














收稿日期:2024-03-16
基金項目:江蘇省亞夫科技服務專項[KF(23)1211];鹽城市重點研發計劃項目(YCBE202414);中央糧油生產保障專項——響水縣玉米單產提升項目(320921-2024-ZY-004);江蘇沿海地區農業科學研究所科研基金項目(YHS202209、YHS202203)
作者簡介:花登峰(1982-),女,江蘇南通人,碩士,高級農藝師,主要從事農業機械化研究。(E-mail)account06@163.com。姜鵬為共同第一作者。
通訊作者:王 為,(E-mail)ww462@126.com。楊 華,(E-mail)ycyanghuayh@163.com
摘要: 玉米機械化播種是玉米產業提質增效的關鍵環節,也是促進現代農業轉型升級、推進新型農機產品技術創新型研發的重要途經。根據玉米機械化播種技術的實施應用情況,本文從玉米種植模式、玉米機械化播種配套裝備、玉米機械化播種關鍵技術及智能化技術在玉米機械化播種中的應用4個方面進行綜述,闡述了當前中國玉米的種植概況及種植模式,重點介紹了玉米直播和移栽2種播種技術與裝備的研究動態,結合精準農業背景,分析了智能化現代測控技術在玉米播種機械上的應用研究情況,涵蓋播量監測、變量播種、自動導航等技術。在此基礎上,提出了當前玉米播種機械化的發展難點,并對其發展趨勢進行展望,以期為玉米播種機械化技術研究與裝備創制應用提供參考。
關鍵詞: 玉米;播種;直播;移栽;機械化;精準農業
中圖分類號: S352.5"" 文獻標識碼: A"" 文章編號: 1000-4440(2025)02-0393-11
Research progress on key technologies and equipment for mechanized maize sowing
HUA Dengfeng1,2, JIANG Peng1, GAO Jin1, SHI Yang1, SUN Jianxiong1, LU Zhenwei1, WANG Haiyang1, CHENG Fangmei1, YANG Hua1, WANG Wei1
(1.Institute of Agricultural Sciences in the Coastal District of Jiangsu Province/Collaborative Innovation Center for Modern Crop Production Co-sponsored by Province and Ministry, Yancheng 224000, China;2.China Agricultural Mechanization Center, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100122, China)
Abstract: Mechanized sowing of maize is not only a key link to improve the quality and efficiency of maize industry, but also an important way to promote the transformation and upgrading of modern agriculture and promote the technological innovation and research and development of new agricultural machinery products. According to the implementation and application of maize mechanization sowing technology, this paper summarizes the maize planting mode, maize mechanization sowing equipment, maize mechanization sowing key technology and the application of intelligent technology in maize mechanization sowing. This paper expounds the current planting situation and planting mode of maize in China, and focuses on the research trends of two kinds of sowing technology and equipment of maize direct seeding and transplanting. Combined with the background of precision agriculture, this paper analyzes the application of intelligent modern measurement