王 帥

（遼寧省農(nóng)業(yè)機械化研究所，沈陽 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、排種器等故障無法及時發(fā)現(xiàn)，常出現(xiàn)漏播和少播的情況。若出苗后人工補種或人工移栽，不僅會增加生產(chǎn)成本，而且幼苗的成長差異嚴(yán)重影響植株生長和作物產(chǎn)量。在免耕播種機大量推廣應(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題更加突出。據(jù)統(tǒng)計，各類大籽粒作物精量播種機的平均漏播率在13%以上。在此情況下，研制對排種機播種質(zhì)量精準(zhǔn)監(jiān)測的設(shè)備，對提高作物播種質(zhì)量具有重要意義。

1 國外作物播種智能監(jiān)測設(shè)備研究進展

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

近年來，隨著歐美國家精量播種技術(shù)的日益完善，精量監(jiān)測相關(guān)研究也隨之發(fā)展起來，監(jiān)測方式有機械式監(jiān)測器、機電式監(jiān)測器、電子監(jiān)測系統(tǒng)等。利用光電傳感器技術(shù)，國外研制出了各種光開光，用來檢測和監(jiān)控重播或漏播。光電檢測技術(shù)將輸管中種子流動的情況變換成電信號傳送給CPU，當(dāng)出現(xiàn)播種故障時，監(jiān)視裝置可進行聲光報警。

目前，國外的作物播種監(jiān)測方法已達到一定水平，但在控制漏播等方面還未完善起來。發(fā)達國家廣泛采用大型氣力式谷物播種機，雖然存在漏播現(xiàn)象，但漏播補種產(chǎn)生的經(jīng)濟效益并不明顯，對自動補種技術(shù)的需求并不迫切，因此監(jiān)控系統(tǒng)研究仍停留在監(jiān)測階段。

2 國內(nèi)作物播種智能監(jiān)測設(shè)備研究進展

2.1 監(jiān)測設(shè)備

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

西北農(nóng)林大學(xué)的葛世強設(shè)計一種大籽料作物精量播種漏播自動系統(tǒng)，旨在簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)位置無偏差補種，提高播種質(zhì)量，對提高種子利用率和勞動生產(chǎn)率具有重要意義。

山西農(nóng)業(yè)大學(xué)的馬煥菲針對BST-6型播種機試驗臺應(yīng)用軟件視覺測試系統(tǒng)，研制出基于V艸+排種種子流視覺檢測軟件，由校正的型孔種子數(shù)時序樣本統(tǒng)計型孔種子數(shù)頻率分布，并據(jù)此計算漏播指數(shù)、合格指數(shù)、超播指數(shù)指標(biāo)。對比試驗表明，穴播軟件檢測結(jié)果和人工實測結(jié)果沒有本質(zhì)上的差異。這種適用于穴播排種器和單粒播精播排種器，對提高播種效率的自動化分析和實時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試驗臺的基礎(chǔ)上，著眼于排種器性能檢測系統(tǒng)精度和實用性的提高，運用高速攝像系統(tǒng)采集精密排種器排種過程的圖像，研究精密排種器性能檢測方法。以油菜種子為試驗對象，在不同參數(shù)條件下進行播種試驗，結(jié)果表明，其與人工檢測的排種合格率相對誤差小于1%，播種變異系數(shù)相對誤差小于3%，檢測精度滿足檢測要求。

湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)的熊瑛針對現(xiàn)有黃油膠帶法試驗臺存在的不足，采用輸送帶上鋪砂原理設(shè)計鋪砂型排種器試驗臺，利用砂層的緩沖作用防止種子著落時彈跳，并用機器視覺技術(shù)對排種圖像進行采集與處理，實現(xiàn)排種器性能參數(shù)的實時自動分析。相對于傳統(tǒng)的涂油方式，具有種子可回收利用、無污染、機器視覺參照背景優(yōu)良等優(yōu)點。

吉林大學(xué)的姚鵬飛由機械式強制排種入手，設(shè)計出采用凸輪推桿機構(gòu)實現(xiàn)定點強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)進行投種對比試驗，結(jié)果表明：排種時距穩(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)機械化研究所針對市場需求，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的播種傳動機械裝置和施肥機械裝置，實時監(jiān)測播種作業(yè)位置、播種面積、剩余種量、預(yù)播種面積、漏播及補播情況、施肥配量、施肥漏施及補施、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)及時做出相應(yīng)的控制動作和報警，實現(xiàn)施肥、播種自變量控制。設(shè)備可解決播種機和施肥機過重、傳動部分故障多、排種施肥口阻塞或漏播漏施、排種量難計算和施肥量難控制等問題。

2.2 監(jiān)測及補種設(shè)備

隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，利用計算機視覺技術(shù)進行無接觸測量的研究逐漸展開。國內(nèi)播種機漏播監(jiān)測技術(shù)不僅獲得許多成果，而且對自動補種也進行了相關(guān)研究。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)機械工程學(xué)院的金衡模等利用光電傳感器技術(shù)實現(xiàn)播種過程的排種監(jiān)測，還提出玉米免耕播種機的漏播補償設(shè)計裝置（見圖1）。

漏播監(jiān)測設(shè)備主要是采用排種管監(jiān)測，或在補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，備用裝置進行補播。這種排種器與漏播補種裝置相采用互獨立的補種方式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，種子正常排種與補種時下落路徑不同，存在補種位置不準(zhǔn)確等問題。

圖1 補償式精密播種機Figure 1 Compensation precision planter

3 結(jié)語

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)信息采集等遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，研制對作物的播種情況（株距、漏播等）進行全程監(jiān)測的實用設(shè)備，對提高作物產(chǎn)量具有重要的現(xiàn)實意義。

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

［2］熊瑛.基于機器視覺的排種器性能檢測技術(shù)研究［D］.長沙：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方法及試驗研究［D］.鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2009.