作物播种智能监测设备研究进展

王 帅

（辽宁省农业机械化研究所，沈阳 110161）

农作物播种是农业生产中的重要环节之一。市面上的精播机大多是封闭结构，播种作业中的输种管阻塞、排种器等故障无法及时发现，常出现漏播和少播的情况。若出苗后人工补种或人工移栽，不仅会增加生产成本，而且幼苗的成长差异严重影响植株生长和作物产量。在免耕播种机大量推广应用的情况下，作业地表情况更为复杂，作业环境更加恶劣，排种器故障频出的问题更加突出。据统计，各类大籽粒作物精量播种机的平均漏播率在13%以上。在此情况下，研制对排种机播种质量精准监测的设备，对提高作物播种质量具有重要意义。

1 国外作物播种智能监测设备研究进展

早在20世纪40年代，国外就致力于精量播种机的研制。随着电子技术的发展，国外普遍采用光电检测技术监控播种质量特别是重播、漏播情况。

近年来，随着欧美国家精量播种技术的日益完善，精量监测相关研究也随之发展起来，监测方式有机械式监测器、机电式监测器、电子监测系统等。利用光电传感器技术，国外研制出了各种光开光，用来检测和监控重播或漏播。光电检测技术将输管中种子流动的情况变换成电信号传送给CPU，当出现播种故障时，监视装置可进行声光报警。

目前，国外的作物播种监测方法已达到一定水平，但在控制漏播等方面还未完善起来。发达国家广泛采用大型气力式谷物播种机，虽然存在漏播现象，但漏播补种产生的经济效益并不明显，对自动补种技术的需求并不迫切，因此监控系统研究仍停留在监测阶段。

2 国内作物播种智能监测设备研究进展

2.1 监测设备

从20世纪80年代起，国内一些科研单位陆续开展播种监测设备研究，并取得了诸多研究成果，研制了一些比较先进的播种监测设备。

西北农林大学的葛世强设计一种大籽料作物精量播种漏播自动系统，旨在简化系统结构，实现位置无偏差补种，提高播种质量，对提高种子利用率和劳动生产率具有重要意义。

山西农业大学的马焕菲针对BST-6型播种机试验台应用软件视觉测试系统，研制出基于V艹+排种种子流视觉检测软件，由校正的型孔种子数时序样本统计型孔种子数频率分布，并据此计算漏播指数、合格指数、超播指数指标。对比试验表明，穴播软件检测结果和人工实测结果没有本质上的差异。这种适用于穴播排种器和单粒播精播排种器，对提高播种效率的自动化分析和实时性处理具有重要意义。

江苏大学的边疆在JPS-12精密排种器性能检测试验台的基础上，着眼于排种器性能检测系统精度和实用性的提高，运用高速摄像系统采集精密排种器排种过程的图像，研究精密排种器性能检测方法。以油菜种子为试验对象，在不同参数条件下进行播种试验，结果表明，其与人工检测的排种合格率相对误差小于1%，播种变异系数相对误差小于3%，检测精度满足检测要求。

湖南农业大学的熊瑛针对现有黄油胶带法试验台存在的不足，采用输送带上铺砂原理设计铺砂型排种器试验台，利用砂层的缓冲作用防止种子着落时弹跳，并用机器视觉技术对排种图像进行采集与处理，实现排种器性能参数的实时自动分析。相对于传统的涂油方式，具有种子可回收利用、无污染、机器视觉参照背景优良等优点。

吉林大学的姚鹏飞由机械式强制排种入手，设计出采用凸轮推杆机构实现定点强制排种的型孔容积可变式精密排种器。借助高速摄像技术进行投种对比试验，结果表明：排种时距稳定，投种轨迹均匀一致，可提高排种器粒距一致性。

辽宁省农业机械化研究所针对市场需求，基于Triz理论的分析方法，研究适用于施肥、播种作业的电子监控设备。设备可替代多类型作物播种机的播种传动机械装置和施肥机械装置，实时监测播种作业位置、播种面积、剩余种量、预播种面积、漏播及补播情况、施肥配量、施肥漏施及补施、施肥面积等相关信息，根据预设播种参数和施肥参数及时做出相应的控制动作和报警，实现施肥、播种自变量控制。设备可解决播种机和施肥机过重、传动部分故障多、排种施肥口阻塞或漏播漏施、排种量难计算和施肥量难控制等问题。

2.2 监测及补种设备

随着智能化技术的发展，利用计算机视觉技术进行无接触测量的研究逐渐展开。国内播种机漏播监测技术不仅获得许多成果，而且对自动补种也进行了相关研究。中国农业大学机械工程学院的金衡模等利用光电传感器技术实现播种过程的排种监测，还提出玉米免耕播种机的漏播补偿设计装置（见图1）。

漏播监测设备主要是采用排种管监测，或在补种装置原排种器外加装一套备用排种装置，当原排种装置出现漏播时，备用装置进行补播。这种排种器与漏播补种装置相采用互独立的补种方式，结构复杂，种子正常排种与补种时下落路径不同，存在补种位置不准确等问题。

图1 补偿式精密播种机Figure 1 Compensation precision planter

3 结语

在全球信息化和数字化背景下，农作物播种监控系统由视频监控系统向嵌入式网络信息采集等远程视频监控系统转变，研制对作物的播种情况（株距、漏播等）进行全程监测的实用设备，对提高作物产量具有重要的现实意义。

［1］葛世强.大籽粒作物精量播种漏播自动补偿系统设计［D］.咸阳：西北农林科技大学，2015.

［2］熊瑛.基于机器视觉的排种器性能检测技术研究［D］.长沙：湖南农业大学，2011.

［3］马焕菲.基于VC++排种种子流视觉检测软件的研发［D］.晋中：山西农业大学，2015.

［4］边疆.基于高速摄像系统的精密排种器性能检测方法及试验研究［D］.镇江：江苏大学，2009.