陳軍成 黃淳 徐涵秋

四川省農(nóng)業(yè)機械鑒定站，四川成都

近年來，農(nóng)機耕整地作業(yè)監(jiān)測終端在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用越來越普遍，大大提高了農(nóng)機作業(yè)統(tǒng)計效率，為農(nóng)機作業(yè)補貼資金安全可靠地發(fā)放提供了依據(jù)。

2021年3月，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布了DG/T 253-2021《農(nóng)機耕整地作業(yè)監(jiān)測終端》推廣鑒定大綱，農(nóng)機耕整地作業(yè)監(jiān)測終端開展試驗鑒定有了統(tǒng)一的技術(shù)要求。按照大綱中作業(yè)性能試驗方法，四川省農(nóng)業(yè)機械鑒定站聯(lián)合有關(guān)企業(yè)研發(fā)了農(nóng)機耕整地作業(yè)監(jiān)測終端作業(yè)性能測試系統(tǒng)（以下簡稱測試系統(tǒng)）。

1 設計思路及工作原理

測試系統(tǒng)是在安裝作業(yè)終端后的耕整地機械上，再安裝一套智能試驗鑒定設備（測試精度為厘米級）。通過智能試驗鑒定設備結(jié)合CROS服務，可自動收集農(nóng)機作業(yè)過程中產(chǎn)生的高精度定位數(shù)據(jù)、作業(yè)姿態(tài)數(shù)據(jù)、作業(yè)狀態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)統(tǒng)一封裝發(fā)送給云服務端。后臺云服務端對收到的數(shù)據(jù)進行解析和保存，并根據(jù)上傳的數(shù)據(jù)自動運算后實時生成配套的試驗結(jié)果報表，同時，可便捷地查閱以及導出所有試驗結(jié)果報表。對比作業(yè)終端監(jiān)測的數(shù)據(jù)，即可判斷作業(yè)終端監(jiān)測數(shù)據(jù)是否準確，得出作業(yè)終端鑒定是否通過的結(jié)論。智能試驗鑒定設備安裝到作業(yè)機械上后，可以遠程監(jiān)控機械的作業(yè)情況和作業(yè)數(shù)據(jù)。該方案能節(jié)省大量人力成本，效率高且測試數(shù)據(jù)精度高。

2 測試系統(tǒng)組成

測試系統(tǒng)包括高精度RTK-GNSS導航接收機、北斗農(nóng)機終端、測試系統(tǒng)軟件。

2.1 高精度RTK-GNSS導航接收機

高精度RTK-GNSS導航接收機支持慣性/GNSS/里程計組合算法；支持4G全網(wǎng)通；最高支持100Hz數(shù)據(jù)更新率；采用2.5度零偏的高精度陀螺和加速度計；具有完善的組合導航算法，提供準確的姿態(tài)和厘米級位置信息。

2.2 北斗農(nóng)機終端

北斗農(nóng)機終端支持北斗衛(wèi)星定位和作業(yè)數(shù)據(jù)無線傳輸；支持圖像采集以及遠程圖像傳輸；支持設備狀態(tài)顯示及故障報警；支持遠程調(diào)試、升級、故障檢測；支持機具自動識別功能；支持盲區(qū)補傳功能，在作業(yè)地區(qū)無網(wǎng)絡信號時可以存儲作業(yè)信息。

北斗農(nóng)機終端自帶高清拍照設備，采用廣角鏡頭，可提供較寬廣的視景，拍攝效果滿足農(nóng)機作業(yè)現(xiàn)場監(jiān)控和作業(yè)質(zhì)量核查要求，支持遠程控制攝像頭進行人工手動拍照，具備防水、防塵、防震等特性；自帶深度傳感器，能實時測量并上傳農(nóng)機作業(yè)深度，準確度高，具備防水、防塵、防震等特性；自帶機具識別器，能自動獲取機具的類型、高度、寬幅等基本信息，可無線機具識別，安裝方便；自帶數(shù)碼顯示管，能實時顯示農(nóng)機作業(yè)深度，實時顯示農(nóng)機作業(yè)工作狀態(tài)，具備防水、防塵、防震等特性。

2.3 測試系統(tǒng)軟件

設計的測試系統(tǒng)軟件（如圖1）具備以下功能：實時監(jiān)控試驗農(nóng)機在線狀態(tài)、實時試驗情況，能夠查看作業(yè)照片、軌跡等；查看農(nóng)機歷史試驗軌跡；查詢樣機編號、型號、試驗日期、作業(yè)項目、農(nóng)機具型號、名稱、作業(yè)量、移機時間、故障間歇時間、工作時間、累計工作時間等信息，支持報表導出；查詢終端作業(yè)面積、實際作業(yè)面積、作業(yè)面積測量精度等信息，支持報表導出；查詢終端重復作業(yè)面積、實際重復作業(yè)面積、重復作業(yè)檢測準確率等信息，支持報表導出；查詢終端作業(yè)深度、實際作業(yè)深度、作業(yè)深度測量誤差等信息，支持報表導出。

