玉米播種機(jī)控制中的英語(yǔ)復(fù)合句語(yǔ)義分析

張 燕

(黃河交通學(xué)院，河南 焦作 454950)

0 引言

玉米是主要的糧食作物，還可作為畜禽飼料和能源開(kāi)發(fā)原料，也是重要的經(jīng)濟(jì)作物。目前，我國(guó)的玉米種植面積接近4 000萬(wàn)hm2，產(chǎn)量超過(guò)2億t。即便如此，我國(guó)每年仍要進(jìn)口一定數(shù)量的玉米，才能滿足國(guó)內(nèi)需求。玉米的用途廣泛，種植和消費(fèi)規(guī)模龐大，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位[1]。

玉米生產(chǎn)過(guò)程中播種環(huán)節(jié)耗時(shí)費(fèi)力，作業(yè)時(shí)期很短，作業(yè)質(zhì)量對(duì)產(chǎn)量有較大影響。機(jī)械化程度是反映農(nóng)業(yè)發(fā)展水平的重要方面，設(shè)計(jì)和推廣玉米播種機(jī)具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。隨著科學(xué)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，我國(guó)開(kāi)發(fā)了多種玉米播種機(jī)，如用于干旱地區(qū)的精量施水播種機(jī)及全膜覆蓋的雙壟溝播機(jī)和折疊式免耕播種機(jī)等，都在實(shí)踐中取得了良好的效果[2-4]。上述機(jī)械可以設(shè)定行距和間距實(shí)現(xiàn)均勻播種，并集成覆土、施肥和灑水功能于一體，不僅具有更高的作業(yè)質(zhì)量，還能節(jié)約用種量、勞力和作業(yè)時(shí)間。通過(guò)機(jī)械播種的玉米出苗率高、整齊度好，為高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供了保障。

我國(guó)玉米播種機(jī)發(fā)展迅速，現(xiàn)在已經(jīng)形成了良好的開(kāi)發(fā)應(yīng)用局面；但是，與國(guó)際先進(jìn)水平相比，我國(guó)玉米播種機(jī)在部分性能上還不完全成熟，影響了播種作業(yè)的效果。首先，排種器凹坑的大小固定，導(dǎo)致對(duì)籽粒大小不同的種子容納數(shù)量存在差異，降低了排種精度。其次，大部分機(jī)械的播種株間距不能調(diào)整，難以很好地適應(yīng)不同玉米品種和種植習(xí)慣。另外，受機(jī)械設(shè)計(jì)和整體性能的影響，實(shí)際作業(yè)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)種箱排空、導(dǎo)種管堵塞等造成的漏播，以及地輪打滑影響播種精度的問(wèn)題。

因此，在設(shè)計(jì)新型播種機(jī)械時(shí)，可以參考上述問(wèn)題，通過(guò)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)獲得更為完善的綜合性能。對(duì)于現(xiàn)有機(jī)械，則可以加載新的電子監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)控制性能推動(dòng)機(jī)械智能化的提升。目前，我國(guó)已研制出多種玉米播種機(jī)智能監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，核心技術(shù)包括單片機(jī)、PLC、傳感器和編碼器等，提高了玉米播種機(jī)的性能和適應(yīng)性[5-9]。

英語(yǔ)是世界應(yīng)用最廣泛的語(yǔ)言，在農(nóng)業(yè)機(jī)械上采用英語(yǔ)的設(shè)計(jì)語(yǔ)言和控制指令可以與國(guó)際接軌，促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械走向國(guó)際市場(chǎng)。同時(shí)，對(duì)進(jìn)口農(nóng)業(yè)機(jī)械上的英語(yǔ)使用方式進(jìn)行研究，也可以達(dá)到參考國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，提高我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械水平的目的。玉米播種機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、部件繁多、操作難度較大，研究利用英語(yǔ)語(yǔ)言理解對(duì)其進(jìn)行控制具有重要意義。語(yǔ)言理解通常是指人類通過(guò)視覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)接收語(yǔ)言信息并構(gòu)建語(yǔ)言描述的環(huán)境，從而獲得語(yǔ)言所表達(dá)的內(nèi)容。語(yǔ)言理解依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)延伸到自然科學(xué)領(lǐng)域，主要應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)制造方面，可以參與模型的重建[10-11]。

