張 燕

(黃河交通學(xué)院，河南 焦作 454950)

0 引言

玉米是主要的糧食作物，還可作為畜禽飼料和能源開發(fā)原料，也是重要的經(jīng)濟作物。目前，我國的玉米種植面積接近4 000萬hm2，產(chǎn)量超過2億t。即便如此，我國每年仍要進口一定數(shù)量的玉米，才能滿足國內(nèi)需求。玉米的用途廣泛，種植和消費規(guī)模龐大，在國民經(jīng)濟中占有重要地位[1]。

玉米生產(chǎn)過程中播種環(huán)節(jié)耗時費力，作業(yè)時期很短，作業(yè)質(zhì)量對產(chǎn)量有較大影響。機械化程度是反映農(nóng)業(yè)發(fā)展水平的重要方面，設(shè)計和推廣玉米播種機具有很大的現(xiàn)實意義。隨著科學(xué)發(fā)展和技術(shù)進步，我國開發(fā)了多種玉米播種機，如用于干旱地區(qū)的精量施水播種機及全膜覆蓋的雙壟溝播機和折疊式免耕播種機等，都在實踐中取得了良好的效果[2-4]。上述機械可以設(shè)定行距和間距實現(xiàn)均勻播種，并集成覆土、施肥和灑水功能于一體，不僅具有更高的作業(yè)質(zhì)量，還能節(jié)約用種量、勞力和作業(yè)時間。通過機械播種的玉米出苗率高、整齊度好，為高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供了保障。

我國玉米播種機發(fā)展迅速，現(xiàn)在已經(jīng)形成了良好的開發(fā)應(yīng)用局面；但是，與國際先進水平相比，我國玉米播種機在部分性能上還不完全成熟，影響了播種作業(yè)的效果。首先，排種器凹坑的大小固定，導(dǎo)致對籽粒大小不同的種子容納數(shù)量存在差異，降低了排種精度。其次，大部分機械的播種株間距不能調(diào)整，難以很好地適應(yīng)不同玉米品種和種植習(xí)慣。另外，受機械設(shè)計和整體性能的影響，實際作業(yè)過程中會出現(xiàn)種箱排空、導(dǎo)種管堵塞等造成的漏播，以及地輪打滑影響播種精度的問題。

因此，在設(shè)計新型播種機械時，可以參考上述問題，通過對機械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計來獲得更為完善的綜合性能。對于現(xiàn)有機械，則可以加載新的電子監(jiān)測和控制系統(tǒng)，通過實時控制性能推動機械智能化的提升。目前，我國已研制出多種玉米播種機智能監(jiān)測和控制系統(tǒng)，核心技術(shù)包括單片機、PLC、傳感器和編碼器等，提高了玉米播種機的性能和適應(yīng)性[5-9]。

英語是世界應(yīng)用最廣泛的語言，在農(nóng)業(yè)機械上采用英語的設(shè)計語言和控制指令可以與國際接軌，促進我國農(nóng)業(yè)機械走向國際市場。同時，對進口農(nóng)業(yè)機械上的英語使用方式進行研究，也可以達到參考國外先進經(jīng)驗，提高我國農(nóng)業(yè)機械水平的目的。玉米播種機的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、部件繁多、操作難度較大，研究利用英語語言理解對其進行控制具有重要意義。語言理解通常是指人類通過視覺或聽覺接收語言信息并構(gòu)建語言描述的環(huán)境，從而獲得語言所表達的內(nèi)容。語言理解依靠計算機技術(shù)延伸到自然科學(xué)領(lǐng)域，主要應(yīng)用在機械設(shè)計制造方面，可以參與模型的重建[10-11]。

若要將英語語言理解應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機械的控制，需要對英語語言形式表達的控制需求進行理解和分析，然后將分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為控制指令和動作。英語語言理解可以提高對農(nóng)業(yè)機械的控制精度，并降低控制難度。語句是語言理解過程中承上啟下的重要單位，英語的語句根據(jù)結(jié)構(gòu)可以分為簡單句、并列句和復(fù)合句。復(fù)合句中的從句用于對主句動態(tài)事件的發(fā)生對象、發(fā)生時間和發(fā)生條件進行限定和準確描述，在農(nóng)業(yè)機械控制中可以增加控制指令的精細程度，具有重要的研究價值。胡樹凱比較了自然語言理解中各種語義分析方法的優(yōu)缺點，并分析復(fù)合句語義各個概念的唯一性問題，以此建立的模型在機械產(chǎn)品設(shè)計測試中取得了理想的結(jié)果[12]。本文對英語語言理解中的復(fù)合句語義進行分析，將其應(yīng)用在玉米播種機的播種深度、排種精度和行駛方向控制上，以便提高農(nóng)業(yè)機械的智能化水平，降低操作難度。

1 機械設(shè)備和硬件

機械設(shè)備為RN-Z02型玉米播種機，功率通過轉(zhuǎn)動軸輸出，集播種、施肥和覆土功能于一體。播種機可以實現(xiàn)3行同播，行距為45～60cm，株距為16～32cm，均可根據(jù)實際需要進行調(diào)整，最佳播種深度為15cm。牽引機械是東方紅LX1000型拖拉機，后輪距212cm，離地高度43cm，輸出功率達到73.5kW，行進速度在2～36km/h之間。用于英語語言理解的設(shè)備為戴爾I3668-18N2型電腦，配置包括Intel i5處理器、8GB的內(nèi)存和1TB的硬盤，由拖拉機的蓄電池提供電源。語言理解在visual C++程序中進行，軟件運行環(huán)境為Windows10操作系統(tǒng)。

