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)充分利用先進設(shè)備，梳理播種思路，滲透精準智能化設(shè)計理念，在改造播種機功能的基礎(chǔ)上優(yōu)化播種機使用效果，促使在技術(shù)導(dǎo)向下播種機設(shè)備能為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展提供重要動力[1-3]。

1 精準智能化免耕覆秸施肥播種機技術(shù)特性

1.1 工作原理

精準智能化免耕覆秸施肥播種機的應(yīng)用，主要是為了進一步解決傳統(tǒng)播種機播種合格率低、播種質(zhì)量不高等問題，該播種機在北斗衛(wèi)星定位技術(shù)的助力下能夠彌補傳統(tǒng)播種機播種生產(chǎn)缺陷，靈活適應(yīng)現(xiàn)實播種環(huán)境[4]。同時，還能實現(xiàn)智能技術(shù)與傳統(tǒng)工藝的有效結(jié)合。在實際使用階段，該設(shè)備多涵蓋播種電機、轉(zhuǎn)速傳感器、電瓶、下肥電機、控制器主機以及紅外線感應(yīng)開關(guān)等智能控制配件，其線路以北斗天線、信號連接線為主，而且在施肥耕種期間還具備斷肥報警功能，可供使用者隨時根據(jù)播種機反饋結(jié)果預(yù)判耕種施肥進度。一般情況下，播種機開啟后同拖拉機等相關(guān)農(nóng)業(yè)機械連通成功后，能夠在軸動力帶動下快速通過傳動齒輪賦予播種機前進動力，且包括3 個行進路徑，即播種施肥、粉碎秸稈、旋耕。其中，粉碎秸稈時能夠以2 500 r/min 的轉(zhuǎn)速使用旋切刀進行粉碎作業(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、排種后通過鎮(zhèn)壓輪對土壤進行壓實處理，確保使用者所播種的田地能盡快實現(xiàn)精準智能化播種施肥目標(biāo)。與傳統(tǒng)播種機相比，該設(shè)備較為明顯的區(qū)別在于具備較先進的智能控制功能，精準智能化免耕覆秸施肥播種機的智能控制水平顯然更高，無需過于依靠人力開展播種工作，從整體效率和播種質(zhì)量層面看其優(yōu)勢顯著，其他差異如表1所示。

表1 不同播種機的差異

1.2 技術(shù)指標(biāo)

精準智能化免耕覆秸施肥播種機具體運行期間，往往能夠形成2 m～3 m 的寬度范圍，可滿足多種作物播種需求。如常見的紅薯，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)備操作能夠同時對多條壟溝進行播種施肥。而殘茬埋設(shè)作業(yè)中通過此設(shè)備至少可形成6 cm 的深度標(biāo)準，播種作業(yè)時可進行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6 行至9 行農(nóng)作物進行施肥，整體上可達到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)負擔(dān)。因而要想推動農(nóng)業(yè)領(lǐng)域現(xiàn)代化發(fā)展進程，理應(yīng)加強精準智能化免耕覆秸施肥播種機的應(yīng)用推廣，善于運用智能技術(shù)優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效果。

2 精準智能化免耕覆秸施肥播種機關(guān)鍵技術(shù)要點

2.1 根茬智能躲避技術(shù)

智能化免耕播種機在實際運行過程中，需要運用根茬智能躲避技術(shù)靈活應(yīng)對行進阻礙挑戰(zhàn)，即行進于田地內(nèi)，一旦遇到殘茬或者根茬，可以智能調(diào)整行進路徑，躲避障礙物后經(jīng)過新規(guī)劃的路徑繼續(xù)完成下一項任務(wù)[5]。為保證免耕播種機具備“智能避障”特點，還可聯(lián)合機械式導(dǎo)向技術(shù)對根茬所在位置進行定位分析，并判斷現(xiàn)行路徑是否處于根茬分布范圍內(nèi)，同時通過釋放探測信號采集根茬位置信息，隨即在引導(dǎo)機具助力下提前將播種機行進路徑調(diào)整到遠離根茬部分，避免在未進行覆秸操作前出現(xiàn)耕種行為。免耕播種機內(nèi)部還要安裝衛(wèi)星導(dǎo)航裝置及探測攝像器等輔助裝置，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現(xiàn)智能控制設(shè)計，因為這些算法性能良好且適應(yīng)性強，更適用于復(fù)雜的耕作場景。