and control technology in maize sowing machinery, including sowing quantity monitoring, variable sowing, automatic navigation and so on. On this basis, this paper puts forward the difficulties in the development of maize sowing mechanization, and looks forward to its development trend, in order to provide reference for the research of maize sowing mechanization technology and the creation and application of equipment.
Key words: maize;sowing;direct seeding;transplanting;mechanization;precision agriculture
玉米是重要的糧食作物,也被廣泛應用于食品、青貯飼料、工業原料中,對于保障糧食生產安全具有舉足輕重的作用[1-4]。2024年,中央一號文件指出實施糧食單產提升工程,集成推廣良田良種良機良法,為玉米種植業的高質量發展提供了重要支撐。
使用優良品種是提高玉米產量的根本,而栽培技術則是提升玉米生產效率的重要手段。當前,在全國玉米總種植面積無法大規模持續增加的背景下,需要通過有效提高玉米單產的手段來推動玉米產業的穩步發展[5]。在大面積連片種植規模下,提高玉米機械化種植質量是影響玉米生產過程的重要因素之一[6-8]。中國玉米種植區域分布廣泛,并結合不同地域衍生出了多種種植技術模式。因此,研發玉米機械化種植配套技術裝備,有助于促進主糧作物高質、高效生產。
玉米機械化播種包括直播和移栽。直播主要將種子群形成單粒有序的單粒化狀態并播至土壤的預定位置,作業效率高,適合大田種植。玉米育苗移栽屬于典型的旱田作物移栽范疇,長勢合格的幼苗可直接進行裸苗移栽,具有較高的光熱資源利用率和存活率。隨著研究手段的不斷豐富,基于裝備優化設計、模擬仿真、性能試驗等方法的播種裝備及關鍵部件得到了重大改進[9-11]。基于此,本文結合玉米種植概況與農藝要求,概述國內典型玉米機械化播種機具的發展現狀,并總結玉米播種機械化技術成果,為行業發展提出相應的建議,以期為玉米播種機械化技術研究與裝備創新設計提供參考。
1 玉米種植概況與機械化種植程度
按照區域氣候條件,中國玉米種植主要分為北方玉米區、黃淮海夏玉米區、西南山地丘陵玉米區、西北灌溉玉米區[12]。如圖1所示,截至2022年年底,中國當年玉米種植面積達4.307 0×107 hm2,年產量的增長趨勢明顯。
玉米直播模式分為直接播種、覆膜播種及免耕播種。直接播種工序簡單,播前精細整地,施足基肥后可直接開溝播種,適合玉米等中耕作物,但是后續環境等因素會影響出苗情況;覆膜播種具有保濕保墑、抑制雜草的作用,被廣泛應用于中國北方玉米種植區及西北灌溉玉米區;免耕播種模式在前茬作物收獲后將秸稈均勻覆蓋于地表,在次年春季對地表秸稈進行預處理后采用免耕播種機進行播種作業,具有改善土壤環境、節本增效等特點,有利于提高產量,被廣泛應用于中國北方玉米區。
玉米移栽模式以夏季麥茬后免耕移栽為主,有利于搶抓農時,緩解玉米與前茬作物的接茬矛盾,保障玉米生長的有效生育期,適用于中國北方及黃淮海夏玉米區等[13]。常見的玉米直接播種方法包括等距播種、大壟雙行播種和寬窄行播種。大壟雙行、寬窄行播種(圖2)改變了常規壟距、行距,具有滿足密植、提高通風透光效果的特點。此外,寬窄行播種也可套作其他農作物,從而提高綜合效益[14-17]。
資料顯示,目前中國玉米生產機械化程度逐年上升,其中平均機耕率達97.7%,機播率超過80.0%,機收率為79.0%左右。中國玉米機械化播種已經達到一定水平,但仍以小型機械播種機具為主,精量播種水平仍低于部分發達國家。
2 玉米機械化播種技術與裝備
2.1 玉米播種裝備
2.1.1 點(穴)播種裝備 點(穴)播種裝備的應用較為廣泛,其結構如圖3所示。該裝備為國內較早的典型玉米點播式播種機,作業時可一次完成松土、碎土、播種、覆土鎮壓等作業,播種單元上的排種器由地輪驅動,種子經由導種管及其末端開溝器播至特定位置后由鎮壓輪壓實。
2.1.2 覆膜播種裝備 覆膜播種裝備(圖4)由覆膜裝置、播種裝置組成,且以膜上打孔播種為主[18]。作業時,覆膜裝置將地膜張緊鋪至種床后由覆土圓盤在膜邊覆土壓膜,隨后種子落入排種器鴨嘴端部,當鴨嘴完成膜上打孔動作時,鴨嘴打開并使種子落入種溝,最后覆土,推送器將碎土覆蓋在種溝上,實現覆膜播種作業。
2.1.3 免耕播種裝備 免耕播種裝備(圖5)由破茬裝置、播種裝置組成。工作時,先由破茬開溝裝置破碎殘茬、疏松種溝土壤,隨后播種裝置將種子播至由開溝器開出的種溝內,最后由鎮壓輪完成覆土鎮壓,實現在未耕整的土地上進行直播作業。
2.2 玉米移栽裝備
