玉米播種監測系統的研究與應用

摘要：基于玉米精量播種機具作業中存在的主要問題，介紹開發玉米精密播種監測系統的重要意義和國內外研究進展，論述玉米播種監測系統設計方面取得的主要成果，為推動玉米播種向智能化方面發展提供借鑒。

關鍵詞：監測系統；精密播種；玉米；智能化

中圖分類號：S22；TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2019）02-0054-02

玉米是我國第二大糧食作物，營養價值和附加價值高，在我國的糧食生產和糧食安全中占據非常重要的地位。播種是玉米栽培的重要環節之一，對確保苗全、苗齊和苗壯有重大影響。設計開發玉米精密播種監測系統，智能控制精量播種及靶向施肥作業，可有效提升播種株距精度和作業速度，推動我國玉米精密播種機向智能化方向發展。

1 玉米播種監測的重要性

在2012年的糧食增產模式試點啟動儀式上，農業部提出到2020年我國糧食增產500億kg以上。這一目標的實現，在很大一部分上需要依靠玉米產量的提升。

近年來，玉米播種從條播、穴播發展到精密播種。精密播種能夠精確控制播種量和株距，省種高產，是當前玉米播種技術的主流和發展方向。然而，玉米精量播種機作業時是封閉的，很難在第一時間發現作業故障。一旦出現漏播、缺種、輸種管和開溝器堵塞等問題，就會導致一行或數行漏播或少播。如果進行人工補種作業，勢必耗費一定的人力物力，且有可能影響玉米產量。尤其是我國東北和西北的玉米主產區多應用大型氣力式精密播種機，其作業速度快，播幅寬。如果不能及時發現故障，會造成玉米種子大面積漏播，不僅影響播種機的作業質量，對苗全、苗齊和苗壯也有很大影響，甚至造成玉米減產。與此同時，肥料施播也是封閉狀態，多種肥料混合易造成輸肥管堵塞，加之肥箱缺肥現象時有發生，加劇了玉米精量播種的漏播或少播機率。在此情況下，設計開發能夠實現作業質量監測的智能系統，對確保玉米播種施肥質量具有非常重要的意義。

2 國內外玉米播種監測系統發展現狀

當前，智慧農業已經成為輔助農業機械發展的必然趨勢。法國、澳大利亞、美國等農業發達國家，早在20世紀70年代就將電子信息應用技術應用于農業機械播種等方面。當前，國外的精密播種機監測技術相對成熟，檢測系統功能齊全，準確度較高，性能良好。

近年來，隨著計算機技術和傳感器技術的發展，我國的玉米播種智能監控技術也越來越成熟。諸多科研人員和學者開展了相關研究和設計，并取得了很多研究成果，推動我國玉米精密播種機智能化水平的發展。但部分監控系統研究是在實驗室態下完成的，在環境惡劣的田間作業時的穩定性有待提高。

3 玉米播種機作業監測系統的研究及應用

為與220.5 kW拖拉機配套的大型氣力式玉米精密播種機配套，孫宜田等研制一種氣力式玉米精播機播種監控LED顯示系統，以拖拉機的12 V電瓶為電源，利用自行開發的專用光電傳感器克服盲區，實現種子堵塞報警和缺種報警指示，并顯示故障所在的具體位置。田間使用結果表明，該系統性能穩定可靠，測量數據準確。系統的結構如圖1所示。

馬良等設計的氣力式玉米精播機種肥監控系統，可同時檢測11行（可擴展）種子和22行（雙層）肥料的施播情況，準確顯示每一行種子及整機的玉米種子播種數、漏播數、重播數、漏播率、重播率、堵塞、缺種、肥料、缺肥故障所在的行。當發生故障時，系統會發出聲光報警指示。系統多次在黑龍江省農業機械工程科學研究院研制的大型氣力式玉米精密播種機上進行應用，測量精度高，漏報、誤報率低，監測數據準確可靠。

為解決免耕播種機因地輪打滑引起的漏播、化肥利用率低等問題，趙瑜會等利用微控制技術、傳感技術和遠程傳輸技術等多種技術，開發了一種玉米免耕播種機播種施肥監控系統。該系統包括主控制單元、播種監控系統、施肥監控系統和遠程監測管理系統。播種監控系統采用無刷直流電機替代地輪來驅動指夾式排種器工作，并用PVDF壓電傳感器檢測排種器的工作狀況。田間試驗結果表明，作業速度為1～9 km/h時，排肥器實際排肥量與理論排肥量的相對誤差在1.01%～8.58%之間。

針對我國精密播種機目前所存在的問題，孟鵬祥利用現代電子信息技術與傳感器技術，研究玉米精密播種機智能監控系統。該系統包括播種量與作業面積監測統計、排種器無級調速系統、影像監測系統、覆土鎮壓聯動測控系統。室內試驗與大田試驗表明，監控系統能夠監測播種工況，具有集成化程度高、工作可靠、測量精準、便于維護等優點。

李海龍設計的農作物播種施肥自動化作業智能監控系統（見圖2），能夠對農業谷物類作物（如玉米、花生、黃豆）的播種情況（株距、漏播等）進行全程監測，并通過對相關傳動部分控制有效降低作業成本和提高經濟效益。系統解決了播種機和施肥機質量過大、傳動部分故障多、漏播、排種量難控制等諸多問題，適合我國農業節能減排的發展方向。

4 結語

保護性耕作技術的推廣與應用，使玉米播種環境發生變化，加之不同地區存在農藝差異，使玉米播種機作業質量方面的問題頻出，如株距不穩、播深和鎮壓強度難以保證農藝要求等。精密播種機智能監控系統是當前農業發展亟需解決的重點技術，也是促進我國智慧農業發展的重要環節。

參考文獻

[1] 馬良，孫宜田，韓天峰，李少清，馬天石，桑運洪.氣力式玉米精播機種肥監控系統的研制[J].農機化研究，2012，34（4）：79-83.

[2] 孫宜田，王全景，李少清，等.一種氣力式玉米精播機播種監控LED顯示系統[J].中國農機化，2012（1）：151-154.

[3] 王啟芳.對玉米精密播種機監控系統的研究[J].內燃機與配件，2018（15）：8-9.

[4] 趙瑜會. 玉米免耕播種機播種施肥監控系統研究[D].長春：吉林農業大學，2018.

[5] 孟鵬祥.玉米精密播種機智能監控系統的研究[D].淄博：山東理工大學，2016.