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      作物播種智能監(jiān)測(cè)設(shè)備研究進(jìn)展

      2017-05-02 07:09:38
      農(nóng)業(yè)科技與裝備 2017年11期
      關(guān)鍵詞:漏播排種補(bǔ)種

      王 帥

      (遼寧省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所,沈陽(yáng) 110161)

      農(nóng)作物播種是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)之一。市面上的精播機(jī)大多是封閉結(jié)構(gòu),播種作業(yè)中的輸種管阻塞、排種器等故障無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn),常出現(xiàn)漏播和少播的情況。若出苗后人工補(bǔ)種或人工移栽,不僅會(huì)增加生產(chǎn)成本,而且幼苗的成長(zhǎng)差異嚴(yán)重影響植株生長(zhǎng)和作物產(chǎn)量。在免耕播種機(jī)大量推廣應(yīng)用的情況下,作業(yè)地表情況更為復(fù)雜,作業(yè)環(huán)境更加惡劣,排種器故障頻出的問(wèn)題更加突出。據(jù)統(tǒng)計(jì),各類大籽粒作物精量播種機(jī)的平均漏播率在13%以上。在此情況下,研制對(duì)排種機(jī)播種質(zhì)量精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)的設(shè)備,對(duì)提高作物播種質(zhì)量具有重要意義。

      1 國(guó)外作物播種智能監(jiān)測(cè)設(shè)備研究進(jìn)展

      早在20世紀(jì)40年代,國(guó)外就致力于精量播種機(jī)的研制。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,國(guó)外普遍采用光電檢測(cè)技術(shù)監(jiān)控播種質(zhì)量特別是重播、漏播情況。

      近年來(lái),隨著歐美國(guó)家精量播種技術(shù)的日益完善,精量監(jiān)測(cè)相關(guān)研究也隨之發(fā)展起來(lái),監(jiān)測(cè)方式有機(jī)械式監(jiān)測(cè)器、機(jī)電式監(jiān)測(cè)器、電子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。利用光電傳感器技術(shù),國(guó)外研制出了各種光開光,用來(lái)檢測(cè)和監(jiān)控重播或漏播。光電檢測(cè)技術(shù)將輸管中種子流動(dòng)的情況變換成電信號(hào)傳送給CPU,當(dāng)出現(xiàn)播種故障時(shí),監(jiān)視裝置可進(jìn)行聲光報(bào)警。

      目前,國(guó)外的作物播種監(jiān)測(cè)方法已達(dá)到一定水平,但在控制漏播等方面還未完善起來(lái)。發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛采用大型氣力式谷物播種機(jī),雖然存在漏播現(xiàn)象,但漏播補(bǔ)種產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益并不明顯,對(duì)自動(dòng)補(bǔ)種技術(shù)的需求并不迫切,因此監(jiān)控系統(tǒng)研究仍停留在監(jiān)測(cè)階段。

      2 國(guó)內(nèi)作物播種智能監(jiān)測(cè)設(shè)備研究進(jìn)展

      2.1 監(jiān)測(cè)設(shè)備

      從20世紀(jì)80年代起,國(guó)內(nèi)一些科研單位陸續(xù)開展播種監(jiān)測(cè)設(shè)備研究,并取得了諸多研究成果,研制了一些比較先進(jìn)的播種監(jiān)測(cè)設(shè)備。

      西北農(nóng)林大學(xué)的葛世強(qiáng)設(shè)計(jì)一種大籽料作物精量播種漏播自動(dòng)系統(tǒng),旨在簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)位置無(wú)偏差補(bǔ)種,提高播種質(zhì)量,對(duì)提高種子利用率和勞動(dòng)生產(chǎn)率具有重要意義。

      山西農(nóng)業(yè)大學(xué)的馬煥菲針對(duì)BST-6型播種機(jī)試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)用軟件視覺測(cè)試系統(tǒng),研制出基于V艸+排種種子流視覺檢測(cè)軟件,由校正的型孔種子數(shù)時(shí)序樣本統(tǒng)計(jì)型孔種子數(shù)頻率分布,并據(jù)此計(jì)算漏播指數(shù)、合格指數(shù)、超播指數(shù)指標(biāo)。對(duì)比試驗(yàn)表明,穴播軟件檢測(cè)結(jié)果和人工實(shí)測(cè)結(jié)果沒(méi)有本質(zhì)上的差異。這種適用于穴播排種器和單粒播精播排種器,對(duì)提高播種效率的自動(dòng)化分析和實(shí)時(shí)性處理具有重要意義。

      江蘇大學(xué)的邊疆在JPS-12精密排種器性能檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)的基礎(chǔ)上,著眼于排種器性能檢測(cè)系統(tǒng)精度和實(shí)用性的提高,運(yùn)用高速攝像系統(tǒng)采集精密排種器排種過(guò)程的圖像,研究精密排種器性能檢測(cè)方法。以油菜種子為試驗(yàn)對(duì)象,在不同參數(shù)條件下進(jìn)行播種試驗(yàn),結(jié)果表明,其與人工檢測(cè)的排種合格率相對(duì)誤差小于1%,播種變異系數(shù)相對(duì)誤差小于3%,檢測(cè)精度滿足檢測(cè)要求。

      湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)的熊瑛針對(duì)現(xiàn)有黃油膠帶法試驗(yàn)臺(tái)存在的不足,采用輸送帶上鋪砂原理設(shè)計(jì)鋪砂型排種器試驗(yàn)臺(tái),利用砂層的緩沖作用防止種子著落時(shí)彈跳,并用機(jī)器視覺技術(shù)對(duì)排種圖像進(jìn)行采集與處理,實(shí)現(xiàn)排種器性能參數(shù)的實(shí)時(shí)自動(dòng)分析。相對(duì)于傳統(tǒng)的涂油方式,具有種子可回收利用、無(wú)污染、機(jī)器視覺參照背景優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。

      吉林大學(xué)的姚鵬飛由機(jī)械式強(qiáng)制排種入手,設(shè)計(jì)出采用凸輪推桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)強(qiáng)制排種的型孔容積可變式精密排種器。借助高速攝像技術(shù)進(jìn)行投種對(duì)比試驗(yàn),結(jié)果表明:排種時(shí)距穩(wěn)定,投種軌跡均勻一致,可提高排種器粒距一致性。

      遼寧省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所針對(duì)市場(chǎng)需求,基于Triz理論的分析方法,研究適用于施肥、播種作業(yè)的電子監(jiān)控設(shè)備。設(shè)備可替代多類型作物播種機(jī)的播種傳動(dòng)機(jī)械裝置和施肥機(jī)械裝置,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)播種作業(yè)位置、播種面積、剩余種量、預(yù)播種面積、漏播及補(bǔ)播情況、施肥配量、施肥漏施及補(bǔ)施、施肥面積等相關(guān)信息,根據(jù)預(yù)設(shè)播種參數(shù)和施肥參數(shù)及時(shí)做出相應(yīng)的控制動(dòng)作和報(bào)警,實(shí)現(xiàn)施肥、播種自變量控制。設(shè)備可解決播種機(jī)和施肥機(jī)過(guò)重、傳動(dòng)部分故障多、排種施肥口阻塞或漏播漏施、排種量難計(jì)算和施肥量難控制等問(wèn)題。

      2.2 監(jiān)測(cè)及補(bǔ)種設(shè)備

      隨著智能化技術(shù)的發(fā)展,利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)進(jìn)行無(wú)接觸測(cè)量的研究逐漸展開。國(guó)內(nèi)播種機(jī)漏播監(jiān)測(cè)技術(shù)不僅獲得許多成果,而且對(duì)自動(dòng)補(bǔ)種也進(jìn)行了相關(guān)研究。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的金衡模等利用光電傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)播種過(guò)程的排種監(jiān)測(cè),還提出玉米免耕播種機(jī)的漏播補(bǔ)償設(shè)計(jì)裝置(見圖1)。

      漏播監(jiān)測(cè)設(shè)備主要是采用排種管監(jiān)測(cè),或在補(bǔ)種裝置原排種器外加裝一套備用排種裝置,當(dāng)原排種裝置出現(xiàn)漏播時(shí),備用裝置進(jìn)行補(bǔ)播。這種排種器與漏播補(bǔ)種裝置相采用互獨(dú)立的補(bǔ)種方式,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,種子正常排種與補(bǔ)種時(shí)下落路徑不同,存在補(bǔ)種位置不準(zhǔn)確等問(wèn)題。

      圖1 補(bǔ)償式精密播種機(jī)Figure 1 Compensation precision planter

      3 結(jié)語(yǔ)

      在全球信息化和數(shù)字化背景下,農(nóng)作物播種監(jiān)控系統(tǒng)由視頻監(jiān)控系統(tǒng)向嵌入式網(wǎng)絡(luò)信息采集等遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)變,研制對(duì)作物的播種情況(株距、漏播等)進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)的實(shí)用設(shè)備,對(duì)提高作物產(chǎn)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

      [1]葛世強(qiáng).大籽粒作物精量播種漏播自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].咸陽(yáng):西北農(nóng)林科技大學(xué),2015.

      [2]熊瑛.基于機(jī)器視覺的排種器性能檢測(cè)技術(shù)研究[D].長(zhǎng)沙:湖南農(nóng)業(yè)大學(xué),2011.

      [3]馬煥菲.基于VC++排種種子流視覺檢測(cè)軟件的研發(fā)[D].晉中:山西農(nóng)業(yè)大學(xué),2015.

      [4]邊疆.基于高速攝像系統(tǒng)的精密排種器性能檢測(cè)方法及試驗(yàn)研究[D].鎮(zhèn)江:江蘇大學(xué),2009.

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