2.2.1 半自動移栽裝備 目前,玉米移栽裝備以半自動裝備為主,包括2Z-2型、2Z-4型、2ZY-2型及2Z-Y型等[19],其結構如圖6、圖7所示。張茫茫等[20-22]為提高玉米移栽質量、移栽效率,分別對玉米移栽機的送苗裝置、分苗裝置和取苗栽植機構進行設計,并達到了預期要求。周福君等[23]以玉米缽苗移栽機為研究對象,通過試驗研究獲取了移栽機構的最優工作參數。
沈陽農業大學研制的玉米免耕移栽機(圖7)可在未耕整土地上一次性完成破茬、開溝、栽植等多項操作[24]。江蘇富來威公司研制的2ZBX-2吊杯膜上移栽機(圖8)可在膜上完成玉米移栽作業。
2.2.2 全自動移栽裝備 目前,國內對于全自動旱地移栽機的研究還處于試驗與推廣應用階段,石鐵[25]研制了1種全自動玉米秧苗移栽機,結果表明,當前進速度為2.5~3.0 km/h時,其株距合格率為93.2%,立苗合格率為91.2%。黑龍江省農業機械工程科學研究院研制的2ZYS全自動玉米移栽機(圖9)具備自動上秧系統,適用于大壟種植,具有較高的移栽效率和質量。
3 玉米機械化播種關鍵技術
3.1 開溝器與成穴器
玉米播種機械裝備根據種植模式的不同,需要分別采用開溝器、成穴器開出種溝或掘出種穴。鴨嘴式成穴器多用于覆膜播種裝備。如圖10所示,工作時,利用固定鴨嘴在地面上鑿出種穴,活動鴨嘴因地面的壓力而旋轉一定角度,此時鴨嘴張開,種子隨即落入種溝。圖11為移栽機鴨嘴式栽植器移栽成穴裝置[26],其原理與圖10大致類似。
開溝器多用于直播、免耕播種裝備,開溝器結構形式多樣,分別適應不同的環境條件及種植模式(表1)。為了確保播種深度一致,開溝器多與仿形機構連接以適應地表的不平整。
3.2 播種技術與裝置
3.2.1 精量排種技術 排種器是播種機械的核心部件(表2),其工作性能直接影響播種機械的整體作業質量[27]。水平圓盤式排種器的主要工作部件是位于種子筒底部的圓盤,圓盤上方設有清種器、推種器,周邊設置型孔,借助種子自身重力和形狀尺寸,使種子充入型孔,隨后在投種區將種子推出排種口,播入種溝。劉艷芬等[28]對水平圓盤排種器的型孔進行重新設計,發現改變型孔后壁結構形狀起到代替推種器的作用,在8.6 km/h的前進速度下仍能滿足單粒精密播種的農藝要求。
窩眼輪式排種器位于種子箱底部,窩眼輪外緣開有1排整齊的窩。充種時依靠種子自身重力,當旋轉至投種區后,種子再次在重力作用下落入種溝。伍皖閩等[29]將窩眼輪式排種器應用于玉米播種,結合階梯型型孔的適應能力,分析型孔參數對玉米充種性能的影響。
勺式排種器的種勺均勻環繞安裝在種盤上,勺盤轉動時會帶動種勺并從種箱中舀出1粒種子,當其轉至上方后,勺翻轉并在重力作用下使種子進入投種區,在鴨嘴張開后落入種溝。王金武等[30]設計了1種動定指勺夾持式玉米精量排種器,與農機企業合作生產系列播種裝備,在黑龍江、吉林等地得到了推廣應用。
指夾式排種器主要通過取種指夾主動從種子群中攫取籽粒,其結構形狀及尺寸參數會直接影響排種器的作業質量。張學軍等[31]設計了1種擺動夾取式玉米精量排種器,結果表明,排種合格指數為94.11%,漏播指數為2.52%,重播指數為3.37%。王金武等[32-33]分析了影響排種器作業性能的主要原因,分析了玉米精量排種器導種投送運移機制。
氣吸式排種器主要利用空氣真空度產生吸力,在真空室產生負壓,并將種子吸附在排種盤上,再用刮種器刮去多余種子,當排種盤轉至下方非真空區時,吸力中斷,種子靠自身重力落入種溝。石林榕等[34]設計了彈性氣吸嘴式滾輪排種器。王韋韋等[35]設計了1種氣吸雙行錯置式玉米密植精量排種器,可以滿足高速精量密植播種作業。李玉環等[36-37]對研制的氣吸式排種器取種、清種、投種等環節分別進行了研究,同時為解決播種均勻性差的問題,對投種位置不一致、橫向飛種現象進行了分析,確定了末端撥離阻氣件的關鍵參數,改善了高速作業條件下的排種性能[38]。
氣吹式排種器的工作原理與窩眼輪式排種器基本相似,不同之處在于采用氣流清種,當窩眼轉到氣流噴嘴下方時,會將多余種子從窩眼中吹出并落回至種子室,剩下的1粒種子由投種片投入種溝。崔濤等[39]設計了1種清種-壓種組合氣嘴的內充氣吹式排種器,結果表明,當作業速度在10 km/h左右時,大扁粒、小扁粒種子均具有較好的適應性。
機械式排種器結構簡單、成本低,被廣泛應用于中小型播種機中,需要擾動種子群并使種子進入取種裝置內,對種子尺寸要求嚴格。在高速播種的過程中,會因夾持多粒種子而導致重播,或因部分種子堆積起拱,從而未能及時充填型孔造成漏播、降低播種精度。因此,一方面需要對種子進行丸粒化、磨光等加工處理,另一方面也需要對型孔、指夾等精量取種機構進行設計研究。氣力式排種器對種子的適應性較好,對種子尺寸的要求不高,且不易損傷種子,可在不擾動種子群的情況下進行充種,但是其結構復雜,需要配備風機等設備,被廣泛應用于大型播種機中。因此,在高速情況下,需要對其密閉結構的氣場分布及氣壓平衡情況進行分析。
3.2.2 種子軌跡控制技術 在種子從機具到土壤的這一過程中,由于受到機械振動等因素的影響,種子速度會發生多次不確定的變化。因此,均勻有序的單粒種子能否通過軌跡控制技術實現精準著床也是影響精量播種的關鍵。
