精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機(jī)的控制和測量裝置技術(shù)

　　摘要：聯(lián)合收割機(jī)在我國農(nóng)作物收割中發(fā)揮著越來越重要的作用，控制和測量裝置是聯(lián)合收割機(jī)的重要裝置。本文對(duì)精準(zhǔn)聯(lián)合收割機(jī)的智能測產(chǎn)技術(shù)、喂入量測控、脫粒質(zhì)量測控及分離和清選損失測控進(jìn)行了介紹，并對(duì)智能測產(chǎn)技術(shù)發(fā)展路線進(jìn)行了分析。

　　關(guān)鍵詞：精準(zhǔn)聯(lián)合收割機(jī)；控制；測量

　　隨著全球定位系統(tǒng)GPS、地理信息系統(tǒng)GIS、連續(xù)數(shù)據(jù)采集傳感器CDS及遙感RS等技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)逐漸向現(xiàn)代化和機(jī)械化發(fā)展，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)主要包括信息技術(shù)、工程設(shè)備技術(shù)以及生物技術(shù)。通過這些技術(shù)，對(duì)農(nóng)田的水分、肥料、種子、人力以及藥物等進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精確性。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的核心是對(duì)農(nóng)田變量因素進(jìn)行精確管理，以降低投入成本，增加產(chǎn)量，優(yōu)化土地使用。具體地，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是因地制宜，將合適的農(nóng)作物種植在合適的土地上，更充分地利用資源，使農(nóng)作物一直處于最佳生長狀態(tài)。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機(jī)是帶有GPS的智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械，是實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的核心技術(shù)裝備之一。

　　1精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機(jī)

　　精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機(jī)主要研究方向?yàn)橹悄軠y產(chǎn)、喂入量測控、脫粒質(zhì)量測控及分離和清選損失測控［1］。喂入量測控主要是通過控制聯(lián)合收割機(jī)的行走速度、割幅寬度來實(shí)現(xiàn)；脫粒質(zhì)量測控主要是通過控制滾筒轉(zhuǎn)速、滾筒扭矩及谷物水分來測量。圖1為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機(jī)的測量和控制裝置技術(shù)分解。

　　1.1智能測產(chǎn)

　　谷物的產(chǎn)量是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要指標(biāo)。智能測產(chǎn)是聯(lián)合收割機(jī)基于GPS系統(tǒng)進(jìn)行定位，由測產(chǎn)系統(tǒng)根據(jù)收割機(jī)的行走速度、割幅寬度及谷物籽粒的流量測出各地塊產(chǎn)量，繪出產(chǎn)量分布圖。產(chǎn)量分布圖可以決定下一季決策，還可以評(píng)價(jià)這一季度的管理效果。

　　1.2喂入量測控

　　喂入量是指聯(lián)合收割機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)加工的作物量，是聯(lián)合收割機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)。喂入量測控是測控聯(lián)合收割機(jī)工作效能最高的喂入量情況，以提高生產(chǎn)率，減少谷物損失。

　　2聯(lián)合收割機(jī)智能測產(chǎn)技術(shù)發(fā)展路線

　　作物的產(chǎn)量是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中需要獲得的重要信息，可以充分反映農(nóng)田土壤特性、化肥利用、地形結(jié)構(gòu)、氣象因素、灌溉情況以及蟲草侵害等因素對(duì)產(chǎn)量的影響。實(shí)時(shí)獲取的產(chǎn)量信息和據(jù)此得到的產(chǎn)量圖是“處方農(nóng)作”中不可缺少的信息［2］。因此，智能測產(chǎn)是聯(lián)合收割機(jī)的重要部分。智能測產(chǎn)是聯(lián)合收割機(jī)在行進(jìn)過程中，利用GPS定位系統(tǒng)確定聯(lián)合收割機(jī)的位置，根據(jù)收割機(jī)的行走速度、割幅寬度和谷物籽粒的流量測出各地塊產(chǎn)量，繪出產(chǎn)量分布圖。智能測產(chǎn)在國內(nèi)外都得到重視，主要是利用傳感器?，F(xiàn)有的智能測產(chǎn)傳感器有谷物沖擊式流量傳感器、谷物光電式傳感器、谷物γ射線流量傳感器及谷物容積式傳感器。其中，谷物沖擊式流量傳感器是利用沖擊板感受谷物的沖擊，然后輸出一個(gè)頻率信號(hào)，根據(jù)頻率信號(hào)換算出谷物的質(zhì)量；谷物光電式傳感器是將一個(gè)光源安置在糧食升運(yùn)器的邊上，光接收器安裝在升運(yùn)器另一個(gè)相同高度的邊上，根據(jù)谷物光傳感器接受不同光的時(shí)間，計(jì)算出谷物的重量；谷物γ射線流量傳感器根據(jù)其閃光頻率與被測谷物厚度呈指數(shù)關(guān)系，通過谷物厚度測量谷物的產(chǎn)量；谷物容積式傳感器是在谷物升運(yùn)器出口和谷物入口各安裝一個(gè)葉輪，葉輪上方有一個(gè)用于探測的傳感器，控制聯(lián)合收割機(jī)驅(qū)動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，將谷物倒入糧倉，同時(shí)計(jì)算機(jī)對(duì)從葉輪排出到糧箱的葉輪谷物的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，谷物的總體積等于葉輪的固定體積乘以葉輪旋轉(zhuǎn)次數(shù)，然后根據(jù)體積換算出總的糧食產(chǎn)量。