若要將英語(yǔ)語(yǔ)言理解應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械的控制，需要對(duì)英語(yǔ)語(yǔ)言形式表達(dá)的控制需求進(jìn)行理解和分析，然后將分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為控制指令和動(dòng)作。英語(yǔ)語(yǔ)言理解可以提高對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的控制精度，并降低控制難度。語(yǔ)句是語(yǔ)言理解過(guò)程中承上啟下的重要單位，英語(yǔ)的語(yǔ)句根據(jù)結(jié)構(gòu)可以分為簡(jiǎn)單句、并列句和復(fù)合句。復(fù)合句中的從句用于對(duì)主句動(dòng)態(tài)事件的發(fā)生對(duì)象、發(fā)生時(shí)間和發(fā)生條件進(jìn)行限定和準(zhǔn)確描述，在農(nóng)業(yè)機(jī)械控制中可以增加控制指令的精細(xì)程度，具有重要的研究?jī)r(jià)值。胡樹(shù)凱比較了自然語(yǔ)言理解中各種語(yǔ)義分析方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并分析復(fù)合句語(yǔ)義各個(gè)概念的唯一性問(wèn)題，以此建立的模型在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)測(cè)試中取得了理想的結(jié)果[12]。本文對(duì)英語(yǔ)語(yǔ)言理解中的復(fù)合句語(yǔ)義進(jìn)行分析，將其應(yīng)用在玉米播種機(jī)的播種深度、排種精度和行駛方向控制上，以便提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能化水平，降低操作難度。

1 機(jī)械設(shè)備和硬件

機(jī)械設(shè)備為RN-Z02型玉米播種機(jī)，功率通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸輸出，集播種、施肥和覆土功能于一體。播種機(jī)可以實(shí)現(xiàn)3行同播，行距為45～60cm，株距為16～32cm，均可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，最佳播種深度為15cm。牽引機(jī)械是東方紅LX1000型拖拉機(jī)，后輪距212cm，離地高度43cm，輸出功率達(dá)到73.5kW，行進(jìn)速度在2～36km/h之間。用于英語(yǔ)語(yǔ)言理解的設(shè)備為戴爾I3668-18N2型電腦，配置包括Intel i5處理器、8GB的內(nèi)存和1TB的硬盤(pán)，由拖拉機(jī)的蓄電池提供電源。語(yǔ)言理解在visual C++程序中進(jìn)行，軟件運(yùn)行環(huán)境為Windows10操作系統(tǒng)。

2 語(yǔ)義分析

語(yǔ)言理解的實(shí)質(zhì)是通過(guò)分析篇章和理解語(yǔ)義，將玉米播種機(jī)的控制指令轉(zhuǎn)換為實(shí)際的操作動(dòng)作。語(yǔ)言理解首先分析單詞的詞義，然后依照語(yǔ)法將它們組合成語(yǔ)句的語(yǔ)境，同時(shí)對(duì)作為語(yǔ)句組成部分的各類單詞分別釋義，不能完成釋義的單詞重回上一步進(jìn)行分類處理，直至完成釋義。以成功釋義的語(yǔ)句為基礎(chǔ)，由規(guī)范化處理形成篇章分析的語(yǔ)言形式，最終得到核心事件的模型進(jìn)行語(yǔ)義模型建立。

語(yǔ)義分析是自然語(yǔ)言理解的關(guān)鍵和難點(diǎn)，因此對(duì)語(yǔ)言理解的大量研究都集中在語(yǔ)義分析上。在英語(yǔ)的3種語(yǔ)句結(jié)構(gòu)類型中，復(fù)合句最為復(fù)雜，表達(dá)的內(nèi)容也最豐富。本文對(duì)復(fù)合句的語(yǔ)義分析是依據(jù)完整語(yǔ)義的思想進(jìn)行的，即以主句的事件為核心，按照特定順序圍繞每個(gè)動(dòng)詞進(jìn)行完整的語(yǔ)義分析，將不能成功分析的動(dòng)詞暫時(shí)存儲(chǔ)，在整句分析結(jié)束后再重新組合后分析。組成復(fù)合句的各個(gè)單句事件分析結(jié)束后，抽象化的事件名詞返回到父句，由父句將這些名詞填充到相應(yīng)的語(yǔ)法位置上，然后重復(fù)進(jìn)行上述的單句語(yǔ)義分析過(guò)程。當(dāng)不再出現(xiàn)需要進(jìn)行分析的父句時(shí)，則表明完成了復(fù)合句的語(yǔ)義分析，同時(shí)根據(jù)最終的語(yǔ)義形成播種機(jī)控制指令輸出，其流程如圖1所示。

圖1 復(fù)合句語(yǔ)義分析流程Fig.1 Flow path of semantic analysis of compound sentence

3 控制功能

播種機(jī)的參數(shù)設(shè)定和操作指令用英語(yǔ)表達(dá)，語(yǔ)言理解程序?qū)Ω黝惥湫瓦M(jìn)行語(yǔ)義分析，理解指令內(nèi)容后通過(guò)輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)控制功能。播種機(jī)駕駛員的口頭或文字指令通過(guò)輸入裝置接收，由計(jì)算機(jī)識(shí)別和推理釋義，控制執(zhí)行裝置根據(jù)指令完成相應(yīng)操作。本文研究了復(fù)合句語(yǔ)義分析對(duì)玉米播種機(jī)播種深度、排種精度，以及行駛方向的控制作用。