為了規范種子的運動軌跡,常用導種管約束并規劃種子的運動路徑,通過優化導種管基本參數可部分抵消種子的水平分速度。例如,趙淑紅等[40]設計了“V”形凹槽導種管,導管材料為高壓聚乙烯樹脂,提高了導種的均勻性和穩定性;董建鑫等[41]設計了導向投種機構,通過約束玉米種子的自由度來約束種子的運移路徑;Liu等[42]提出了主動式種子運動軌跡控制方法,相較于傳統導種管具有明顯優勢。此外,也有研究者采用氣流裹挾的形式對導種管中的種子自由度進行輔助性約束。劉瑞等[43]利用正壓氣流設計了輔助導種裝置,結果表明,在氣流場均勻穩定的情況下,作業速度越高,該裝置的作業性能越好。
另外,在播種末端常采用壓種裝置,快速將種子壓入種溝,有利于減少種子的隨機慣性運動,改善播種一致性。王云霞等[44]通過研究種子落地點相對壓種輪的位置情況,分析了壓種輪能夠有效壓種的理論條件,設計了適合于氣流輔助投種的精量播種機壓種裝置,有效提高了株距一致性。吉林省農業機械研究院公開了1種空腔式壓種輪射種機構,壓種輪為開口空腔式,材質為中等硬度塑膠,有效防止了種粒彈跳散落現象。馬斯奇奧(青島)農業機械有限公司公開了1種雙材質壓種輪,其一方面具有較好的耐磨性,另一方面也具有一定的彈性。
綜上所述,創制種子軌跡控制裝置,實現了玉米種子軌跡的主動干預,也是實現玉米精量播種的關鍵。
3.3 移栽技術與裝置
移栽機構是移栽機械的核心部件,其工作性能會直接影響移栽機械的整體作業質量。玉米移栽分為裸苗移栽、缽苗移栽2種方式,但是目前相關基礎研究及配套的玉米移栽機具均較少。如表3所示,現有的移栽機聚焦于移栽機構的創新設計,相關學者也同步開展了研究[45-46]。
目前,適用于玉米的專用移栽裝置較少,與玉米種植模式的適配性較低。其原因在于,不同地區的整地要求、種植模式各不相同,配套育苗缺乏統一的技術標準,限制了大田移栽機械的使用。
4 智能化技術在玉米機械化播種中的應用
玉米機械化播種配套技術裝備成熟,滿足包括覆膜播種、免耕播種等模式的農藝需要。為了滿足玉米機械化播種的高質量發展,需要提高相關裝備的智能化水平。
4.1 播種質量的在線監測技術
均勻種子流狀態檢測可對播種機各播種單元進行故障診斷,同時也可對播種質量進行評價。紀超等[53]設計了基于反射式紅外光電感應的播種監測系統,在黏附塵土的情況下,其監測精度達98.1%。解春季等[54-55]設計了1種基于激光傳感器的播種參數監測系統,在抗灰塵模擬試驗中對合格率、漏播率等參數進行監控,結果表明,該系統在穿透透明殼體狀態下的檢測準確度達到95.4%。投種前的充種狀態也是評價播種機出現漏播或重播狀況的監測指標,賈洪雷等[56]采用光電傳感器和旋轉編碼器相結合的方法,獲取了排種器內各個型孔的充種量,試驗結果表明,系統對漏播、重播檢測值與實際值的相對誤差平均值分別為3.87%、8.42%。此外,電容監測[57]、壓電監測[58]、機器視覺[59]等也可對播種質量進行在線監測。
播種深度也是評價播種質量的一個指標,保持相對一定的播種深度是影響出苗、長勢的重要因素[60]。由于地表地貌環境、土壤堅實度等差異較大,對播種深度一致性的控制主要分為以彈簧、平行四桿仿形機構為主的被動式調節技術和以壓電傳感器、液壓控制為主的力反饋主動調節技術[61-62]。白慧娟等[63]通過控制下壓力、鎮壓力間接控制播種深度、壓實度的效果,結果表明,該系統播種深度合格率均值為91.33%,變異系數為8.98%。Zhou等[64]在電液控制的基礎上結合PID(比例、積分、微分控制器)控制算法,實現下壓力的動態調節,實現了播種深度和土壤壓實度的綜合控制。
4.2 變量播種技術
變量播種技術的實施需要滿足土壤肥力監測、播量決策和播量精準調控3個條件。首先,基于近地傳感、遙感等技術獲取土壤信息指標,同時依據包括播量、土壤肥力、產量等在內的大量農業數據之間的影響機制,構建播種處方圖;其次,在播種過程中,基于衛星定位信息、播種處方圖確定當前播種位置及對應位置的播量;最后,采用控制器局域網絡(CAN)總線將播量決策傳遞至播量調控控制器,從而完成變量播種。開展此類研究的例子如下:Du等[65]結合土壤肥力、天氣、管理等農業大數據,建立了基于梯度提升決策樹算法的玉米產量預測模型,制定了播量決策規則,為播量調控奠定了基礎;He等[66-67]設計了1種基于CAN通信和Android處方圖的變量播種系統,該系統包括全球定位系統(GPS)、通信控制器、計算機、排種器單元控制器、播種驅動電機等,依據地理信息和當前定位,對各個排種單元進行獨立控制并完成變量播種作業;Munnaf等[68]設計了1種基于傳感器的變量播種控制系統,在播種過程中利用拖拉機前部的傳感器對土壤肥力指標進行實時采集,并通過車載計算機結合肥力播量決策系統計算當前位置的播種量,最后通過通信系統控制拖拉機后部的播種機,實現變量播種。
4.3 自動定位導航技術
近年來,研究者利用全球衛星定位導航系統、慣性導航系統、視覺導航等多傳感器融合的方法實時感知農田的空間位置信息,同時將其與預設軌跡進行比對,并補償隨機誤差,從而實現了農業機械的自動導航。在定位導航技術的支持下,機械化播種的種植精度可達厘米級,土地利用率提高了0.5%~1.0%[69-70]。
