農(nóng)機(jī)深松作業(yè)信息監(jiān)控技術(shù)研究

趙鮮

摘 要 農(nóng)田深松作業(yè)技術(shù)作為我國(guó)土壤保護(hù)性耕作的重要組成，此項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)是其在使土層抬升，達(dá)到進(jìn)行土壤疏松、增加耕層深度的過(guò)程中，能夠在不進(jìn)行翻土、將土層結(jié)構(gòu)破壞的情況下進(jìn)行，對(duì)土壤而言，深松可以促使其蓄水能力提升，對(duì)糧食產(chǎn)量增加也有一定促進(jìn)作用。只不過(guò)對(duì)此項(xiàng)作業(yè)的驗(yàn)收一直是困擾農(nóng)機(jī)監(jiān)管部門的一大難題，傳統(tǒng)驗(yàn)收方式以抽檢為主，檢測(cè)效率低，檢查覆蓋面少，也容易發(fā)生記錄錯(cuò)誤。為確保國(guó)家為農(nóng)業(yè)投入的每一分錢都有應(yīng)有的效用，減輕農(nóng)機(jī)管理部門的重?fù)?dān)，采用4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在深松機(jī)具上安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)的實(shí)時(shí)跟蹤和歷史軌跡回放、深松深度實(shí)時(shí)顯示，畝數(shù)測(cè)定等重要農(nóng)事功能。

關(guān)鍵詞 深松作業(yè)；深度監(jiān)測(cè)；面積監(jiān)測(cè)

1 研究背景及意義

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，離不開(kāi)信息化，實(shí)時(shí)高效的信息共享，將成為農(nóng)機(jī)作業(yè)、經(jīng)營(yíng)和管理的一項(xiàng)重要工作。新疆農(nóng)機(jī)工作者經(jīng)過(guò)幾年的摸索和試驗(yàn)，按照國(guó)家對(duì)于土壤深松的要求，于2015年制定實(shí)施《新疆農(nóng)機(jī)深松作業(yè)技術(shù)規(guī)范（試行）》，深松作業(yè)一般間隔3-5年一次為宜，確定深松深度≥40cm，比現(xiàn)有犁底層深5-10cm，打破堅(jiān)硬的犁底層。在深松作業(yè)中必須保證機(jī)具工作部件作業(yè)覆蓋率應(yīng)達(dá)到50%以上，工作部件作業(yè)覆蓋寬度≥作業(yè)總寬度50%，作業(yè)合格率80%以上，深松地塊補(bǔ)貼30元/畝機(jī)耕費(fèi)。

深松作業(yè)傳統(tǒng)驗(yàn)收方式以五點(diǎn)抽檢為主（避開(kāi)地頭地邊，距地頭≥10m，地邊≥2m。人工測(cè)量在非常繁重的工作中，檢測(cè)效率有限，針對(duì)深松作業(yè)時(shí)間集中的特點(diǎn)，人工作業(yè)檢查覆蓋面少，易發(fā)生記錄錯(cuò)誤。為確保國(guó)家為農(nóng)業(yè)投入的每一分錢都有應(yīng)有的效用，防止人為騙補(bǔ)和傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)制約，實(shí)時(shí)獲取精準(zhǔn)的深松數(shù)據(jù)信息，減輕農(nóng)機(jī)管理部門的重?fù)?dān)，要加快發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)機(jī)的信息建設(shè)，推進(jìn)現(xiàn)代化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)作業(yè)管理。

