精準智能化免耕覆秸施肥播種機關鍵技術探討

裴麗君

（鷹潭市余江區農業技術推廣中心，江西 鷹潭 335200）

根據農業農村部公布的相關數據：2022 年我國共完成17.749 8 億畝糧食播種任務，春播糧食面積約9.4 億畝。為切實提高農業生產效益，保障農業播種質量，應充分利用先進設備，梳理播種思路，滲透精準智能化設計理念，在改造播種機功能的基礎上優化播種機使用效果，促使在技術導向下播種機設備能為農業現代化發展提供重要動力[1-3]。

1 精準智能化免耕覆秸施肥播種機技術特性

1.1 工作原理

精準智能化免耕覆秸施肥播種機的應用，主要是為了進一步解決傳統播種機播種合格率低、播種質量不高等問題，該播種機在北斗衛星定位技術的助力下能夠彌補傳統播種機播種生產缺陷，靈活適應現實播種環境[4]。同時，還能實現智能技術與傳統工藝的有效結合。在實際使用階段，該設備多涵蓋播種電機、轉速傳感器、電瓶、下肥電機、控制器主機以及紅外線感應開關等智能控制配件，其線路以北斗天線、信號連接線為主，而且在施肥耕種期間還具備斷肥報警功能，可供使用者隨時根據播種機反饋結果預判耕種施肥進度。一般情況下，播種機開啟后同拖拉機等相關農業機械連通成功后，能夠在軸動力帶動下快速通過傳動齒輪賦予播種機前進動力，且包括3 個行進路徑，即播種施肥、粉碎秸稈、旋耕。其中，粉碎秸稈時能夠以2 500 r/min 的轉速使用旋切刀進行粉碎作業，之后秸稈碎末將按照拋灑狀態分布于土壤中，并且在完成施肥、排種后通過鎮壓輪對土壤進行壓實處理，確保使用者所播種的田地能盡快實現精準智能化播種施肥目標。與傳統播種機相比，該設備較為明顯的區別在于具備較先進的智能控制功能，精準智能化免耕覆秸施肥播種機的智能控制水平顯然更高，無需過于依靠人力開展播種工作，從整體效率和播種質量層面看其優勢顯著，其他差異如表1所示。

表1 不同播種機的差異

1.2 技術指標

精準智能化免耕覆秸施肥播種機具體運行期間，往往能夠形成2 m～3 m 的寬度范圍，可滿足多種作物播種需求。如常見的紅薯，每條壟溝寬度為80 cm～100 cm，玉米則為1 m，茶葉為40 cm，經由該設備操作能夠同時對多條壟溝進行播種施肥。而殘茬埋設作業中通過此設備至少可形成6 cm 的深度標準，播種作業時可進行12行或18行深為3 cm或6 cm的播種作業。在多壟溝同步粉碎殘余秸稈的基礎上可對6 行至9 行農作物進行施肥，整體上可達到75%以上的播種合格率，最終獲取的播量和排種量一致性變異系數最多為3.9%，所以耕種、覆秸、施肥多種農業生產場景中均可借助此設備提高工作效率，有效減輕農民的生產負擔。因而要想推動農業領域現代化發展進程，理應加強精準智能化免耕覆秸施肥播種機的應用推廣，善于運用智能技術優化農業生產效果。

2 精準智能化免耕覆秸施肥播種機關鍵技術要點

2.1 根茬智能躲避技術

智能化免耕播種機在實際運行過程中，需要運用根茬智能躲避技術靈活應對行進阻礙挑戰，即行進于田地內，一旦遇到殘茬或者根茬，可以智能調整行進路徑，躲避障礙物后經過新規劃的路徑繼續完成下一項任務[5]。為保證免耕播種機具備“智能避障”特點，還可聯合機械式導向技術對根茬所在位置進行定位分析，并判斷現行路徑是否處于根茬分布范圍內，同時通過釋放探測信號采集根茬位置信息，隨即在引導機具助力下提前將播種機行進路徑調整到遠離根茬部分，避免在未進行覆秸操作前出現耕種行為。免耕播種機內部還要安裝衛星導航裝置及探測攝像器等輔助裝置，并在智能算法支撐下產生智能躲避根茬的效果。例如應用線性回歸法，但要兼顧雜草與噪聲的分布情況，若處于雜草滋生或者高噪聲使用條件下，可以考慮以最優控制法或模糊控制法實現智能控制設計，因為這些算法性能良好且適應性強，更適用于復雜的耕作場景。

