裴麗君

（鷹潭市余江區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，江西 鷹潭 335200）

根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部公布的相關(guān)數(shù)據(jù)：2022 年我國(guó)共完成17.749 8 億畝糧食播種任務(wù)，春播糧食面積約9.4 億畝。為切實(shí)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益，保障農(nóng)業(yè)播種質(zhì)量，應(yīng)充分利用先進(jìn)設(shè)備，梳理播種思路，滲透精準(zhǔn)智能化設(shè)計(jì)理念，在改造播種機(jī)功能的基礎(chǔ)上優(yōu)化播種機(jī)使用效果，促使在技術(shù)導(dǎo)向下播種機(jī)設(shè)備能為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展提供重要?jiǎng)恿1-3]。

1 精準(zhǔn)智能化免耕覆秸施肥播種機(jī)技術(shù)特性

1.1 工作原理

精準(zhǔn)智能化免耕覆秸施肥播種機(jī)的應(yīng)用，主要是為了進(jìn)一步解決傳統(tǒng)播種機(jī)播種合格率低、播種質(zhì)量不高等問(wèn)題，該播種機(jī)在北斗衛(wèi)星定位技術(shù)的助力下能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)播種機(jī)播種生產(chǎn)缺陷，靈活適應(yīng)現(xiàn)實(shí)播種環(huán)境[4]。同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)智能技術(shù)與傳統(tǒng)工藝的有效結(jié)合。在實(shí)際使用階段，該設(shè)備多涵蓋播種電機(jī)、轉(zhuǎn)速傳感器、電瓶、下肥電機(jī)、控制器主機(jī)以及紅外線(xiàn)感應(yīng)開(kāi)關(guān)等智能控制配件，其線(xiàn)路以北斗天線(xiàn)、信號(hào)連接線(xiàn)為主，而且在施肥耕種期間還具備斷肥報(bào)警功能，可供使用者隨時(shí)根據(jù)播種機(jī)反饋結(jié)果預(yù)判耕種施肥進(jìn)度。一般情況下，播種機(jī)開(kāi)啟后同拖拉機(jī)等相關(guān)農(nóng)業(yè)機(jī)械連通成功后，能夠在軸動(dòng)力帶動(dòng)下快速通過(guò)傳動(dòng)齒輪賦予播種機(jī)前進(jìn)動(dòng)力，且包括3 個(gè)行進(jìn)路徑，即播種施肥、粉碎秸稈、旋耕。其中，粉碎秸稈時(shí)能夠以2 500 r/min 的轉(zhuǎn)速使用旋切刀進(jìn)行粉碎作業(yè)，之后秸稈碎末將按照拋灑狀態(tài)分布于土壤中，并且在完成施肥、排種后通過(guò)鎮(zhèn)壓輪對(duì)土壤進(jìn)行壓實(shí)處理，確保使用者所播種的田地能盡快實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)智能化播種施肥目標(biāo)。與傳統(tǒng)播種機(jī)相比，該設(shè)備較為明顯的區(qū)別在于具備較先進(jìn)的智能控制功能，精準(zhǔn)智能化免耕覆秸施肥播種機(jī)的智能控制水平顯然更高，無(wú)需過(guò)于依靠人力開(kāi)展播種工作，從整體效率和播種質(zhì)量層面看其優(yōu)勢(shì)顯著，其他差異如表1所示。

表1 不同播種機(jī)的差異

1.2 技術(shù)指標(biāo)

