǎo)航輔助駕駛技術(shù)

農(nóng)機(jī)北斗導(dǎo)航輔助駕駛系統(tǒng)分為液壓控制式和方向盤控制式兩種。液壓式是通過利用拖拉機(jī)頂部裝的天線接收衛(wèi)星信號并傳輸?shù)斤@示器的內(nèi)置接收機(jī)，提供車輛當(dāng)前的位置，角度傳感器向控制器發(fā)送高精度轉(zhuǎn)角信息，感應(yīng)車輛實時的轉(zhuǎn)向角度，控制器計算處理從北斗衛(wèi)星天線和角度傳感器所接收到的信息，并向電磁液壓閥實時發(fā)送指令，電磁液壓閥接收控制指令直接作用在車輛的液壓轉(zhuǎn)向油路上，實時控制液壓油流量和流向，使車輛實現(xiàn)轉(zhuǎn)向控制，保證拖拉機(jī)始終按照導(dǎo)航顯示器設(shè)定的路線行駛。液壓式的自動駕駛系統(tǒng)，安裝時需要改裝原車油路，要求具備一定的液壓專業(yè)技能。

方向盤式是利用電磁方向盤使車輛實現(xiàn)轉(zhuǎn)向控制，方向盤電機(jī)部分高度集成電機(jī)、編碼器、控制器、角度傳感器信號轉(zhuǎn)換器等元件，根據(jù)位置傳感器（GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）設(shè)計好的行走路線，衛(wèi)星定位的坐標(biāo)及車輪的傳動情況，控制器實時向方向直驅(qū)電機(jī)發(fā)出指令，通過控制直驅(qū)電機(jī)實現(xiàn)控制車輛轉(zhuǎn)向操縱，優(yōu)點是無需安裝大量液壓油管改裝原車油路、可保持車輛原有結(jié)構(gòu)。安裝便捷，具有良好的機(jī)具匹配性，轉(zhuǎn)向響應(yīng)快，轉(zhuǎn)向修正更靈敏，作業(yè)精度更高，但控制精度會隨著原車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的磨損而變低。

1.2 衛(wèi)星平地技術(shù)

衛(wèi)星平地系統(tǒng)主要由基站、衛(wèi)星接收機(jī)、衛(wèi)星天線、控制器、顯示屏、液壓控制系統(tǒng)、車載終端計算機(jī)和平地鏟設(shè)備等組成。是采用衛(wèi)星信號作為反饋控制的農(nóng)田用平地機(jī)械系統(tǒng)，控制方式為衛(wèi)星控制。

衛(wèi)星平地系統(tǒng)是利用衛(wèi)星接收機(jī)接收導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)基站發(fā)送的差分信號獲取農(nóng)田三維數(shù)據(jù)，控制器實時接收衛(wèi)星接收機(jī)測量到的平地鏟絕對高程數(shù)據(jù)，控制器通過實時對比測量點的實際高程值與基準(zhǔn)高程，比較鏟體位置和參考基準(zhǔn)面，通過一定算法得到限位油缸的伸縮量，根據(jù)當(dāng)前地勢差值情況驅(qū)動液壓系統(tǒng)控制限位油缸自動伸縮，帶動平地鏟的起落進(jìn)行土地平整。

1.3 精準(zhǔn)播種施肥智能控制技術(shù)

精準(zhǔn)播種施肥智能控制系統(tǒng)主要由顯示屏、傳感器控制器、驅(qū)動電機(jī)控制器、播種盤驅(qū)動電機(jī)等組成。根據(jù)北斗衛(wèi)星定位技術(shù)，實時的獲取準(zhǔn)確的拖拉機(jī)的速度信息，根據(jù)拖拉機(jī)行駛速度、種子監(jiān)測傳感器和目標(biāo)株距等信息，通過電動播種施肥智能車速同步控制器，智能控制電機(jī)轉(zhuǎn)速與車速同步快慢變化，實現(xiàn)車輛啟動行駛或者停車自動停止電機(jī)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)整個過程的自動、智能、變量播種和施肥，每667 m2地想用多少公斤種子和肥料，在系統(tǒng)開始工作前直接設(shè)定，工作時就能自動智能精準(zhǔn)定量。

1.4 種肥播施智能監(jiān)控技術(shù)

種肥播施智能監(jiān)控系統(tǒng)，也稱作農(nóng)機(jī)播種作業(yè)監(jiān)測終端，安裝在播種機(jī)組上，由車載顯示單元、報警單元、圖像采集單元、播種信息采集單元等組成，具有播種量統(tǒng)計、播種作業(yè)信息顯示、缺種堵塞報警、圖像采集、衛(wèi)星定位、作業(yè)信息遠(yuǎn)程傳輸、數(shù)據(jù)本地存儲和斷點續(xù)傳等功能。