2 語義分析

語言理解的實質(zhì)是通過分析篇章和理解語義，將玉米播種機的控制指令轉(zhuǎn)換為實際的操作動作。語言理解首先分析單詞的詞義，然后依照語法將它們組合成語句的語境，同時對作為語句組成部分的各類單詞分別釋義，不能完成釋義的單詞重回上一步進行分類處理，直至完成釋義。以成功釋義的語句為基礎(chǔ)，由規(guī)范化處理形成篇章分析的語言形式，最終得到核心事件的模型進行語義模型建立。

語義分析是自然語言理解的關(guān)鍵和難點，因此對語言理解的大量研究都集中在語義分析上。在英語的3種語句結(jié)構(gòu)類型中，復(fù)合句最為復(fù)雜，表達的內(nèi)容也最豐富。本文對復(fù)合句的語義分析是依據(jù)完整語義的思想進行的，即以主句的事件為核心，按照特定順序圍繞每個動詞進行完整的語義分析，將不能成功分析的動詞暫時存儲，在整句分析結(jié)束后再重新組合后分析。組成復(fù)合句的各個單句事件分析結(jié)束后，抽象化的事件名詞返回到父句，由父句將這些名詞填充到相應(yīng)的語法位置上，然后重復(fù)進行上述的單句語義分析過程。當不再出現(xiàn)需要進行分析的父句時，則表明完成了復(fù)合句的語義分析，同時根據(jù)最終的語義形成播種機控制指令輸出，其流程如圖1所示。

圖1 復(fù)合句語義分析流程Fig.1 Flow path of semantic analysis of compound sentence

3 控制功能

播種機的參數(shù)設(shè)定和操作指令用英語表達，語言理解程序?qū)Ω黝惥湫瓦M行語義分析，理解指令內(nèi)容后通過輸出信號實現(xiàn)控制功能。播種機駕駛員的口頭或文字指令通過輸入裝置接收，由計算機識別和推理釋義，控制執(zhí)行裝置根據(jù)指令完成相應(yīng)操作。本文研究了復(fù)合句語義分析對玉米播種機播種深度、排種精度，以及行駛方向的控制作用。

播種深度即實際的開溝深度，通過傳感器對播種機仿形輪隨地表上下浮動的位移信號測量獲得。計算機將實際的開溝深度與設(shè)定播種深度比較，根據(jù)結(jié)果輸出控制指令，以四連桿結(jié)構(gòu)改變開溝器的位置，從而校正播種深度。

排種精度是由導(dǎo)種輪決定的，通過霍爾傳感器檢測導(dǎo)種輪的轉(zhuǎn)動信號，計算機根據(jù)轉(zhuǎn)動信號計算出導(dǎo)種輪的實際轉(zhuǎn)速并與設(shè)定的轉(zhuǎn)速比較，再通過驅(qū)動電機對導(dǎo)種輪的轉(zhuǎn)速進行校正，從而維持設(shè)定的播種精度。

對行駛方向采用方向盤控制方式，方向控制器與收割機的方向盤連接，由馬達驅(qū)動轉(zhuǎn)向。方向控制器安裝方便，與語言理解設(shè)備能夠很好兼容。

玉米播種機上述3種控制功能涉及的部件繁多，連接復(fù)雜，動作執(zhí)行需要滿足各種前提條件，因此復(fù)合句在其控制程序的編寫過程中發(fā)揮著重要的作用。3種控制功能的代表性復(fù)合句以狀語、定語和主語等類型的從句為主，如表1所示。

表1 不同控制功能的代表性復(fù)合句Table 1 Representative compound sentence of different controlling functions

4 試驗結(jié)果和分析

2017年，在4個不同類型的玉米試驗田中驗證這種玉米播種機控制方法的效果。拖拉機以5km/h的速度牽引播種機按照預(yù)先規(guī)劃的路線行駛，同時進行播種作業(yè)。使用的玉米品種為農(nóng)華101，播種深度設(shè)定為15cm，株間距設(shè)定為25cm。每次取2 000粒種子用于試驗，作業(yè)完成后測量播種機的行駛距離，從而計算實際的株間距。另外，每個田塊中隨機抽取10個點，測量播種深度和行駛路線的偏移距離，計算平均值并與設(shè)定值進行比較。

試驗結(jié)果如表2所示。結(jié)果表明：實際播種深度在14.5～16.2cm之間，與15cm的設(shè)定播種深度相比差距很?。粚嶋H株間距在25.5～26.8cm之間，均大于25cm的設(shè)定株間距，但最大的差異僅為1.8cm。因此，玉米播種機的播種精度較高，能夠滿足實際作業(yè)的要求。機械行駛路線的偏移距離在17.2～20.4cm之間，沒有超過拖拉機輪距的10%，這說明該方法對機械行駛方向的控制效果較好。

表2 語言理解對玉米播種機的控制效果

Table 2 Control effect of language understanding on corn seeder

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5 結(jié)論

對英語語言理解中的復(fù)合句依據(jù)完整語義的思想進行語義分析，探討了在玉米播種機控制中的應(yīng)用。復(fù)合句語義分析以主句的事件為核心，按照特定順序圍繞每個動詞進行完整的語義分析，將抽象化的事件名詞返回到父句，根據(jù)最終的語義形成播種機控制指令輸出。文中研究了復(fù)合句語義分析對玉米播種機播種深度、排種精度和行駛方向的控制作用，列舉了3種控制功能的代表性復(fù)合句和從句類型。試驗結(jié)果表明：該方法對玉米播種機播種精度和行駛方向的控制效果較好，能夠滿足實際作業(yè)的要求，可以用來提高農(nóng)業(yè)機械的智能化水平，降低操作難度。