精準(zhǔn)智能化免耕覆秸施肥播種機(jī)具體運(yùn)行期間，往往能夠形成2 m～3 m 的寬度范圍，可滿(mǎn)足多種作物播種需求。如常見(jiàn)的紅薯，每條壟溝寬度為80 cm～100 cm，玉米則為1 m，茶葉為40 cm，經(jīng)由該設(shè)備操作能夠同時(shí)對(duì)多條壟溝進(jìn)行播種施肥。而殘茬埋設(shè)作業(yè)中通過(guò)此設(shè)備至少可形成6 cm 的深度標(biāo)準(zhǔn)，播種作業(yè)時(shí)可進(jìn)行12行或18行深為3 cm或6 cm的播種作業(yè)。在多壟溝同步粉碎殘余秸稈的基礎(chǔ)上可對(duì)6 行至9 行農(nóng)作物進(jìn)行施肥，整體上可達(dá)到75%以上的播種合格率，最終獲取的播量和排種量一致性變異系數(shù)最多為3.9%，所以耕種、覆秸、施肥多種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景中均可借助此設(shè)備提高工作效率，有效減輕農(nóng)民的生產(chǎn)負(fù)擔(dān)。因而要想推動(dòng)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程，理應(yīng)加強(qiáng)精準(zhǔn)智能化免耕覆秸施肥播種機(jī)的應(yīng)用推廣，善于運(yùn)用智能技術(shù)優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效果。

2 精準(zhǔn)智能化免耕覆秸施肥播種機(jī)關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

2.1 根茬智能躲避技術(shù)

智能化免耕播種機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，需要運(yùn)用根茬智能躲避技術(shù)靈活應(yīng)對(duì)行進(jìn)阻礙挑戰(zhàn)，即行進(jìn)于田地內(nèi)，一旦遇到殘茬或者根茬，可以智能調(diào)整行進(jìn)路徑，躲避障礙物后經(jīng)過(guò)新規(guī)劃的路徑繼續(xù)完成下一項(xiàng)任務(wù)[5]。為保證免耕播種機(jī)具備“智能避障”特點(diǎn)，還可聯(lián)合機(jī)械式導(dǎo)向技術(shù)對(duì)根茬所在位置進(jìn)行定位分析，并判斷現(xiàn)行路徑是否處于根茬分布范圍內(nèi)，同時(shí)通過(guò)釋放探測(cè)信號(hào)采集根茬位置信息，隨即在引導(dǎo)機(jī)具助力下提前將播種機(jī)行進(jìn)路徑調(diào)整到遠(yuǎn)離根茬部分，避免在未進(jìn)行覆秸操作前出現(xiàn)耕種行為。免耕播種機(jī)內(nèi)部還要安裝衛(wèi)星導(dǎo)航裝置及探測(cè)攝像器等輔助裝置，并在智能算法支撐下產(chǎn)生智能躲避根茬的效果。例如應(yīng)用線(xiàn)性回歸法，但要兼顧雜草與噪聲的分布情況，若處于雜草滋生或者高噪聲使用條件下，可以考慮以最優(yōu)控制法或模糊控制法實(shí)現(xiàn)智能控制設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@些算法性能良好且適應(yīng)性強(qiáng)，更適用于復(fù)雜的耕作場(chǎng)景。

此外，根茬智能躲避技術(shù)的應(yīng)用還要配置參數(shù)匹配的配件，如可以選用內(nèi)徑為204 mm，厚度為6 mm，振幅為7 mm 且外徑為364 mm 的波紋盤(pán)，以便在智能躲避根茬過(guò)程中可以精準(zhǔn)確認(rèn)根茬位置。排種與播種期間應(yīng)當(dāng)使用配套排種器，以支撐輪直徑為700 mm，作業(yè)量為4 km/h（每小時(shí)完成的排種長(zhǎng)度）的槽輪式排種器為主，整體工作效率較高，并且在配件助力下可提升根茬躲避準(zhǔn)確度?；诟缰悄芏惚芗夹g(shù)設(shè)計(jì)免耕播種機(jī)，還應(yīng)對(duì)技術(shù)可行性展開(kāi)研究。例如可以開(kāi)展玉米免耕機(jī)耕作試驗(yàn)，通常有82%的秸稈體現(xiàn)于相距中心線(xiàn)29 cm～31.5 cm的范圍內(nèi)，證明試驗(yàn)中秸稈分布形狀以帶狀為主，此時(shí)依托該項(xiàng)技術(shù)設(shè)計(jì)而成的免耕機(jī)，在應(yīng)對(duì)直徑2.1 cm 的根茬碰撞風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，若將免耕機(jī)行進(jìn)路徑誤差控制在5 cm 以?xún)?nèi)即可成功躲避根茬，驗(yàn)證此技術(shù)確有可行性，搭配相關(guān)配件可優(yōu)化使用效果[6-7]。