播種深度即實(shí)際的開(kāi)溝深度，通過(guò)傳感器對(duì)播種機(jī)仿形輪隨地表上下浮動(dòng)的位移信號(hào)測(cè)量獲得。計(jì)算機(jī)將實(shí)際的開(kāi)溝深度與設(shè)定播種深度比較，根據(jù)結(jié)果輸出控制指令，以四連桿結(jié)構(gòu)改變開(kāi)溝器的位置，從而校正播種深度。

排種精度是由導(dǎo)種輪決定的，通過(guò)霍爾傳感器檢測(cè)導(dǎo)種輪的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)，計(jì)算機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)計(jì)算出導(dǎo)種輪的實(shí)際轉(zhuǎn)速并與設(shè)定的轉(zhuǎn)速比較，再通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)導(dǎo)種輪的轉(zhuǎn)速進(jìn)行校正，從而維持設(shè)定的播種精度。

對(duì)行駛方向采用方向盤(pán)控制方式，方向控制器與收割機(jī)的方向盤(pán)連接，由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向。方向控制器安裝方便，與語(yǔ)言理解設(shè)備能夠很好兼容。

玉米播種機(jī)上述3種控制功能涉及的部件繁多，連接復(fù)雜，動(dòng)作執(zhí)行需要滿足各種前提條件，因此復(fù)合句在其控制程序的編寫(xiě)過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。3種控制功能的代表性復(fù)合句以狀語(yǔ)、定語(yǔ)和主語(yǔ)等類型的從句為主，如表1所示。

表1 不同控制功能的代表性復(fù)合句Table 1 Representative compound sentence of different controlling functions

4 試驗(yàn)結(jié)果和分析

2017年，在4個(gè)不同類型的玉米試驗(yàn)田中驗(yàn)證這種玉米播種機(jī)控制方法的效果。拖拉機(jī)以5km/h的速度牽引播種機(jī)按照預(yù)先規(guī)劃的路線行駛，同時(shí)進(jìn)行播種作業(yè)。使用的玉米品種為農(nóng)華101，播種深度設(shè)定為15cm，株間距設(shè)定為25cm。每次取2 000粒種子用于試驗(yàn)，作業(yè)完成后測(cè)量播種機(jī)的行駛距離，從而計(jì)算實(shí)際的株間距。另外，每個(gè)田塊中隨機(jī)抽取10個(gè)點(diǎn)，測(cè)量播種深度和行駛路線的偏移距離，計(jì)算平均值并與設(shè)定值進(jìn)行比較。

試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。結(jié)果表明：實(shí)際播種深度在14.5～16.2cm之間，與15cm的設(shè)定播種深度相比差距很小；實(shí)際株間距在25.5～26.8cm之間，均大于25cm的設(shè)定株間距，但最大的差異僅為1.8cm。因此，玉米播種機(jī)的播種精度較高，能夠滿足實(shí)際作業(yè)的要求。機(jī)械行駛路線的偏移距離在17.2～20.4cm之間，沒(méi)有超過(guò)拖拉機(jī)輪距的10%，這說(shuō)明該方法對(duì)機(jī)械行駛方向的控制效果較好。

表2 語(yǔ)言理解對(duì)玉米播種機(jī)的控制效果

Table 2 Control effect of language understanding on corn seeder

cm

5 結(jié)論

對(duì)英語(yǔ)語(yǔ)言理解中的復(fù)合句依據(jù)完整語(yǔ)義的思想進(jìn)行語(yǔ)義分析，探討了在玉米播種機(jī)控制中的應(yīng)用。復(fù)合句語(yǔ)義分析以主句的事件為核心，按照特定順序圍繞每個(gè)動(dòng)詞進(jìn)行完整的語(yǔ)義分析，將抽象化的事件名詞返回到父句，根據(jù)最終的語(yǔ)義形成播種機(jī)控制指令輸出。文中研究了復(fù)合句語(yǔ)義分析對(duì)玉米播種機(jī)播種深度、排種精度和行駛方向的控制作用，列舉了3種控制功能的代表性復(fù)合句和從句類型。試驗(yàn)結(jié)果表明：該方法對(duì)玉米播種機(jī)播種精度和行駛方向的控制效果較好，能夠滿足實(shí)際作業(yè)的要求，可以用來(lái)提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能化水平，降低操作難度。