　　聯(lián)合收割機(jī)智能測產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展不是一蹴而就的，而是經(jīng)歷了將近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展才到現(xiàn)在的水平。圖2為聯(lián)合收割機(jī)智能測產(chǎn)技術(shù)發(fā)展路線圖。由圖2可知，聯(lián)合收割機(jī)的控制和測量裝置的智能測產(chǎn)起步較晚，1974年，德國MASCHFABFAHRAG公司發(fā)明了通過光電傳感器測量谷物產(chǎn)量；1980年，德國申請(qǐng)人提出了在聯(lián)合收割機(jī)上設(shè)置重量測量裝置，用于測量收獲面積上的產(chǎn)量；1984年，德國DRONNINGBORGMASKINFABAS公司提出了通過X射線測量谷物質(zhì)量流；1992年，美國DAWNEQUIPCO公司發(fā)明了一種測量清選干凈后的谷物產(chǎn)量圖；1996年，英國MASSEYFERGUSONLTD公司發(fā)明通過GPS監(jiān)測系統(tǒng)和分析單元繪制產(chǎn)量分布圖，其標(biāo)志著聯(lián)合收割機(jī)產(chǎn)量測量向智能化方向發(fā)展；2001年，CRH比利時(shí)有限股份公司發(fā)明了通過計(jì)算聯(lián)合收割機(jī)的速度乘以工作幅寬，建立聯(lián)合收割機(jī)的產(chǎn)量分布圖；2002年，美國愛科公司發(fā)明了實(shí)際測量產(chǎn)量圖，并與記載的產(chǎn)量圖進(jìn)行對(duì)比，以更加精準(zhǔn)地測量聯(lián)合收割機(jī)收割谷物產(chǎn)量；2002年，美國迪爾公司發(fā)明了一種校準(zhǔn)聯(lián)合收割機(jī)上產(chǎn)量監(jiān)控器的質(zhì)量流傳感器的方法，通過安裝在聯(lián)合收割機(jī)上的無線通信裝置和安裝在運(yùn)載工具上的遠(yuǎn)程無線通信裝置來校準(zhǔn)聯(lián)合收割機(jī)上的質(zhì)量流傳感器；2004年，日本洋馬農(nóng)機(jī)株會(huì)社發(fā)明了一種農(nóng)業(yè)收獲機(jī)械的管理設(shè)備，通過建立最優(yōu)作物，更容易建立每塊地的產(chǎn)量和每個(gè)季節(jié)的產(chǎn)量，管理效率更高；2006年，美國迪爾公司提出通過計(jì)算機(jī)和GPS來計(jì)算地區(qū)谷物產(chǎn)量；2012年，韓國UNIVGYEONGSANGINDACADCOOPFOUND公司發(fā)明了谷物產(chǎn)量監(jiān)視裝置，設(shè)置一個(gè)監(jiān)視單元來接受轉(zhuǎn)移的谷物量，傳感單元感測轉(zhuǎn)移過來的谷物量，輸出傳感信號(hào)來控制轉(zhuǎn)移的谷物量。

　　分析圖2可知，聯(lián)合收割機(jī)智能測產(chǎn)技術(shù)發(fā)展最初是通過體積流量法和質(zhì)量流量法檢測。例如，美國主要采用沖擊式載荷測量法，英國采用電容法測量谷物質(zhì)量流量，德國采用容積式光電測量法測量。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的企業(yè)研究智能測產(chǎn)的方法。利用GPS定位系統(tǒng)采集信號(hào)，在田間作業(yè)時(shí)，利用差分定位系統(tǒng)確定收割機(jī)的位置，根據(jù)收割機(jī)的速度、割幅和谷物籽粒的流量測出實(shí)時(shí)產(chǎn)量，繪制產(chǎn)量分布圖，實(shí)時(shí)比較現(xiàn)測產(chǎn)量與存儲(chǔ)產(chǎn)量之間的差別，檢測聯(lián)合收割機(jī)是否有異常。聯(lián)合收割機(jī)智能測產(chǎn)還需要在如下方面加強(qiáng)研究。

　　第一，增加測產(chǎn)系統(tǒng)中傳感器的研究。傳感器是智能測產(chǎn)中的重中之重，其質(zhì)量的好壞直接影響測量產(chǎn)量的效果，因此，要加大傳感器的研究，盡量減小測產(chǎn)的誤差。

　　第二，要提高產(chǎn)量圖的精確度。產(chǎn)量圖直接關(guān)系到產(chǎn)量的計(jì)算，因此，要利用現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)，提高產(chǎn)量圖的繪制效果。

　　第三，加強(qiáng)與其他先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能測產(chǎn)結(jié)合起來，可實(shí)現(xiàn)智能測產(chǎn)的現(xiàn)代化。3結(jié)語精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機(jī)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用。我國精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機(jī)發(fā)展相比于國外還處于落后狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)加大對(duì)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機(jī)的投入，研究出適合我國國情的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機(jī)，以滿足我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展需求。

　　參考文獻(xiàn)：

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　?。?］王志海，王沛東，孟志軍，等.谷物聯(lián)合收割機(jī)測產(chǎn)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2014（1）：9-15.

　　賈曉靜成志偉

《精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機(jī)的控制和測量裝置技術(shù)》

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