玉米免耕播種機智能化技術探討

王立華，王升喜，周 平

(1.東豐縣大興鎮農機技術推廣站，吉林 東豐 136301；2.東豐縣拉拉河鎮農機技術推廣站，吉林 東豐 136302)

0 引言

保護性耕作技術是指對土壤實行少耕、免耕，前茬作物收獲后直接將秸稈粉碎后覆蓋在土壤地表的一種現代化農業耕作模式之一[1]，減少對土壤耕作層的擾動，提高土壤蓄水保墑能力，對于保護土壤團聚體結構，提高土壤肥力具有重要意義。近年來，隨著保護性耕作技術在國內外的快速發展與推廣應用，保護性耕作技術相關配套農機具也得到了快速發展，技術日趨成熟[2]。

免耕播種技術是保護性耕作技術的重要內容之一。開展保護性耕作技術的同時，大量秸稈殘茬覆蓋在地表，土壤長期不翻耕，會造成土壤板結、地表秸稈殘茬纏繞機具等問題[3]，傳統播種機進行播種時會降低播種效率。針對以上問題提出作物免耕精量播種機。近年來，隨著計算機通信技術、人工智能技術和視覺識別技術等在農業生產中的應用，也進一步提升了免耕播種機智能化發展，提高了免耕播種機播種質量與效率，具有顯著的經濟效益和社會效益，對于推動保護性耕作技術的發展與推廣應用提供設備保障與支撐。

1 玉米免耕播種機對行避茬技術

在免耕播種技術應用過程中，遇到較大的秸稈殘茬或者作物根茬會直接影響播種質量，引發免耕播種機運行故障，甚至會造成免耕播種機堵塞引發停機。針對以上問題，研究人員提出了基于衛星導航技術和視覺識別技術，在進行免耕播種時，避開根茬，其核心技術是識別田間作物殘茬并重新規劃機具行駛路徑，避免降低播種質量。

1.1 衛星導航控制技術

衛星導航控制技術目前已經廣泛應用于行間除草，其主要工作原理是利用傳感器獲得田間設備位置偏差信息，由控制中心進行信息處理后對執行機構進行合理調控[4]。

目前，衛星導航裝置主要有兩種，一種是電磁控制模式的衛星導航裝置，一種是方向盤式衛星導航系統。其中方向盤式衛星導航裝置技術較為先進、安裝較為簡單。方向盤式衛星導航裝置主要由天線及橫桿、電機與方向盤、角度傳感器、姿態傳感器、控制平板及各式線纜組成，如圖1所示[5]。衛星導航的安裝主要包括車輛參數的量取、軟件內參數的調試、車輛相位中心的調試、免耕播種機掛接調試。免耕播種導航控制可采用AB線的方法，保證玉米種溝在小麥根茬間空白處。也可根據上茬小麥播種導航控制線平移調整實現。在播種過程中可對控制線隨時進行平移調整，避開秸稈根茬。

圖1 方向盤式衛星導航裝置

1.2 機械式導向技術

機械式導向技術主要是以田間作物根茬為導向，在免耕播種機中安裝信號探測裝置，探測田間根茬信息，引導機具避開障礙后在田間進行播種作業，結構較為簡單，投入成本較低，但是存在信號探測誤差等問題，其主要工作原理如圖2所示。

圖2 機械式導向技術工作原理示意圖

1.3 機器視覺技術

為提高機械式導向技術的探測精度，研究人員將計算機視覺識別技術引入免耕播種機對行避茬技術中，如圖3所示，基于圖像處理技術將探測攝像頭安裝在免耕播種機前端獲得相關秸稈殘茬和根茬圖像，對相關特征進行提取，進而提高識別精度。改進前后的機械識別技術對比結果如表1所示。

表1 兩種技術下不同類型根茬識別技術對比效果

圖3 基于視覺識別技術下機械式導向技術工作原理示意圖

1.4 控制技術

玉米免耕播種機對行避茬技術較多，但是都離不開控制技術的應用與分析，主要是控制免耕播種機田間橫向位置偏差和航向偏差，導航裝置將圖像信息、位置信息等發送至中央控制器，控制系統將偏差信號發送給執行機構，進行路徑規劃與矯正，進而實現免耕播種機田間對行避茬，目前常見的控制技術與算法如表2所示。

表2 不同控制技術應用特點

2 玉米免耕播種機播量監測技術

加強對玉米播種播量監測可以提高玉米播種效率，提高作物出苗率。在傳統免耕播種機進行田間作業時，駕駛員無法通過肉眼識別播種情況，容易出現重播和漏播現象導致作物減產，阻礙農田標準化建設。目前免耕播種機播量監測技術主要包括光電技術、電容技術和圖像監測技術。3種技術應用特點與對比如表3所示。

表3 不同播深監測技術應用分析

3 玉米免耕播種機播深監測控制技術

免耕播種技術下土壤環境較差，土壤堅實度較高，因此，對播種深度具有一定的影響，同時播種深度是保證出苗率和出苗整齊度的基礎條件，因此，對播種深度進行監測可有效提高播種效率。

目前，玉米免耕播種機播深監測技術主要包括主動調節式監測技術和被動調節式監測技術。被動式調節監測技術主要是利用平行四桿機構調節開溝器上方的作業高度，達到控制播種深度的目的，例如，約翰迪爾公司和Amazone公司都實現了免耕播種機播深監測設備的研究與應用，實現對開溝深度的控制與調節。

4 結論與展望

近年來，隨著國家對農業發展的重視程度增加，及惠農政策的提出，為我國農業發展與機械化水平的提升帶來了發展契機與條件，我國農業機械化與智能化得到了快速提高。本研究以玉米免耕播種機為研究對象，從玉米免耕播種機對行避茬技術、播量監測技術和播深監測技術進行系統論述，針對目前免耕播種機發展現狀提出未來我國免耕播種機的主要發展趨勢與研究方向應從以下幾方面開展：

1)目前GNS技術在水稻全程智能化發展中應用較為成熟，控制精度較高，但是在玉米免耕播種機中應用較少，未來應加強差分技術在免耕播種機監測裝置中的應用，提高免耕播種機對播種參數的監測精度。

2)加強玉米免耕播種機視覺識別技術研究，提高圖像識別效率，加強圖像分割和優化方法，提高檢測效率。

3)提高相關傳感器監測精度，由于農業生產環境較差，傳統傳感器在田間工作過程中容易受到天氣和環境的影響，影響傳感器數據傳輸信號，應加強無線通信技術和抗干擾性能高的傳感器設備。

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