2.2 播量智能監(jiān)測(cè)技術(shù)

免耕覆秸施肥播種機(jī)具體使用過(guò)程中，還應(yīng)當(dāng)運(yùn)用播量智能監(jiān)測(cè)技術(shù)控制播量指標(biāo)，因播種過(guò)程中播量直接影響農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)，所以在使用免耕機(jī)播種作業(yè)時(shí)務(wù)必保證該設(shè)備能動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)播量變化規(guī)律。一般在免耕覆秸施肥播種機(jī)連通拖拉機(jī)后，在每秒行進(jìn)路徑低于1.2 m 的前提下既能智能躲避根茬，又能向用戶(hù)實(shí)時(shí)反饋播量信息。實(shí)則可利用圖像識(shí)別技術(shù)，作為精度高、速度快的先進(jìn)技術(shù)，該技術(shù)適用性較強(qiáng)，但需要注意的是該技術(shù)應(yīng)用期間可能會(huì)加大技術(shù)維護(hù)成本，故而需做好保養(yǎng)工作。與傳統(tǒng)光電監(jiān)測(cè)技術(shù)相比，該技術(shù)信息獲取精準(zhǔn)度較高，能夠同步采集秸稈粉碎動(dòng)態(tài)。該技術(shù)依靠多級(jí)鏈輪與傳感器裝置提取耕作場(chǎng)景相關(guān)圖像，在識(shí)別圖像信息后向免耕機(jī)系統(tǒng)發(fā)送智能控制指令，并按照指令智能調(diào)整播量，防止播量超標(biāo)引起不良后果。特別是在玉米、小麥等對(duì)播量要求嚴(yán)格的農(nóng)作物中，利用圖像識(shí)別技術(shù)能夠較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)播量的智能監(jiān)測(cè)控制[8]。

值得重視的是在播量智能監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)還應(yīng)當(dāng)關(guān)注信息通信質(zhì)量，即是否能夠準(zhǔn)確傳遞播量監(jiān)測(cè)信息，故應(yīng)采用控制器局域網(wǎng)建立信息高速傳輸結(jié)構(gòu)，通過(guò)排種監(jiān)測(cè)傳感器（48 路）對(duì)播種圖像進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)和安全采集。通?？砂凑?qǐng)?bào)文信息知曉播種動(dòng)態(tài)。若系統(tǒng)模塊類(lèi)型顯示“1”則表明當(dāng)前處于播量監(jiān)測(cè)狀態(tài)；模塊狀態(tài)顯示“00”表示當(dāng)前模式保持禁止，模塊狀態(tài)顯示“01”表示能夠使用；傳感器狀態(tài)顯示“01”為傳感器存在堵塞故障，需要及時(shí)清除堵塞物后方能正常使用傳感器，傳感器狀態(tài)顯示“10”為傳感器狀態(tài)正常。至于排種器部分可以利用8字節(jié)擴(kuò)展幀標(biāo)注報(bào)文信息，此時(shí)經(jīng)過(guò)對(duì)報(bào)文信息的整合分析即可知曉播量監(jiān)測(cè)結(jié)果的可靠性，以免因故障隱患影響信息準(zhǔn)確度。

2.3 播深智能控制技術(shù)

免耕機(jī)在智能控制播量的基礎(chǔ)上務(wù)必控制好播深，播深往往關(guān)乎未來(lái)農(nóng)作物根系發(fā)育能力。因而需要采用播深智能控制技術(shù)嚴(yán)控播深指標(biāo)。免耕機(jī)運(yùn)行時(shí)針對(duì)播深指標(biāo)常設(shè)有“被動(dòng)調(diào)節(jié)”和“主動(dòng)調(diào)節(jié)”模式，前者是通過(guò)調(diào)整開(kāi)溝器垂直向高度數(shù)值，借助彈簧等配件精準(zhǔn)調(diào)節(jié)播深；后者是依靠超聲波傳感器配件，按照先探測(cè)、后調(diào)節(jié)的順序操作開(kāi)溝器，而且還配有角度傳感器，改變高度數(shù)值的同時(shí)也要智能控制上調(diào)下放角度，這樣可以杜絕“偏差”隱患[9-10]。

