◆湖南省南縣第一中學(xué) 洪 偉 徐 婷

近年來，南縣大力發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和全域旅游，羅文花海國(guó)際涂鴉藝術(shù)村的“萬畝油菜花?！泵磕甓紩?huì)吸引海內(nèi)外眾多游客前來觀光。然而，由于播種效率不高，無法實(shí)現(xiàn)大面積播種，南縣油菜花田尚未形成特色。能否發(fā)明一種裝置解決這個(gè)問題？

一、選題背景

1.目的及意義

油菜一直是南縣農(nóng)民主要的農(nóng)作物和食用油來源。探索大面積油菜播種技術(shù)方式，對(duì)突破油菜播種形式、縮短油菜的作業(yè)成本、提高效率、發(fā)展南縣的縣域經(jīng)濟(jì)、改善民生以及培養(yǎng)自己的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維都大有益處。因此，本選題具有一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值和科技創(chuàng)新價(jià)值。

2.國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀分析

油菜是我國(guó)重要的油料作物，種植地域十分廣泛。目前，我國(guó)油菜的播種方式仍主要依靠人工撒播來完成。傳統(tǒng)播種方式勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)等導(dǎo)致種植油菜的比較效益低。要改變這種局面，就必須實(shí)現(xiàn)油菜播種由傳統(tǒng)播種方式向機(jī)械化播種方式轉(zhuǎn)變。

目前我國(guó)在油菜的機(jī)械化播種方面總體上還處于較低水平。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局和中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化年鑒統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2015年我國(guó)油菜機(jī)械化播種水平僅為 22.01%，油菜機(jī)械化播種水平程度低、技術(shù)層次低已成為制約我國(guó)油菜生產(chǎn)發(fā)展的瓶頸。

在相關(guān)研究中，研究最多的是機(jī)械條播技術(shù)，而對(duì)基于計(jì)算機(jī)編程播種和噴墨打印原理的油菜造型播種技術(shù)、氣壓式肥種發(fā)射技術(shù)、自動(dòng)導(dǎo)航和變量播種技術(shù)等油菜播種智能化技術(shù)的研究卻很少。

采用計(jì)算機(jī)編程播種和噴墨打印原理的油菜造型播種技術(shù)可根據(jù)實(shí)際的需要設(shè)定程序，讓裝置自動(dòng)按照設(shè)置好的圖形或文字播種；自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)利用GPS 或北斗導(dǎo)航等完成對(duì)行，可提高行駛直線度，降低駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，有效利用耕地進(jìn)行路徑規(guī)劃；變量播種技術(shù)則是基于產(chǎn)量分布圖，根據(jù)土壤肥力、播期、品種、種植要求等變量播種。機(jī)載式油菜造型播種裝置集成自動(dòng)導(dǎo)航、造型播種和變量播種等技術(shù)，成為實(shí)用創(chuàng)新播種技術(shù)的發(fā)展方向。

二、基本思路

機(jī)載式油菜造型播種裝置利用計(jì)算機(jī)編程技術(shù)、氣壓播種技術(shù)，以飛行器為載運(yùn)工具，能自動(dòng)識(shí)別地形，實(shí)現(xiàn)大面積的造型播種。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)主要由載運(yùn)工具（無人機(jī)）、程序控制箱（集成地形信息傳輸器、造型設(shè)計(jì)芯片）、地形信息采集頭、肥種箱、氣壓式肥種發(fā)射裝置、遙控器、喇叭播種口等組成。其中，氣壓式肥種發(fā)射裝置由電動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)、肥種箱、真空分離器、導(dǎo)種管、喇叭播種口組成。

軟件系統(tǒng)主要為造型設(shè)計(jì)程序、信息自動(dòng)傳輸程序和圖像比較識(shí)別程序等。

圖1 機(jī)載式油菜造型播種裝置結(jié)構(gòu)圖

圖2 氣壓式肥種發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)圖

圖3 沒有經(jīng)過造型播種的羅文花海油菜地

圖4 經(jīng)過造型播種的羅文花海油菜地想象圖

四、使用方法

1.通過向無人機(jī)自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)輸入程序，讓無人機(jī)自動(dòng)識(shí)別播種所需的飛機(jī)姿態(tài)與航跡。

2.肥種箱內(nèi)裝有電動(dòng)機(jī)、攪拌器、烘干機(jī)，程序控制芯片按比例將肥料、油菜種子、水混合攪拌好，然后通過烘干機(jī)適當(dāng)烘干，使肥料包裹油菜種子，形成硬殼，制成肥種。

3.在真空分離器的作用下，讓肥種沿導(dǎo)種管進(jìn)入氣壓式肥種發(fā)射裝置。氣壓式肥種發(fā)射裝置利用氣槍發(fā)射原理，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)壓縮機(jī)形成高壓氣流，對(duì)種子進(jìn)行吹送，使種子按一定軌跡從播種口噴出，完成排種。

4.地形信息采集頭包括高清攝像機(jī)、機(jī)座，通過螺栓安裝在無人機(jī)平臺(tái)的四周。程序控制箱安裝在無人機(jī)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的頂部，肥種箱、遙控器、氣壓式肥種發(fā)射裝置、喇叭播種口安裝在無人機(jī)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的底部。

5.作業(yè)時(shí)，將裝置放入要播種的區(qū)域。啟動(dòng)開關(guān)，播種裝置升空，地形信息采集頭工作，識(shí)別所要播種區(qū)域的地形面積以及所需肥種數(shù)量，按照造型芯片預(yù)設(shè)的造型程序自動(dòng)進(jìn)行造型播種。