種肥播施智能監(jiān)控系統(tǒng)是在每個播種機(jī)的播種單元上，排種器底下的導(dǎo)種管上安裝上紅外傳感器或激光傳感器，傳感器可以探測種子下種情況，下了多少粒數(shù)或者有沒有空穴，一旦發(fā)生漏播、少播或者堵塞，傳感器就會把這個情況傳輸?shù)教幚砥鳎ㄟ^處理器，通過數(shù)據(jù)線，傳送給駕駛室的控制器，控制器再傳給報警器，產(chǎn)生聲信號和光信號，駕駛室內(nèi)駕駛員能及時的聽到或看到，另外控制器還有一個數(shù)據(jù)上傳的功能，它通過無線網(wǎng)上傳到數(shù)據(jù)平臺，打開聯(lián)網(wǎng)的電腦或手機(jī)就能看到這臺機(jī)器的使用情況。

1.5 變量噴藥控制技術(shù)

變量噴藥控制系統(tǒng)主要由顯示器，壓力傳感器，GPS速度傳感器，控制閥組、流量計、壓力計、GNSS接收機(jī)、數(shù)據(jù)回傳模塊等組成，這種系統(tǒng)安裝在自走式、背負(fù)式、牽引式等各種類型噴藥機(jī)上，就可以給傳統(tǒng)噴藥機(jī)增加精準(zhǔn)和變量噴藥的功能。

噴藥機(jī)工作時，首先將“目標(biāo)速率”（每公頃噴藥量）輸入系統(tǒng)，噴藥機(jī)實際速率將由系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的“目標(biāo)速率”自動控制，利用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位及車輛前進(jìn)速度的變化等信息，根據(jù)車速、噴幅和目標(biāo)噴量等，結(jié)合壓力傳感器、流量計等傳感器信息，通過控制器自動化、智能化的方式控制開關(guān)閥、比列閥等，實時控制噴藥壓力，自動調(diào)節(jié)噴藥速率，速度快時增大噴藥量，速度慢時減少噴藥量，確保單位面積的施藥量均勻一致，使實際噴藥效果更加均勻，實現(xiàn)噴藥機(jī)精確、精準(zhǔn)流量控制，并提供關(guān)于車輛前進(jìn)速度、作業(yè)總面積和局部面積、噴藥量總體積和局部體積、壓力、流量、噴藥速率等信息。

1.6 智能植保無人機(jī)技術(shù)

智能植保無人機(jī)是一種將無人機(jī)和植保裝置（打藥、播撒裝置系統(tǒng)）相結(jié)合的新型植保裝備，已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)植保作業(yè)中，由飛行平臺、GPS飛控、噴灑機(jī)構(gòu)三部分組成，可以噴灑藥劑、種子、粉劑等。

智能植保無人機(jī)可以自動規(guī)劃出合理的作業(yè)航線和避障航線，無人機(jī)有了路線，再通過精準(zhǔn)定位的技術(shù)和全自動駕駛技術(shù)，可以實現(xiàn)“全自主精準(zhǔn)飛行”，無人機(jī)通過裝有IMU芯片的智能控制系統(tǒng)實時測量無人機(jī)的加速度與旋轉(zhuǎn)速度的變化，根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)及時調(diào)整姿態(tài)，保持飛機(jī)的穩(wěn)定飛行。機(jī)身上裝有RTK天線，為無人機(jī)提供精確的位置信息，利用固定基站作為基準(zhǔn)，使得定位精度達(dá)到了厘米級。農(nóng)藥或葉面肥等裝在無人機(jī)藥箱里，通過蠕動泵精確出藥，通過離心噴頭高速旋轉(zhuǎn)，利用離心力產(chǎn)生均勻的霧滴。螺旋槳產(chǎn)生的向下氣流，會帶著這些霧滴向下吹，加速霧滴下沉，同時能吹動作物的葉子，讓農(nóng)藥或葉面肥等能夠均勻地落在葉子的上下表面。

智能植保無人機(jī)還可以播撒種子和粉劑，播撒系統(tǒng)由兩部分組成，一部分是定量螺旋送料器和甩盤擴(kuò)散器。調(diào)節(jié)螺旋送料器的轉(zhuǎn)速，就可以控制送料的多少，根據(jù)送料的多少，調(diào)整播盤擴(kuò)散器的轉(zhuǎn)速，就能把料撒勻。有了這個定量送料，定量擴(kuò)散的播撒系統(tǒng)，那么飛機(jī)經(jīng)過的每個地方，都有一樣多的肥料、一樣多的種子，撒得又快又好。

1.7 水肥一體智能節(jié)水灌溉技術(shù)

水肥一體化智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)主要由核心控制單元、肥料配比單元、水肥混合單元、肥料投加單元、過濾單元等組成