圖1 測試系統(tǒng)軟件

3 測試系統(tǒng)試驗驗證

測試系統(tǒng)研發(fā)完后實施了試驗驗證。試驗驗證嚴格按照DG/T 253-2021大綱中對耕整地作業(yè)監(jiān)測終端作業(yè)性能測試規(guī)定的試驗條件進行。

3.1 試驗條件

1）作業(yè)深度測量誤差試驗條件。試驗地測區(qū)長度應不少于40.0 m，兩端分別留有不少于10.0 m的穩(wěn)定區(qū)，測區(qū)寬度應不小于機具作業(yè)幅寬的兩倍。試驗地表面以上植被（包括留茬）覆蓋量不大于1 kg/m2，留茬高度不大于30.00 cm，土壤含水率15%～25%，土壤堅實度不大于2 MPa。作業(yè)深度按當?shù)剞r(nóng)藝要求調(diào)整，不低于當?shù)貙嶋H作業(yè)要求。

2）作業(yè)面積測量精度試驗條件。試驗地塊面積不少于2 000 m2，兩端分別留有不少于10.0 m的區(qū)域，兩側(cè)分別留不少于半個作業(yè)幅寬的區(qū)域。

3）重復作業(yè)檢測準確率試驗條件。試驗地塊長度應不少于150.0 m，兩端分別留有不少于10.0 m的區(qū)域，測區(qū)寬度應不小于機具作業(yè)幅寬的4倍，兩側(cè)分別留不少于半個作業(yè)幅寬的區(qū)域。

3.2 試驗數(shù)據(jù)及分析

2021年12月28日，試驗驗證在成都市郫都區(qū)進行，試驗地表面植被（包括留茬）覆蓋量、留茬高度、土壤含水率、土壤堅實度等均滿足DG/T 253-2021規(guī)定。選定的地塊長150.0 m、寬15.1 m，地塊實際面積2 265 m2。劃定重復作業(yè)地塊長150.0 m、寬6.0 m，實際重復作業(yè)面積900 m2。試驗時，作業(yè)機具在預先選定的已知作業(yè)面積地塊和已知重復作業(yè)面積地塊上作業(yè)。作業(yè)機具為旋耕機，工作幅寬為2.8 m。旋耕機作業(yè)完成后，通過測試系統(tǒng)平臺及時查閱到上傳的數(shù)據(jù)。

同時，鑒定人員按照DG/T 253-2021規(guī)定實際測得作業(yè)深度為13.00 cm，農(nóng)機耕整地作業(yè)監(jiān)測終端監(jiān)測的數(shù)據(jù)及測試系統(tǒng)測試的數(shù)據(jù)如表1所示。對終端監(jiān)測數(shù)據(jù)及測試系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)進行比較，計算得到農(nóng)機耕整地作業(yè)監(jiān)測終端作業(yè)性能測試情況如表2所示。測試系統(tǒng)的主要硬件設備高精度RTK-GNSS導航接收機通過了法定計量機構(gòu)的計量校準，校準結(jié)果為TTK測量精度誤差1.42 cm。對預先選定地塊的實際數(shù)據(jù)和測試系統(tǒng)的測試數(shù)據(jù)進行比較，計算得到測試系統(tǒng)的測試誤差如表3所示。由表3得出，測試系統(tǒng)深度測量誤差為0，測試系統(tǒng)作業(yè)面積測量誤差為0.11%，測試系統(tǒng)重復作業(yè)面積測量誤差為0.17%，說明測試系統(tǒng)的測試準確度非常高。

表1 終端監(jiān)測數(shù)據(jù)及測試系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)表

表2 作業(yè)監(jiān)測終端作業(yè)性能測試結(jié)果表

表3 測試系統(tǒng)誤差表

4 測試系統(tǒng)應用前景

農(nóng)機耕整地作業(yè)監(jiān)測終端作業(yè)性能測試系統(tǒng)具有測試機具作業(yè)時間、停機時間、作業(yè)地址及路線、作業(yè)面積、作業(yè)深度、重復作業(yè)面積等功能，改變了傳統(tǒng)人工測量、統(tǒng)計及計算的方式。作業(yè)類型、作業(yè)地點、作業(yè)質(zhì)量、作業(yè)軌跡、作業(yè)回放查詢及數(shù)據(jù)導出等功能一應俱全，讓數(shù)據(jù)有據(jù)可查，提高了統(tǒng)計和管理效率。測試系統(tǒng)準確度非常高，測出的數(shù)據(jù)很接近真實數(shù)據(jù)，因此可以作為作業(yè)終端的鑒定設備，判斷作業(yè)終端監(jiān)測數(shù)據(jù)是否準確。測試系統(tǒng)的智能試驗鑒定設備還可安裝在拖拉機上遠程監(jiān)控拖拉機可靠性試驗，安裝在收割機等其它農(nóng)機具上實現(xiàn)對其生產(chǎn)查定考核的監(jiān)控。鑒定設備一經(jīng)安裝好后，即可遠程監(jiān)控農(nóng)機具作業(yè)時間、作業(yè)軌跡、作業(yè)面積等參數(shù)，并可適時查看作業(yè)圖像和農(nóng)機具所在的精準位置，測試系統(tǒng)可以作為農(nóng)機具可靠性試驗的有效檢測手段，能節(jié)省大量的人力成本。