此外，根茬智能躲避技術的應用還要配置參數匹配的配件，如可以選用內徑為204 mm，厚度為6 mm，振幅為7 mm 且外徑為364 mm 的波紋盤，以便在智能躲避根茬過程中可以精準確認根茬位置。排種與播種期間應當使用配套排種器，以支撐輪直徑為700 mm，作業量為4 km/h（每小時完成的排種長度）的槽輪式排種器為主，整體工作效率較高，并且在配件助力下可提升根茬躲避準確度。基于根茬智能躲避技術設計免耕播種機，還應對技術可行性展開研究。例如可以開展玉米免耕機耕作試驗，通常有82%的秸稈體現于相距中心線29 cm～31.5 cm的范圍內，證明試驗中秸稈分布形狀以帶狀為主，此時依托該項技術設計而成的免耕機，在應對直徑2.1 cm 的根茬碰撞風險時，若將免耕機行進路徑誤差控制在5 cm 以內即可成功躲避根茬，驗證此技術確有可行性，搭配相關配件可優化使用效果[6-7]。

2.2 播量智能監測技術

免耕覆秸施肥播種機具體使用過程中，還應當運用播量智能監測技術控制播量指標，因播種過程中播量直接影響農作物長勢，所以在使用免耕機播種作業時務必保證該設備能動態監測播量變化規律。一般在免耕覆秸施肥播種機連通拖拉機后，在每秒行進路徑低于1.2 m 的前提下既能智能躲避根茬，又能向用戶實時反饋播量信息。實則可利用圖像識別技術，作為精度高、速度快的先進技術，該技術適用性較強，但需要注意的是該技術應用期間可能會加大技術維護成本，故而需做好保養工作。與傳統光電監測技術相比，該技術信息獲取精準度較高，能夠同步采集秸稈粉碎動態。該技術依靠多級鏈輪與傳感器裝置提取耕作場景相關圖像，在識別圖像信息后向免耕機系統發送智能控制指令，并按照指令智能調整播量，防止播量超標引起不良后果。特別是在玉米、小麥等對播量要求嚴格的農作物中，利用圖像識別技術能夠較好地實現對播量的智能監測控制[8]。

值得重視的是在播量智能監測技術實踐應用環節還應當關注信息通信質量，即是否能夠準確傳遞播量監測信息，故應采用控制器局域網建立信息高速傳輸結構，通過排種監測傳感器（48 路）對播種圖像進行有效監測和安全采集。通常可按照報文信息知曉播種動態。若系統模塊類型顯示“1”則表明當前處于播量監測狀態；模塊狀態顯示“00”表示當前模式保持禁止，模塊狀態顯示“01”表示能夠使用；傳感器狀態顯示“01”為傳感器存在堵塞故障，需要及時清除堵塞物后方能正常使用傳感器，傳感器狀態顯示“10”為傳感器狀態正常。至于排種器部分可以利用8字節擴展幀標注報文信息，此時經過對報文信息的整合分析即可知曉播量監測結果的可靠性，以免因故障隱患影響信息準確度。

2.3 播深智能控制技術

免耕機在智能控制播量的基礎上務必控制好播深，播深往往關乎未來農作物根系發育能力。因而需要采用播深智能控制技術嚴控播深指標。免耕機運行時針對播深指標常設有“被動調節”和“主動調節”模式，前者是通過調整開溝器垂直向高度數值，借助彈簧等配件精準調節播深；后者是依靠超聲波傳感器配件，按照先探測、后調節的順序操作開溝器，而且還配有角度傳感器，改變高度數值的同時也要智能控制上調下放角度，這樣可以杜絕“偏差”隱患[9-10]。

此外，還可根據中國農業機械化科學研究員提交的專利成果進行免耕機播深控制改造設計，即安裝壓力傳感器、數據采集器、液壓控制器、壓油缸等裝置，通過液壓控制方式調整開溝深度，此時可確保免耕機能在播深監測單元輔助下表現出智能化管理價值。常規上播深多控制在3 cm 或5 cm，且最深不宜超出5 cm，故而在免耕機運行期間可以先行將播深參數極值設為5 cm，一旦出現過深播種情況，將立即智能控制開溝器進行上調操作，促使選用免耕機開展耕種作業的田地實現高質量耕作。