張振國等[71]針對玉米免耕播種機播種過程易碰觸根茬的不足,采用定位導航技術、神經網絡、PID控制算法相結合的方法糾正播種機當前位置與目標路徑的偏差,從而實現避茬自動調偏功能。Sun等[72]基于全球衛星定位導航系統、慣性導航系統,設計了針對曲線播種的玉米精密播種補償定位算法,通過計算模型預測下一次播種位置,從而達到曲線區均勻播種的目的。Wang等[73]設計了基于北斗導航的高速精密玉米播種控制系統,提高了機組在8 km/h高速下播種的均勻性、準確性。丁友強等[74]采用全球定位系統建立相關統計模型,并獲取了播種機的包括當前速度、位置、作業參數、已作業面積等在內的狀態信息,使用該模型測量已作業面積的相對誤差為0.81%。顏丙新等[75]基于衛星定位、播種機結構特點構建了播種機組與播種單體相對位置模型,通過位置滯后補償實現著床種子的位置定位。地輪驅動播種與智能化田間播種對比示意見圖12。智能化田間播種技術是未來大田玉米機械化播種的發展趨勢,在高密度、高速、高效的種植農藝措施背景下,將傳感器技術、自動化控制技術、定位導航技術等應用于播種裝備有助于提高玉米增收潛力[76]。
5 結論與展望
5.1 結論
在推動精準農業、智慧農業發展的背景下,玉米機械化播種技術正得以快速發展。為了適應優質高效的種植模式,實現高質量、高效率、高標準的目標,國內外開展了大量研究,其特點如下:
(1)中國玉米農藝種植模式較為多樣化。根據區域劃分,農藝模式可分為常規播種、免耕播種及覆膜播種,其目的皆在于保證植株能獲取充足的陽光、營養和水分。在農藝種植模式方面,東北地區主要推廣保護性耕作模式,可有效增強土壤蓄水、保墑能力;西北地區干旱少雨,多采用覆膜播種模式,具有保溫保墑、改善品質效應等特點。近年來,中國西南及黃淮海地區大面積推廣應用玉米大豆帶狀復合種植模式。總體而言,玉米播種機械化仍存在農機農藝融合不夠的問題,距離高標準農田建設仍有較大差距。
(2)玉米機械相關研究較多。例如,研究者采用理論分析、離散元仿真、試驗驗證等方法獲取了影響播種質量的因素,探究了播種機理,為新型機具的研發提供了理論依據和技術參考。但是目前仍存在高速作業下玉米種子以何種形式形成均勻單粒種子流、田間作業狀況復雜、種子從機具到土壤這一過程中的運動狀態并未完全可控等諸多難題亟需解決。
(3)國內旱地移栽裝備仍然以人工輔助喂苗的半自動移栽方式為主。當前存在勞動強度大、綜合效率較低等問題。雖然目前全自動移栽機械得到了廣泛關注,但目前仍處于試驗階段。另外,中國地域差異大,育苗標準不統一,為了適應不同區域的玉米種植模式,結構簡單的小型移栽機、自動化程度高的大型移栽機均具有較大應用需求。
(4)智能化田間播種技術應用已成為玉米播種機械化研究的熱點。對于大田玉米直播而言,主要問題是如何推動播種裝備的二次創新,以及研發工況參數、作業質量等可快速信息化獲取的智能化播種裝備;對于玉米移栽而言,主要問題是如何加快多元化移栽裝備的創制,探索集自主導航、栽深控制、自動補苗等智能感知與自主決策于一體的未來移栽機器人。
5.2 展望
今后應進一步優化玉米產業布局,依靠各區位優勢,探索適合當前地區的農藝種植模式,發展高效、高質、高產的種植體系,研究配套精量播種機具設備,結合節水、化肥農藥減量施用、促進秸稈回收利用等措施,提高玉米生產管理水平,促進玉米種植區的均衡發展。針對覆膜種植不僅需要開展耐候地膜、可降解地膜的研究,還要兼顧殘膜回收機具的研發。此外,還應加強玉米大豆帶狀復合種植農藝農機的相互結合,創制新型智能化玉米大豆一體化帶狀復合種植播種機械。
此外,應加強基礎研究,探究適用于不同玉米種子形狀結構且能夠滿足高速作業、不傷種子的播種機制,在基于現有裝備的基礎上開展交叉學科領域的探索研究。依據玉米種植農藝要求,集成研發相關播種機械,探索作物-土壤-機具的相互作用關系機制,形成集種子物理機械特性、新型結構創制,同時兼顧成本與可靠性的一體化播種機械。
另外,在發展工廠化育苗設施的基礎上,應加強移栽機械各關鍵部件的理論分析,探究土壤-幼苗-機具的互作機制,采用包括拓撲學、功能函數等在內的現代設計方法,探索移栽機械結構的創新,采用先進制造技術提高移栽機械的喂苗頻率,完善栽植性能和可靠性。此外,應結合種植要求開發相關專用、通用類移栽裝備,同時應用智能化技術不斷促進移栽裝備向自動化、智能化方向發展。
最后,應促進多傳感器信息融合,采用現代信息化技術手段對農田土壤信息與環境進行在線監測和記錄,采用算法對農業大數據的價值進行深度挖掘。優化智能控制算法,開發基于信息傳感與測控的精準播種體系,開展路徑規劃、路徑追蹤控制、自主避障與多機協同作業研究,探索基于全球定位導航、慣性導航、視覺導航相互結合的組合導航系統,提高播種機械的智能檢測與導航控制水平,使其向智能化、無人化方向發展,從而達到提高作業質量和效率、降低勞動強度、推動玉米產業進一步發展的目的。
參考文獻:
[1] 齊彥棟,金誠謙,劉崗微,等. 大豆玉米帶狀復合種植全程機械化關鍵技術與裝備[J]. 中國農機化學報,2023,44(1):14-24.