此外，還可根據(jù)中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究員提交的專(zhuān)利成果進(jìn)行免耕機(jī)播深控制改造設(shè)計(jì)，即安裝壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集器、液壓控制器、壓油缸等裝置，通過(guò)液壓控制方式調(diào)整開(kāi)溝深度，此時(shí)可確保免耕機(jī)能在播深監(jiān)測(cè)單元輔助下表現(xiàn)出智能化管理價(jià)值。常規(guī)上播深多控制在3 cm 或5 cm，且最深不宜超出5 cm，故而在免耕機(jī)運(yùn)行期間可以先行將播深參數(shù)極值設(shè)為5 cm，一旦出現(xiàn)過(guò)深播種情況，將立即智能控制開(kāi)溝器進(jìn)行上調(diào)操作，促使選用免耕機(jī)開(kāi)展耕種作業(yè)的田地實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量耕作。

結(jié)合上述三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的支撐指引，能夠促使免耕覆秸施肥播種機(jī)逐步擁有廣闊的應(yīng)用推廣范圍，充分參照標(biāo)準(zhǔn)化耕作要求調(diào)節(jié)技術(shù)參數(shù)，切實(shí)保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量。

3 精準(zhǔn)智能化免耕覆秸施肥播種機(jī)技術(shù)優(yōu)化策略

3.1 技術(shù)功能拓展設(shè)計(jì)

精準(zhǔn)智能化免耕覆秸施肥播種機(jī)要想達(dá)到預(yù)期耕種效果，還需對(duì)智能化免耕機(jī)的應(yīng)用功能進(jìn)行拓展設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)功能設(shè)計(jì)可以拓寬設(shè)備適用范圍。具體以下列幾項(xiàng)功能為主：

第一，深松。免耕機(jī)可以直接開(kāi)啟設(shè)備進(jìn)行智能化耕作，而以往在粉碎秸稈、施肥作業(yè)以及播種過(guò)程中，可能存在松土質(zhì)量不均勻的問(wèn)題，所以通過(guò)優(yōu)化深松功能，有望增強(qiáng)設(shè)備適用性。即在免耕機(jī)設(shè)備開(kāi)溝器配件上安裝深松鏟，此時(shí)能夠達(dá)到25 cm 深度的松土標(biāo)準(zhǔn)，而且還能將壟溝深松距離保持在70 cm 以?xún)?nèi)，經(jīng)過(guò)牽引機(jī)賦予牽引動(dòng)力，有利于促進(jìn)智能化深松，逐步增加免耕機(jī)作業(yè)范圍內(nèi)的松土均勻度。

第二，免耕?！懊飧睂儆诿飧麢C(jī)特色功能，即通過(guò)在被粉碎的殘余秸稈之上覆蓋土壤的方式增強(qiáng)土壤肥沃度，此時(shí)在開(kāi)溝器助力下可以自動(dòng)播下農(nóng)作物種子。優(yōu)化后需要針對(duì)播深、播量等耕種參數(shù)進(jìn)行智能化調(diào)節(jié)，因此，免耕功能應(yīng)順應(yīng)農(nóng)作物生長(zhǎng)軌跡給出最優(yōu)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

第三，鎮(zhèn)壓。待播種、覆秸、施肥結(jié)束后需對(duì)耕種后的土壤進(jìn)行壓實(shí)處理，以此創(chuàng)造有利的萌芽條件，而此項(xiàng)功能可以精準(zhǔn)控制壓實(shí)區(qū)間，防止在錯(cuò)壟壓實(shí)下造成種子上對(duì)應(yīng)的土壤未得到充分壓實(shí)，可能會(huì)影響后續(xù)種植萌發(fā)率，只有達(dá)到90%的萌發(fā)率要求，才能證實(shí)免耕機(jī)具備實(shí)用價(jià)值。

3.2 播種點(diǎn)位微調(diào)設(shè)計(jì)