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，以便在智能躲避根茬過程中可以精準確認根茬位置。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（每小時完成的排種長度）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確度。基于根茬智能躲避技術(shù)設(shè)計免耕播種機，還應(yīng)對技術(shù)可行性展開研究。例如可以開展玉米免耕機耕作試驗，通常有82%的秸稈體現(xiàn)于相距中心線29 cm～31.5 cm的范圍內(nèi)，證明試驗中秸稈分布形狀以帶狀為主，此時依托該項技術(shù)設(shè)計而成的免耕機，在應(yīng)對直徑2.1 cm 的根茬碰撞風(fēng)險時，若將免耕機行進路徑誤差控制在5 cm 以內(nèi)即可成功躲避根茬，驗證此技術(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)測技術(shù)

免耕覆秸施肥播種機具體使用過程中，還應(yīng)當(dāng)運用播量智能監(jiān)測技術(shù)控制播量指標(biāo)，因播種過程中播量直接影響農(nóng)作物長勢，所以在使用免耕機播種作業(yè)時務(wù)必保證該設(shè)備能動態(tài)監(jiān)測播量變化規(guī)律。一般在免耕覆秸施肥播種機連通拖拉機后，在每秒行進路徑低于1.2 m 的前提下既能智能躲避根茬，又能向用戶實時反饋播量信息。實則可利用圖像識別技術(shù)，作為精度高、速度快的先進技術(shù)，該技術(shù)適用性較強，但需要注意的是該技術(shù)應(yīng)用期間可能會加大技術(shù)維護成本，故而需做好保養(yǎng)工作。與傳統(tǒng)光電監(jiān)測技術(shù)相比，該技術(shù)信息獲取精準度較高，能夠同步采集秸稈粉碎動態(tài)。該技術(shù)依靠多級鏈輪與傳感器裝置提取耕作場景相關(guān)圖像，在識別圖像信息后向免耕機系統(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、小麥等對播量要求嚴格的農(nóng)作物中，利用圖像識別技術(shù)能夠較好地實現(xiàn)對播量的智能監(jiān)測控制[8]。

值得重視的是在播量智能監(jiān)測技術(shù)實踐應(yīng)用環(huán)節(jié)還應(yīng)當(dāng)關(guān)注信息通信質(zhì)量，即是否能夠準確傳遞播量監(jiān)測信息，故應(yīng)采用控制器局域網(wǎng)建立信息高速傳輸結(jié)構(gòu)，通過排種監(jiān)測傳感器（48 路）對播種圖像進行有效監(jiān)測和安全采集。通?？砂凑請笪男畔⒅獣圆シN動態(tài)。若系統(tǒng)模塊類型顯示“1”則表明當(dāng)前處于播量監(jiān)測狀態(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)擴展幀標(biāo)注報文信息，此時經(jīng)過對報文信息的整合分析即可知曉播量監(jiān)測結(jié)果的可靠性，以免因故障隱患影響信息準確度。

2.3 播深智能控制技術(shù)

免耕機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)嚴控播深指標(biāo)。免耕機運行時針對播深指標(biāo)常設(shè)有“被動調(diào)節(jié)”和“主動調(diào)節(jié)”模式，前者是通過調(diào)整開溝器垂直向高度數(shù)值，借助彈簧等配件精準調(diào)節(jié)播深；后者是依靠超聲波傳感器配件，按照先探測、后調(diào)節(jié)的順序操作開溝器，而且還配有角度傳感器，改變高度數(shù)值的同時也要智能控制上調(diào)下放角度，這樣可以杜絕“偏差”隱患[9-10]。

此外，還可根據(jù)中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究員提交的專利成果進行免耕機播深控制改造設(shè)計，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，通過液壓控制方式調(diào)整開溝深度，此時可確保免耕機能在播深監(jiān)測單元輔助下表現(xiàn)出智能化管理價值。常規(guī)上播深多控制在3 cm 或5 cm，且最深不宜超出5 cm，故而在免耕機運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)過深播種情況，將立即智能控制開溝器進行上調(diào)操作，促使選用免耕機開展耕種作業(yè)的田地實現(xiàn)高質(zhì)量耕作。