[2] SU Y, CUI T, XIA G Y, et al. Effects of different moisture content and varieties on physico-mechanical properties of maize kernel and pedicel[J]. Journal of Food Process Engineering,2021,44(9):e13778.
[3] 郭海斌,張軍剛,王文文,等. 深松耕作對夏玉米增密增產的調控機制[J]. 江蘇農業科學,2023,51(9):88-96.
[4] 傅鵬霄,王 玨,李廣浩,等. 不同栽培模式對江蘇省夏玉米產量和氮素利用的影響[J]. 江蘇農業學報,2021,37(5):1151-1159.
[5] 唐 漢. 波紋曲面指夾式玉米精量排種器設計及其機理研究[D]. 哈爾濱:東北農業大學,2018.
[6] 張 昆,衣淑娟. 玉米精量播種裝置的研究進展[J]. 農機化研究,2018,40(7):257-262.
[7] 廖慶喜,黃海東,吳福通. 我國玉米精密播種機械化的現狀與發展趨勢[J]. 農業裝備技術,2006,32(1):4-7.
[8] 高 振,盧彩云,李洪文,等. 基于計算機視覺的種子分布信息檢測關鍵技術研究現狀與趨勢[J]. 智能化農業裝備學報(中英文),2023(3):50-60.
[9] 和賢桃,齊浩君,張東興,等. 丘坡地水平圓盤式玉米精量排種器設計與試驗[J]. 農業機械學報,2025,56(1):151-163.
[10]付 浩,張學軍,史增錄,等. 擾種側充槽盤式玉米精量排種器設計與測試[J]. 華中農業大學學報,2023,42(5):229-239.
[11]鄭 娟,廖宜濤,廖慶喜,等. 播種機排種技術研究態勢分析與趨勢展望[J]. 農業工程學報,2022,38(24):1-13.
[12]仇煥廣,李新海,余嘉玲. 中國玉米產業:發展趨勢與政策建議[J]. 農業經濟問題,2021,42(7):4-16.
[13]于 磊,石 鐵,徐 濤,等. 我國玉米移栽機械化技術發展現狀及前景[J]. 農業科技與裝備,2015(9):57-58.
[14]王亨泰,田 斌,孫 偉,等. 玉米起壟施肥覆膜及膜際播種聯合作業機的設計與試驗[J]. 甘肅農業大學學報,2023,58(2):235-242.
[15]惠兆元,張提昌,趙倩倩,等. 大壟雙行玉米種植技術與機械化收獲技術配套發展思路[J]. 農業機械, 2021(9): 86-88.
[16]吳家安,李向軍,常傳義,等. 3ZFD-440型玉米大壟雙行動力中耕追肥機設計與試驗[J]. 中國農機化學報,2023,44(1):69-76.
[17]陳 征,王鑫鑫,劉宏權,等. 玉米寬窄行種植栽培技術研究進展[J]. 中南農業科技,2022,43(4):140-145.
[18]李茂強,楊術明,楊樹川,等. 玉米起壟施肥覆膜播種一體機的設計[J]. 中國農機化學報,2017,38(10):19-23.
[19]何 平. 淺談我國玉米盤育苗移栽機械化技術[J]. 中國農機化,1999,20(2):37-40.
[20]張茫茫. 自動化玉米移栽機送苗裝置的運作試驗研究[J]. 農機化研究,2019,41(3):183-187.
[21]宋玉潔,胡 軍. 玉米移栽機分苗機構的結構設計與參數分析[J]. 農機化研究,2017,39(7):93-97.
[22]黃興華,張 旭,董 欣,等. 玉米穴盤缽苗取苗栽植機構參數優化與試驗[J]. 東北農業大學學報,2021,52(8):69-78.