除了要對(duì)免耕機(jī)功能進(jìn)行拓展設(shè)計(jì)外，還需針對(duì)播種點(diǎn)位實(shí)施微調(diào)設(shè)計(jì)，盡量提高免耕機(jī)播種點(diǎn)位與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的匹配度。以玉米免耕機(jī)為例展開(kāi)討論，在免耕機(jī)實(shí)際應(yīng)用期間可以通過(guò)對(duì)多級(jí)鏈輪進(jìn)行緊拉、卸下、更換、二次緊拉的操作方式變更施肥量，將每畝玉米施肥量智能控制在合理范圍內(nèi)，其氮肥施肥量為2.9 kg/100 kg，磷肥、鉀肥施肥量分別為1.2 kg/100 kg、2.4 kg/100 kg。另外，利用8 級(jí)槽位連接設(shè)計(jì)方法，將播深拓展為10 cm，從上文中知曉5 cm 為種子最佳播深，但對(duì)于肥料而言，其播深應(yīng)比種子播深多5 cm，經(jīng)過(guò)對(duì)播深指標(biāo)的微調(diào)設(shè)計(jì)，可以同時(shí)滿(mǎn)足種子和肥料的播深需求，其播種點(diǎn)位也能從單一的種子播種點(diǎn)位延伸至施肥點(diǎn)位，以螺栓連接擠土刀、雙圓盤(pán)開(kāi)溝器等配件，此時(shí)能根據(jù)土壤環(huán)境特征給出最優(yōu)播種點(diǎn)位標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)對(duì)免耕機(jī)使用參數(shù)的微調(diào)設(shè)計(jì)，能夠使免耕機(jī)更具精準(zhǔn)智能化控制特性。

3.3 精量播種結(jié)構(gòu)優(yōu)化

免耕機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅局限于功能升級(jí)和微調(diào)設(shè)計(jì)，還可直接對(duì)免耕機(jī)原有結(jié)構(gòu)提出改造建議。比如可以依靠牽引裝置連接開(kāi)溝器、施肥機(jī)構(gòu)，并且實(shí)現(xiàn)施肥機(jī)鏈輪與播種機(jī)鏈輪的同軸設(shè)置，使之在離合器、傳動(dòng)齒輪等配件助力下建立完整的聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)，促使免耕機(jī)能夠在精量施肥中發(fā)揮重要作用?？紤]到免耕機(jī)耕作期間可能在施肥時(shí)遇到點(diǎn)位偏差問(wèn)題，所以還可采用定位鎖（弧形）改造免耕機(jī)結(jié)構(gòu)，并且安裝仿形彈簧，其地輪行進(jìn)期間需進(jìn)行防滑設(shè)計(jì)，從根本上維護(hù)免耕機(jī)使用安全，每一項(xiàng)連接結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)優(yōu)化處理后都能比原有效果強(qiáng)。為促使免耕機(jī)擁有精準(zhǔn)智能化控制特色價(jià)值，應(yīng)當(dāng)對(duì)原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入分析，判定其結(jié)構(gòu)連接穩(wěn)定性和多結(jié)構(gòu)相關(guān)性，便于優(yōu)化后的新型免耕機(jī)設(shè)備在多場(chǎng)景中均能展現(xiàn)出令農(nóng)民滿(mǎn)意的使用成效。

4 結(jié)論

綜上所述，精準(zhǔn)智能化免耕覆秸施肥播種機(jī)實(shí)際使用過(guò)程中具有鮮明的技術(shù)特性，經(jīng)由根茬智能躲避技術(shù)、播量智能監(jiān)測(cè)技術(shù)、播深智能控制技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的有力支撐，能夠凸顯免耕播種機(jī)智能化控制特征，同時(shí)可從技術(shù)功能、播種點(diǎn)位、精量播種結(jié)構(gòu)等方面對(duì)免耕播種機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，使得優(yōu)化設(shè)計(jì)后的免耕播種機(jī)更具實(shí)用功能，為我國(guó)農(nóng)作物播種工作的開(kāi)展帶來(lái)智能化指導(dǎo)，從根本上達(dá)成高效播種目標(biāo)。