結合上述三項關鍵技術的支撐指引，能夠促使免耕覆秸施肥播種機逐步擁有廣闊的應用推廣范圍，充分參照標準化耕作要求調節技術參數，切實保障農業生產質量。

3 精準智能化免耕覆秸施肥播種機技術優化策略

3.1 技術功能拓展設計

精準智能化免耕覆秸施肥播種機要想達到預期耕種效果，還需對智能化免耕機的應用功能進行拓展設計，經過功能設計可以拓寬設備適用范圍。具體以下列幾項功能為主：

第一，深松。免耕機可以直接開啟設備進行智能化耕作，而以往在粉碎秸稈、施肥作業以及播種過程中，可能存在松土質量不均勻的問題，所以通過優化深松功能，有望增強設備適用性。即在免耕機設備開溝器配件上安裝深松鏟，此時能夠達到25 cm 深度的松土標準，而且還能將壟溝深松距離保持在70 cm 以內，經過牽引機賦予牽引動力，有利于促進智能化深松，逐步增加免耕機作業范圍內的松土均勻度。

第二，免耕。“免耕”屬于免耕機特色功能，即通過在被粉碎的殘余秸稈之上覆蓋土壤的方式增強土壤肥沃度，此時在開溝器助力下可以自動播下農作物種子。優化后需要針對播深、播量等耕種參數進行智能化調節，因此，免耕功能應順應農作物生長軌跡給出最優參數標準。

第三，鎮壓。待播種、覆秸、施肥結束后需對耕種后的土壤進行壓實處理，以此創造有利的萌芽條件，而此項功能可以精準控制壓實區間，防止在錯壟壓實下造成種子上對應的土壤未得到充分壓實，可能會影響后續種植萌發率，只有達到90%的萌發率要求，才能證實免耕機具備實用價值。

3.2 播種點位微調設計

除了要對免耕機功能進行拓展設計外，還需針對播種點位實施微調設計，盡量提高免耕機播種點位與現場環境的匹配度。以玉米免耕機為例展開討論，在免耕機實際應用期間可以通過對多級鏈輪進行緊拉、卸下、更換、二次緊拉的操作方式變更施肥量，將每畝玉米施肥量智能控制在合理范圍內，其氮肥施肥量為2.9 kg/100 kg，磷肥、鉀肥施肥量分別為1.2 kg/100 kg、2.4 kg/100 kg。另外，利用8 級槽位連接設計方法，將播深拓展為10 cm，從上文中知曉5 cm 為種子最佳播深，但對于肥料而言，其播深應比種子播深多5 cm，經過對播深指標的微調設計，可以同時滿足種子和肥料的播深需求，其播種點位也能從單一的種子播種點位延伸至施肥點位，以螺栓連接擠土刀、雙圓盤開溝器等配件，此時能根據土壤環境特征給出最優播種點位標準。經過對免耕機使用參數的微調設計，能夠使免耕機更具精準智能化控制特性。

3.3 精量播種結構優化

免耕機優化設計不僅局限于功能升級和微調設計，還可直接對免耕機原有結構提出改造建議。比如可以依靠牽引裝置連接開溝器、施肥機構，并且實現施肥機鏈輪與播種機鏈輪的同軸設置，使之在離合器、傳動齒輪等配件助力下建立完整的聯動結構，促使免耕機能夠在精量施肥中發揮重要作用。考慮到免耕機耕作期間可能在施肥時遇到點位偏差問題，所以還可采用定位鎖（弧形）改造免耕機結構，并且安裝仿形彈簧，其地輪行進期間需進行防滑設計，從根本上維護免耕機使用安全，每一項連接結構經過優化處理后都能比原有效果強。為促使免耕機擁有精準智能化控制特色價值，應當對原有結構進行深入分析，判定其結構連接穩定性和多結構相關性，便于優化后的新型免耕機設備在多場景中均能展現出令農民滿意的使用成效。

4 結論

綜上所述，精準智能化免耕覆秸施肥播種機實際使用過程中具有鮮明的技術特性，經由根茬智能躲避技術、播量智能監測技術、播深智能控制技術等關鍵技術的有力支撐，能夠凸顯免耕播種機智能化控制特征，同時可從技術功能、播種點位、精量播種結構等方面對免耕播種機進行優化，使得優化設計后的免耕播種機更具實用功能，為我國農作物播種工作的開展帶來智能化指導，從根本上達成高效播種目標。