[23]周福君,蘆 杰,杜佳興. 玉米缽苗移栽機圓盤式栽植機構參數優化及試驗[J]. 農業工程學報,2014,30(1):18-24.
[24]田仁廣. 玉米免耕移栽機的研制與試驗[D]. 沈陽:沈陽農業大學,2017.
[25]石 鐵. 全自動玉米秧苗移栽機的研制與試驗[J]. 農業工程學報,2015,31(3):23-30.
[26]楊 濤,張 梅,李曉曉,等. 川芎苓種扦插裝備關鍵機構運動分析與試驗[J]. 中國農機化學報,2023,44(11):32-37.
[27]楊 麗,顏丙新,張東興,等. 玉米精密播種技術研究進展[J]. 農業機械學報,2016,47(11):38-48.
[28]劉艷芬,林 靜,李寶筏,等. 玉米播種機水平圓盤排種器型孔設計與試驗[J]. 農業工程學報,2017,33(8):37-46.
[29]伍皖閩,陳學庚,王士國,等. 組合型孔輪式玉米精量穴播器設計與試驗[J]. 農業機械學報,2022,53(3):60-70.
[30]王金武,唐 漢,關 睿,等. 動定指勺夾持式玉米精量排種器優化設計與試驗[J]. 農業機械學報,2017,48(12):48-57.
[31]張學軍,程金鵬,史增錄,等. 擺動夾取式玉米精量排種器設計與試驗[J]. 農業機械學報,2023,54(4):38-50.
[32]王金武,唐 漢,王 奇,等. 基于EDEM軟件的指夾式精量排種器排種性能數值模擬與試驗[J]. 農業工程學報,2015,31(21):43-50.
[33]王金武,唐 漢,王金峰,等. 指夾式玉米精量排種器導種投送運移機理分析與試驗[J]. 農業機械學報,2017,48(1):29-37,46.
[34]石林榕,孫步功,趙武云,等. 彈性氣吸嘴式玉米滾輪排種器排種性能參數優化與試驗[J]. 農業機械學報,2019,50(10):88-95,207.
[35]王韋韋,宋嵐洲,石文兵,等. 氣吸雙行錯置式玉米密植精量排種器設計與試驗[J]. 農業機械學報,2024,55(3):53-63.
[36]李玉環,楊 麗,張東興,等. 氣吸式玉米精量排種器雙側清種裝置設計與試驗[J]. 農業機械學報,2021,52(7):29-39.
[37]李玉環,楊 麗,張東興,等. 氣吸式玉米高速精量排種器直線投種過程分析與試驗[J]. 農業工程學報,2020,36(9):26-35.
[38]李玉環,楊 麗,張東興,等. 氣吸式玉米高速精量排種器投種性能分析與結構優化[J]. 農業工程學報,2022,38(8):1-11.
[39]崔 濤,韓丹丹,殷小偉,等. 內充氣吹式玉米精量排種器設計與試驗[J]. 農業工程學報,2017,33(1):8-16.
[40]趙淑紅,陳君執,王加一,等. 精量播種機V型凹槽撥輪式導種部件設計與試驗[J]. 農業機械學報,2018,49(6):146-158.
[41]董建鑫,高筱鈞,張仕林,等. 高速播種機玉米姿控驅導式排種器設計與試驗[J]. 農業機械學報,2022,53(11):108-119.
[42]LIU Q W, CUI T, ZHANG D X, et al. Design and experimental study of seed precise delivery mechanism for high-speed maize planter[J]. International Journal of Agricultural and Biological Engineering,2018,11(4):61-66.
[43]劉 瑞,劉云強,劉忠軍,等. 玉米高速精量播種機正壓氣流輔助吹送導種裝置研究[J]. 農業機械學報,2023,54(7):156-166.
[44]王云霞,張文毅,嚴 偉,等. 氣流輔助高速投種精量播種機壓種裝置設計與試驗[J]. 農業機械學報,2020,51(10):69-76.
[45]胡 飛,郭 棟,陳彩蓉,等. 復合曲柄搖桿式蔬菜膜上雙行栽植裝置設計與試驗[J]. 農業機械學報,2021,52(9):62-69.
[46]胡建平,潘 杰,張晨迪,等. 行星輪栽植機構優化設計與試驗[J]. 農業機械學報,2018,49(11):78-86.
[47]李林林,鄧干然,林衛國,等. 作物移栽機械栽植機構發展現狀與趨勢[J]. 現代農業裝備,2022,43(1):2-7.
[48]崔志超,管春松,楊雅婷,等. 蔬菜機械化移栽技術與裝備研究現狀[J]. 中國農機化學報,2020,41(3):85-92.
[49]秦 偉,于英杰,賴慶輝,等. 導苗管式三七種苗栽植機構參數優化試驗[J]. 浙江農業學報,2022,34(3):614-625.
[50]楊啟志,朱夢嵐,賈翠平,等. 穴盤苗高速移栽機吊杯式栽植器膜上成穴性能仿真與試驗[J]. 中國農機化學報,2022,43(7):1-7.
