農(nóng)機深松作業(yè)信息監(jiān)控技術(shù)研究

趙鮮

摘 要 農(nóng)田深松作業(yè)技術(shù)作為我國土壤保護性耕作的重要組成，此項技術(shù)的特點是其在使土層抬升，達到進行土壤疏松、增加耕層深度的過程中，能夠在不進行翻土、將土層結(jié)構(gòu)破壞的情況下進行，對土壤而言，深松可以促使其蓄水能力提升，對糧食產(chǎn)量增加也有一定促進作用。只不過對此項作業(yè)的驗收一直是困擾農(nóng)機監(jiān)管部門的一大難題，傳統(tǒng)驗收方式以抽檢為主，檢測效率低，檢查覆蓋面少，也容易發(fā)生記錄錯誤。為確保國家為農(nóng)業(yè)投入的每一分錢都有應(yīng)有的效用，減輕農(nóng)機管理部門的重擔，采用4G移動網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸，在深松機具上安裝監(jiān)測設(shè)備，實現(xiàn)農(nóng)機的實時跟蹤和歷史軌跡回放、深松深度實時顯示，畝數(shù)測定等重要農(nóng)事功能。

關(guān)鍵詞 深松作業(yè)；深度監(jiān)測；面積監(jiān)測

1 研究背景及意義

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，離不開信息化，實時高效的信息共享，將成為農(nóng)機作業(yè)、經(jīng)營和管理的一項重要工作。新疆農(nóng)機工作者經(jīng)過幾年的摸索和試驗，按照國家對于土壤深松的要求，于2015年制定實施《新疆農(nóng)機深松作業(yè)技術(shù)規(guī)范（試行）》，深松作業(yè)一般間隔3-5年一次為宜，確定深松深度≥40cm，比現(xiàn)有犁底層深5-10cm，打破堅硬的犁底層。在深松作業(yè)中必須保證機具工作部件作業(yè)覆蓋率應(yīng)達到50%以上，工作部件作業(yè)覆蓋寬度≥作業(yè)總寬度50%，作業(yè)合格率80%以上，深松地塊補貼30元/畝機耕費。

深松作業(yè)傳統(tǒng)驗收方式以五點抽檢為主（避開地頭地邊，距地頭≥10m，地邊≥2m。人工測量在非常繁重的工作中，檢測效率有限，針對深松作業(yè)時間集中的特點，人工作業(yè)檢查覆蓋面少，易發(fā)生記錄錯誤。為確保國家為農(nóng)業(yè)投入的每一分錢都有應(yīng)有的效用，防止人為騙補和傳統(tǒng)經(jīng)驗制約，實時獲取精準的深松數(shù)據(jù)信息，減輕農(nóng)機管理部門的重擔，要加快發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)機的信息建設(shè)，推進現(xiàn)代化精準農(nóng)業(yè)作業(yè)管理。

2 研究的主要內(nèi)容

在我國的農(nóng)業(yè)信息工程領(lǐng)域，利用北斗衛(wèi)星系統(tǒng)，可以將農(nóng)田信息進行的準確高效采集和傳輸，而農(nóng)機深松作業(yè)作為近幾年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主推技術(shù)，其信息化的監(jiān)控技術(shù)和手段也在迅猛的發(fā)展，可以說農(nóng)機深松作業(yè)監(jiān)控是近幾年農(nóng)業(yè)信息工程領(lǐng)域炙手可熱的項目之一。通過深度采集數(shù)據(jù)設(shè)備安裝，對農(nóng)機深松作業(yè)相關(guān)信息進行實時采集以及加工數(shù)據(jù)，同時在4G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用下，可以使采集到的數(shù)據(jù)第一時間被傳送到數(shù)據(jù)控制中心進行分析和測算。在遠程端口對接收的信息進行處理并存儲在數(shù)據(jù)庫中，在web端可以清楚將拖拉機行駛軌跡、深松深度數(shù)值實時傳輸?shù)奖O(jiān)控中心平臺，實時查看行農(nóng)機出行狀態(tài)、作業(yè)質(zhì)量分析和作業(yè)面積統(tǒng)計及呈報。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述

深松監(jiān)測整個系統(tǒng)主要有現(xiàn)場采集和監(jiān)控中心兩部分組成?，F(xiàn)場采集包括：GPS收發(fā)天線、深度檢測傳感器、攝像頭、車載集成數(shù)據(jù)終端構(gòu)成。監(jiān)控中心主要在web端，在數(shù)據(jù)采集后經(jīng)車載終端初步處理將GPS數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)以4G分組數(shù)據(jù)的形式發(fā)送到通訊基站（BSS），經(jīng)SGSN封裝后，到主網(wǎng)進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)中，通信服務(wù)器端在對數(shù)據(jù)進行接收、存儲和項目運算，結(jié)合WEBGIS軟件、B/S信息系統(tǒng)及相關(guān)輔助軟件最終呈現(xiàn)人們所需要的可視化的分類數(shù)據(jù)信息。