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

3 精準智能化免耕覆秸施肥播種機技術(shù)優(yōu)化策略

3.1 技術(shù)功能拓展設(shè)計

精準智能化免耕覆秸施肥播種機要想達到預(yù)期耕種效果，還需對智能化免耕機的應(yīng)用功能進行拓展設(shè)計，經(jīng)過功能設(shè)計可以拓寬設(shè)備適用范圍。具體以下列幾項功能為主：

第一，深松。免耕機可以直接開啟設(shè)備進行智能化耕作，而以往在粉碎秸稈、施肥作業(yè)以及播種過程中，可能存在松土質(zhì)量不均勻的問題，所以通過優(yōu)化深松功能，有望增強設(shè)備適用性。即在免耕機設(shè)備開溝器配件上安裝深松鏟，此時能夠達到25 cm 深度的松土標(biāo)準，而且還能將壟溝深松距離保持在70 cm 以內(nèi)，經(jīng)過牽引機賦予牽引動力，有利于促進智能化深松，逐步增加免耕機作業(yè)范圍內(nèi)的松土均勻度。

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

第三，鎮(zhèn)壓。待播種、覆秸、施肥結(jié)束后需對耕種后的土壤進行壓實處理，以此創(chuàng)造有利的萌芽條件，而此項功能可以精準控制壓實區(qū)間，防止在錯壟壓實下造成種子上對應(yīng)的土壤未得到充分壓實，可能會影響后續(xù)種植萌發(fā)率，只有達到90%的萌發(fā)率要求，才能證實免耕機具備實用價值。

3.2 播種點位微調(diào)設(shè)計

除了要對免耕機功能進行拓展設(shè)計外，還需針對播種點位實施微調(diào)設(shè)計，盡量提高免耕機播種點位與現(xiàn)場環(huán)境的匹配度。以玉米免耕機為例展開討論，在免耕機實際應(yīng)用期間可以通過對多級鏈輪進行緊拉、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 級槽位連接設(shè)計方法，將播深拓展為10 cm，從上文中知曉5 cm 為種子最佳播深，但對于肥料而言，其播深應(yīng)比種子播深多5 cm，經(jīng)過對播深指標(biāo)的微調(diào)設(shè)計，可以同時滿足種子和肥料的播深需求，其播種點位也能從單一的種子播種點位延伸至施肥點位，以螺栓連接擠土刀、雙圓盤開溝器等配件，此時能根據(jù)土壤環(huán)境特征給出最優(yōu)播種點位標(biāo)準。經(jīng)過對免耕機使用參數(shù)的微調(diào)設(shè)計，能夠使免耕機更具精準智能化控制特性。

3.3 精量播種結(jié)構(gòu)優(yōu)化

免耕機優(yōu)化設(shè)計不僅局限于功能升級和微調(diào)設(shè)計，還可直接對免耕機原有結(jié)構(gòu)提出改造建議。比如可以依靠牽引裝置連接開溝器、施肥機構(gòu)，并且實現(xiàn)施肥機鏈輪與播種機鏈輪的同軸設(shè)置，使之在離合器、傳動齒輪等配件助力下建立完整的聯(lián)動結(jié)構(gòu)，促使免耕機能夠在精量施肥中發(fā)揮重要作用?？紤]到免耕機耕作期間可能在施肥時遇到點位偏差問題，所以還可采用定位鎖（弧形）改造免耕機結(jié)構(gòu)，并且安裝仿形彈簧，其地輪行進期間需進行防滑設(shè)計，從根本上維護免耕機使用安全，每一項連接結(jié)構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化處理后都能比原有效果強。為促使免耕機擁有精準智能化控制特色價值，應(yīng)當(dāng)對原有結(jié)構(gòu)進行深入分析，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)化后的新型免耕機設(shè)備在多場景中均能展現(xiàn)出令農(nóng)民滿意的使用成效。

4 結(jié)論

綜上所述，精準智能化免耕覆秸施肥播種機實際使用過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智能化控制特征，同時可從技術(shù)功能、播種點位、精量播種結(jié)構(gòu)等方面對免耕播種機進行優(yōu)化，使得優(yōu)化設(shè)計后的免耕播種機更具實用功能，為我國農(nóng)作物播種工作的開展帶來智能化指導(dǎo)，從根本上達成高效播種目標(biāo)。