灌溉智能化[1]控制系統(tǒng)配備無線閥門控制器、智能灌溉控制器、土壤含水量傳感器以及土壤氮磷鉀傳感器，通過土壤含水量傳感器可以實時監(jiān)測到土壤中的水分?jǐn)?shù)據(jù)，按照農(nóng)作物對水分的需求，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的農(nóng)田濕度的閾值，閥門控制器自動啟閉水泵和電磁感應(yīng)閥，當(dāng)灌區(qū)土壤濕度達(dá)到預(yù)先設(shè)定的下限值時，電磁閥可以自動開啟，當(dāng)監(jiān)測的土壤含水量及液位達(dá)到預(yù)設(shè)的灌水定額后，可以自動關(guān)閉電磁閥系統(tǒng)，實現(xiàn)各區(qū)域內(nèi)土壤含水量信息監(jiān)測及灌溉遠(yuǎn)程自動化控制功能，從而實現(xiàn)對農(nóng)作物的按需精準(zhǔn)灌水。對于施肥的控制也是基于同樣的原理，通過土壤氮磷鉀傳感器，可以實時監(jiān)測到土壤中的養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)，當(dāng)監(jiān)測到土壤中的養(yǎng)分值低于標(biāo)準(zhǔn)值了，就可以自動打開施肥系統(tǒng)，當(dāng)土壤養(yǎng)分達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)值，機(jī)器就可以自動停止施肥。同時，還能實現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)查詢和電腦端、手機(jī)端的遠(yuǎn)程自動化控制。

1.8 小麥智能聯(lián)合收割技術(shù)

小麥智能聯(lián)合收割系統(tǒng)是在小麥?zhǔn)崭顧C(jī)上安裝了導(dǎo)航系統(tǒng)、攝像頭、處理器、控制器、傳感器等多種智能元件，融入多種人工智能軟硬件設(shè)備，形成一套人工智能系統(tǒng)，構(gòu)造上主要包括傳感器系統(tǒng)和控制器系統(tǒng)。具有作業(yè)參數(shù)在線監(jiān)測功能與多參數(shù)融合智能化調(diào)控功能，利用自動導(dǎo)航系統(tǒng)實現(xiàn)無人駕駛，利用谷物損失傳感器、機(jī)器視覺技術(shù)實時分析損失率指標(biāo)，并根據(jù)指標(biāo)智能調(diào)整整機(jī)相關(guān)部件參數(shù)，生成最優(yōu)的農(nóng)機(jī)參數(shù)調(diào)整控制指令，傳遞給整車控制系統(tǒng)，由AI控制器完成功能部件的智能調(diào)整，提高收獲精度，減少收割過程中的糧食損失，從而提高了小麥的收獲效率和質(zhì)量。

小麥智能聯(lián)合收割系統(tǒng)還可以在麥?zhǔn)兆鳂I(yè)的同時，收集每個地塊的畝數(shù)、產(chǎn)量、土壤濕度等數(shù)據(jù)，這樣省去了人工測量環(huán)節(jié)。

2 農(nóng)機(jī)深松整地作業(yè)智能監(jiān)測裝備與技術(shù)

農(nóng)機(jī)深松整地作業(yè)智能監(jiān)測系統(tǒng)[2]由農(nóng)機(jī)深松作業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)測終端、農(nóng)機(jī)深松作業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)平臺、計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)等組成。

深松深度測量方式大部分為懸掛下臂（下拉桿）角度測量法。姿態(tài)傳感器安裝在拖拉機(jī)懸掛下臂（下拉桿）上，拖拉機(jī)懸掛下臂（下拉桿）隨著深松機(jī)具抬起和入地時，下拉桿會發(fā)生位置改變，姿態(tài)傳感器通過采集到的下拉桿的傾角數(shù)值，根據(jù)下拉桿角度與深松機(jī)深度建立的數(shù)學(xué)關(guān)系模型，就可以得到深松深度數(shù)值。

3 智慧農(nóng)機(jī)管理服務(wù)平臺

智慧農(nóng)機(jī)管理服務(wù)平臺采用衛(wèi)星定位、無線通訊技術(shù)和機(jī)具狀態(tài)檢測傳感技術(shù)，對安裝農(nóng)機(jī)智慧農(nóng)機(jī)終端設(shè)備的農(nóng)業(yè)機(jī)械，通過接受到的終端上傳的農(nóng)機(jī)位置、狀態(tài)、作業(yè)等數(shù)據(jù)對農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行管理，進(jìn)行農(nóng)機(jī)調(diào)度、軌跡查詢、作業(yè)面積和作業(yè)質(zhì)量監(jiān)控、信息發(fā)布，使農(nóng)業(yè)機(jī)械管理更加科學(xué)化、規(guī)范化、可視化，能夠為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供高效、可靠和便捷的智慧服務(wù)。