[51]劉 洋,毛罕平,王 濤,等. 吊杯式移栽機構中番茄穴盤苗運動分析優化與試驗[J]. 農業機械學報,2018,49(5):143-151.
[52]尹大慶,張諾一,周脈樂,等. 高速變姿態接苗鴨嘴式栽植機構優化設計與試驗[J]. 農業機械學報,2020,51(6):65-72.
[53]紀 超,陳學庚,陳金成,等. 玉米免耕精量播種機排種質量監測系統[J]. 農業機械學報,2016,47(8):1-6.
[54]解春季,楊 麗,張東興,等. 基于激光傳感器的播種參數監測方法[J]. 農業工程學報, 2021,37(3):140-146.
[55]XIE C J, ZHANG D X, YANG L, et al. Precision seeding parameter monitoring system based on laser sensor and wireless serial port communication[J]. Computers and Electronics in Agriculture,2021,190:106429.
[56]賈洪雷,路 云,齊江濤,等. 光電傳感器結合旋轉編碼器檢測氣吸式排種器吸種性能[J]. 農業工程學報,2018,34(19):28-39.
[57]徐洛川,胡 斌,羅 昕,等. 叉指電容式棉花穴播取種狀態監測系統研制[J]. 農業工程學報,2022,38(23):50-60.
[58]趙 博,樊學謙,周利明,等. 氣流輸送播種機壓電式流量傳感器設計與試驗[J]. 農業機械學報,2020,51(8):55-61.
[59]BAI J Q, HAO F Q, CHENG G H, et al. Machine vision-based supplemental seeding device for plug seedling of sweet corn[J]. Computers and Electronics in Agriculture,2021,188:106345.
[60]曹慧英,史建國,朱昆侖,等. 播種深度對夏玉米冠層結構及光合特性的影響[J]. 玉米科學,2016,24(1):102-109.
[61]王泉玉,徐琪蒙,盧彩云,等. 免耕播種智能化關鍵技術研究現狀與發展[J]. 華南農業大學學報,2021,42(6):27-35.
[62]丁啟朔,尤 勇,邢全道,等. 基于精確播深控制目標的播種單體田間臺架試驗[J]. 農業機械學報,2022,53(11):100-107.
[63]白慧娟,方憲法,王德成,等. 玉米播種機播深和壓實度綜合控制系統設計與試驗[J]. 農業機械學報,2020,51(9):61-72.
[64]ZHOU L M, MA Y H, ZHOU H Y, et al. Design and test of sowing depth measurement and control system for no-till corn seeder based on integrated electro-hydraulic drive[J]. Applied Sciences,2023,13(10):5823.
[65]DU Z H, YANG L, ZHANG D X, et al. Corn variable-rate seeding decision based on gradient boosting decision tree model[J]. Computers and Electronics in Agriculture,2022,198:107025.
[66]HE X T, DING Y Q, ZHANG D X, et al. Development of a variable-rate seeding control system for corn planters Part I:design and laboratory experiment[J]. Computers and Electronics in Agriculture,2019,162:318-327.
[67]HE X T, DING Y Q, ZHANG D X, et al. Development of a variable-rate seeding control system for corn planters PartⅡ:field performance[J]. Computers and Electronics in Agriculture,2019,162:309-317.
[68]MUNNAF M A, MOUAZEN A M. An automated system of soil sensor-based site-specific seeding for silage maize:a proof of concept[J]. Computers and Electronics in Agriculture,2023,209:107872.
[69]趙 巖,陳學庚,溫浩軍. 新疆兵團精準農業發展與北斗衛星導航技術的應用[J]. 石河子大學學報(自然科學版),2018,36(4):397-404.
[70]程衛東,張國海,阮培英,等. 國內玉米(大豆)精密播種機排種器電驅應用分析[J]. 中國農機化學報,2017,38(8):13-16.
[71]張振國,郭全峰,蔣貴菊,等. 玉米免耕播種自動調偏系統設計與試驗[J]. 農業機械學報,2024,55(3):40-52.
[72]SUN J Z, ZHANG Y, ZHANG Y T, et al. Precision seeding compensation and positioning based on multisensors[J]. Sensors,2022,22(19):7228.
[73]WANG W W, WU K P, ZHANG Y, et al. The development of an electric-driven control system for a high-speed precision planter based on the double closed-loop fuzzy PID algorithm[J]. Agronomy,2022,12(4):945.
[74]丁友強,劉彥偉,楊 麗,等. 基于Android和CAN總線的玉米播種機監控系統研究[J]. 農業機械學報,2019,50(12):33-41,62.
[75]顏丙新,付衛強,武廣偉,等. 基于衛星定位的玉米高位精播種子著床位置預測方法[J]. 農業機械學報,2021,52(2):44-54.
[76]苑嚴偉,白慧娟,方憲法,等. 玉米播種與測控技術研究進展[J]. 農業機械學報,2018,49(9):1-18.
(責任編輯:徐 艷)