2 研究的主要內(nèi)容

在我國(guó)的農(nóng)業(yè)信息工程領(lǐng)域，利用北斗衛(wèi)星系統(tǒng)，可以將農(nóng)田信息進(jìn)行的準(zhǔn)確高效采集和傳輸，而農(nóng)機(jī)深松作業(yè)作為近幾年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主推技術(shù)，其信息化的監(jiān)控技術(shù)和手段也在迅猛的發(fā)展，可以說(shuō)農(nóng)機(jī)深松作業(yè)監(jiān)控是近幾年農(nóng)業(yè)信息工程領(lǐng)域炙手可熱的項(xiàng)目之一。通過(guò)深度采集數(shù)據(jù)設(shè)備安裝，對(duì)農(nóng)機(jī)深松作業(yè)相關(guān)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集以及加工數(shù)據(jù)，同時(shí)在4G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用下，可以使采集到的數(shù)據(jù)第一時(shí)間被傳送到數(shù)據(jù)控制中心進(jìn)行分析和測(cè)算。在遠(yuǎn)程端口對(duì)接收的信息進(jìn)行處理并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，在web端可以清楚將拖拉機(jī)行駛軌跡、深松深度數(shù)值實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心平臺(tái)，實(shí)時(shí)查看行農(nóng)機(jī)出行狀態(tài)、作業(yè)質(zhì)量分析和作業(yè)面積統(tǒng)計(jì)及呈報(bào)。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述

深松監(jiān)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)主要有現(xiàn)場(chǎng)采集和監(jiān)控中心兩部分組成?，F(xiàn)場(chǎng)采集包括：GPS收發(fā)天線、深度檢測(cè)傳感器、攝像頭、車載集成數(shù)據(jù)終端構(gòu)成。監(jiān)控中心主要在web端，在數(shù)據(jù)采集后經(jīng)車載終端初步處理將GPS數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)以4G分組數(shù)據(jù)的形式發(fā)送到通訊基站（BSS），經(jīng)SGSN封裝后，到主網(wǎng)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)中，通信服務(wù)器端在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、存儲(chǔ)和項(xiàng)目運(yùn)算，結(jié)合WEBGIS軟件、B/S信息系統(tǒng)及相關(guān)輔助軟件最終呈現(xiàn)人們所需要的可視化的分類數(shù)據(jù)信息。

4 深松測(cè)算算法原理概述

農(nóng)機(jī)深松作業(yè)機(jī)具有結(jié)構(gòu)特征，通常情況動(dòng)力機(jī)具應(yīng)用三點(diǎn)懸掛結(jié)構(gòu)拖拉機(jī)，駕駛?cè)藛T在進(jìn)行拖拉機(jī)駕駛的時(shí)候，進(jìn)行手柄操作可以使后橋液壓升降受到影響，進(jìn)而對(duì)三點(diǎn)懸掛式結(jié)構(gòu)進(jìn)行升降處理，以達(dá)到對(duì)深松鏟土的深度進(jìn)行調(diào)控的目的。

通過(guò)分析深松鏟提升、下降動(dòng)作，對(duì)照運(yùn)動(dòng)軌跡，深松鏟具體運(yùn)動(dòng)可以歸結(jié)為兩部分：（1）進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)的下拉桿與深松鏟整體；（2）也為圓周運(yùn)動(dòng)，不過(guò)其是深松鏟自身和鉸接點(diǎn)線軸的運(yùn)動(dòng)。

通過(guò)將傾角傳感器安裝在提升桿和深松機(jī)具上，可以測(cè)量下拉桿與深松鏟轉(zhuǎn)動(dòng)角度，在平地等候狀態(tài)作為基準(zhǔn)狀態(tài)，作業(yè)中數(shù)值的實(shí)時(shí)變換同基準(zhǔn)角度展開(kāi)比對(duì)，還應(yīng)當(dāng)對(duì)深松鏟以及下拉桿幾何尺寸進(jìn)行了解與分析，在具體落實(shí)的時(shí)候，這個(gè)距離也就是深松機(jī)作業(yè)的深度情況。