4 深松測算算法原理概述

農(nóng)機深松作業(yè)機具有結(jié)構(gòu)特征，通常情況動力機具應(yīng)用三點懸掛結(jié)構(gòu)拖拉機，駕駛?cè)藛T在進行拖拉機駕駛的時候，進行手柄操作可以使后橋液壓升降受到影響，進而對三點懸掛式結(jié)構(gòu)進行升降處理，以達到對深松鏟土的深度進行調(diào)控的目的。

通過分析深松鏟提升、下降動作，對照運動軌跡，深松鏟具體運動可以歸結(jié)為兩部分：（1）進行圓周運動的下拉桿與深松鏟整體；（2）也為圓周運動，不過其是深松鏟自身和鉸接點線軸的運動。

通過將傾角傳感器安裝在提升桿和深松機具上，可以測量下拉桿與深松鏟轉(zhuǎn)動角度，在平地等候狀態(tài)作為基準狀態(tài)，作業(yè)中數(shù)值的實時變換同基準角度展開比對，還應(yīng)當對深松鏟以及下拉桿幾何尺寸進行了解與分析，在具體落實的時候，這個距離也就是深松機作業(yè)的深度情況。

通常情況農(nóng)機深松作業(yè)在很大的土地面積內(nèi)展開，機具在作業(yè)過程中，單獨對某一個點測算，不能作為深松合格與否的標準，增加連續(xù)采點數(shù)量，縮短采點周期，以便獲得較為準確的某一段行程深松深度數(shù)據(jù)，通過平均值測算合格率。

4.1 傳感器安裝與使用

在傳感器安裝與固定時，選擇扎帶或者鋼箍進行固定，使其在拖拉機下拉桿與深松機具橫梁上固定。對傾角傳感器而言，去在安裝的過程中，要確保傳感器順時針轉(zhuǎn)動角度表現(xiàn)為逐步減小的狀態(tài)，而逆時針轉(zhuǎn)動角度則相反。應(yīng)用統(tǒng)一輸出角度測量物體變化大小情況，具體選擇X軸角度輸出。對兩個傳感器角度輸出而言，其頻率選擇5Hz，也就是說每秒會有5個X軸傾角數(shù)據(jù)輸出。

4.2 零狀態(tài)標定點確定

沒有作業(yè)時拖拉機深松鏟是平放在水平地面中，這種情況下其下拉桿與深松梨等等情況具體如圖3-14所示。這就是零狀態(tài)標定點，這個時候深松犁D點是在水平面環(huán)境。若是水平面以及其垂直方向分別用X與Y軸表示，AB代表下拉臂力臂的長度，有關(guān)傳感器初始角度以及CD是深松鏟松犁的固有長度。

通過傳輸?shù)臋z測數(shù)據(jù)統(tǒng)計出深松作業(yè)的深度信息，并進行統(tǒng)計。并且在軌跡信息中通過不同顏色的點位區(qū)別不同的狀態(tài)，其中紅色表示不達標的作業(yè)，綠色表示達標的作業(yè)，紅色表示未進行深松作業(yè)。

5.2 面積測算精度測試

本試驗旨在測試車載深松作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備面積測算精度。試驗選用東方紅拖拉機1804和1S-200型深松機，試驗地點在奇臺縣，試驗方式選擇深松拖拉機正常作業(yè)形式，拖拉機帶深松鏟作業(yè)速度為10km/h左右，按照設(shè)定的面積進行深松作業(yè)，利用百米米尺測算出每次作業(yè)的實際面積，同時記錄下設(shè)備每次測算的面積。本設(shè)備采用的是一種基于面積格點覆蓋的深松面積測算方法，由于此方法本身的優(yōu)越性，能夠?qū)⑸钏勺鳂I(yè)中重耕、漏耕這些誤差來源基本消除，所剩的主要誤差來源是由GPS坐標定位精度不高帶來。經(jīng)多次實驗驗證，面積測算值與真實值之間的誤差在5%以下。測量結(jié)果如表2所示。

經(jīng)過試驗和分析，設(shè)備能在復雜和惡劣的農(nóng)田作業(yè)中完成既定功能，深松深度和面積測算都能在既定誤差5%以內(nèi)，很好的完成了設(shè)備的測試功能。當然，設(shè)備的可靠性不單是通過幾次的試驗就能得出的，還需要一個深松周期，上千畝土地的作業(yè)方可在系統(tǒng)硬件和軟件層面將問題發(fā)現(xiàn)和找出相對應(yīng)的解決方法。

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