通常情況農(nóng)機(jī)深松作業(yè)在很大的土地面積內(nèi)展開(kāi)，機(jī)具在作業(yè)過(guò)程中，單獨(dú)對(duì)某一個(gè)點(diǎn)測(cè)算，不能作為深松合格與否的標(biāo)準(zhǔn)，增加連續(xù)采點(diǎn)數(shù)量，縮短采點(diǎn)周期，以便獲得較為準(zhǔn)確的某一段行程深松深度數(shù)據(jù)，通過(guò)平均值測(cè)算合格率。

4.1 傳感器安裝與使用

在傳感器安裝與固定時(shí)，選擇扎帶或者鋼箍進(jìn)行固定，使其在拖拉機(jī)下拉桿與深松機(jī)具橫梁上固定。對(duì)傾角傳感器而言，去在安裝的過(guò)程中，要確保傳感器順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)角度表現(xiàn)為逐步減小的狀態(tài)，而逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)角度則相反。應(yīng)用統(tǒng)一輸出角度測(cè)量物體變化大小情況，具體選擇X軸角度輸出。對(duì)兩個(gè)傳感器角度輸出而言，其頻率選擇5Hz，也就是說(shuō)每秒會(huì)有5個(gè)X軸傾角數(shù)據(jù)輸出。

4.2 零狀態(tài)標(biāo)定點(diǎn)確定

沒(méi)有作業(yè)時(shí)拖拉機(jī)深松鏟是平放在水平地面中，這種情況下其下拉桿與深松梨等等情況具體如圖3-14所示。這就是零狀態(tài)標(biāo)定點(diǎn)，這個(gè)時(shí)候深松犁D點(diǎn)是在水平面環(huán)境。若是水平面以及其垂直方向分別用X與Y軸表示，AB代表下拉臂力臂的長(zhǎng)度，有關(guān)傳感器初始角度以及CD是深松鏟松犁的固有長(zhǎng)度。

通過(guò)傳輸?shù)臋z測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)出深松作業(yè)的深度信息，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。并且在軌跡信息中通過(guò)不同顏色的點(diǎn)位區(qū)別不同的狀態(tài)，其中紅色表示不達(dá)標(biāo)的作業(yè)，綠色表示達(dá)標(biāo)的作業(yè)，紅色表示未進(jìn)行深松作業(yè)。

5.2 面積測(cè)算精度測(cè)試

本試驗(yàn)旨在測(cè)試車載深松作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備面積測(cè)算精度。試驗(yàn)選用東方紅拖拉機(jī)1804和1S-200型深松機(jī)，試驗(yàn)地點(diǎn)在奇臺(tái)縣，試驗(yàn)方式選擇深松拖拉機(jī)正常作業(yè)形式，拖拉機(jī)帶深松鏟作業(yè)速度為10km/h左右，按照設(shè)定的面積進(jìn)行深松作業(yè)，利用百米米尺測(cè)算出每次作業(yè)的實(shí)際面積，同時(shí)記錄下設(shè)備每次測(cè)算的面積。本設(shè)備采用的是一種基于面積格點(diǎn)覆蓋的深松面積測(cè)算方法，由于此方法本身的優(yōu)越性，能夠?qū)⑸钏勺鳂I(yè)中重耕、漏耕這些誤差來(lái)源基本消除，所剩的主要誤差來(lái)源是由GPS坐標(biāo)定位精度不高帶來(lái)。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，面積測(cè)算值與真實(shí)值之間的誤差在5%以下。測(cè)量結(jié)果如表2所示。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和分析，設(shè)備能在復(fù)雜和惡劣的農(nóng)田作業(yè)中完成既定功能，深松深度和面積測(cè)算都能在既定誤差5%以內(nèi)，很好的完成了設(shè)備的測(cè)試功能。當(dāng)然，設(shè)備的可靠性不單是通過(guò)幾次的試驗(yàn)就能得出的，還需要一個(gè)深松周期，上千畝土地的作業(yè)方可在系統(tǒng)硬件和軟件層面將問(wèn)題發(fā)現(xiàn)和找出相對(duì)應(yīng)的解決方法。

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