让农业机械聪明起来

本刊实习记者|盛玲

让农业机械聪明起来

本刊实习记者|盛玲

“农业智能化精准作业是现代农业发展的必然方向，机械运动参数、作业状态、质量效果的实时监控与控制是农业智能化精准作业的基础。我们会一直为农业机械智能化努力。”项目负责人苑严伟如是说。

智能农机装备代表着农业先进生产力，是提高生产效率、转变发展方式、增强农业综合生产能力的物质基础，也是国际农业装备产业技术竞争的焦点。

“农业智能化精准作业是现代农业发展的必然方向，机械运动参数、作业状态、质量效果的实时监控与控制是农业智能化精准作业的基础。农机的发展，离不开智能化检测与控制手段的升级。我们会一直为农业机械智能化努力。”2016国家重点研发计划项目“机器作业状态参数测试方法研究”负责人、中国农业机械化研究院苑严伟博士如是说。

长期以来，我国农机缺乏现代智能化检测手段，作业过程粗放、可靠性差、安全性低、故障率高、作业质量差，导致农业投入品浪费，严重影响粮食产量、品质和农机作业效率。而现代农机需满足大田块作业要求，向大型化、作业高速化发展。如原来简单的播种机除需要一名驾驶员外，还需要一名辅助人员来保障作业质量，而大型播种机作业幅度宽、行走速度快，简单依靠人眼来检测显然已经满足不了作业质量需求，漏播、阻塞情况频发，需要智能检测系统自动报警提示操作员排除故障。

在保障机器作业安全可靠方面，我国有针对工业生产的传感设备，但这些设备不适应农业作业的强光照、变温差、高尘高湿、随机强震动的复杂环境；而国外产品因价格高、与国内农机不匹配等原因，也不能直接用于国内农机安排保障。农机作业状态参数测试方法和技术必须要满足低成本、高可靠性、多对象适应性等要求，专用传感测试系统还要经受复杂开放工况环境考验，达到测得准、控的精、管的细，提升作业效率，保证质量效果。

与发达国家相比，我国农机发展还存在较大差距：发达国家掌握着农业传感器和检测系统方面的核心技术并进行产权保护，同时还存在国内外农艺不一致，农机标准和接口不统一等问题。为突破该困境，迫切需要研发适合我国农艺及农机特点的智能检测系统，来满足现代农业生产安全、高效、精准和生态的要求。

突破创新，行动起来

“2000年以来，中国农机院一直做这方面的研究。随着近年来土地集中流转、计算机和信息技术的进步，项目的破题更能满足现实的迫切需求。”苑严伟说。

2016年7月，由中国农业机械化科学研究院牵头，联合中国农业大学、浙江大学、吉林大学、北京农业智能装备研究中心、中科院自动化所等15家智能农机领域优势高校和科研机构、企业，共同承担起国家重点研发计划项目——“机器作业状态参数测试方法研究”（以下简称“项目”）。

“项目涵盖的领域很广泛，从动力机械到播种、植保、收获等各种不同机械装备。对应不同的课题都由国内顶尖优秀团队来承担。”苑严伟说。

这15家高校和科研机构在智能农机研究领域都有深厚技术基础和研发能力。项目参加团队是一支多学科融合的队伍，为跨学科交叉研究和系统集成创新提供了丰富的人才资源，有国家和省部实验室、国家工程中心，组合了国内最高水平的实验和测试平台，提供了必需的研究装备、分析软件和试验场地，为项目的研究和实施提供了全方位的支撑。

根据农机作业中需解决的问题和不同机具类型，项目分为5个课题。这些课题既相互独立又紧密联系，研究内容与研究方法相辅相成，保证了项目的科学性和系统性。

项目的目标是：针对复杂开放工况下机器作业状态参数缺乏有效在线监控方法的问题，探索农机作业状态参数检测机理，研究农用动力机械、施肥播种机械、植保机械和收获机械等典型农机装备作业过程中的关键运动参数、作业状态和质量效果等测试方法，通过研究在线监测关键技术、研制系列专用传感器、集成开发车载测试系统与检测装置，为农机作业可靠性和安全性、节能降耗、作业质量与作业效率提升提供有效技术支撑。

研究内容包括：研究复杂环境下农机作业安全探测的原理，突破土壤致损性硬质异物探测，识别区域隐蔽性人畜和收获作业时隐形火灾预警；突破超低速驱动轮滑转率检测和维系原系悬挂结构空间动态载荷测试等。

“别看报告上写的晦涩难懂，其实要研究的东西很实在，都是解决实际问题的。”苑严伟解释：“研究复杂环境下农机作业安全探测的原理，收获作业时隐形火灾预警”，比如在棉花收获过程中，采棉指高速运转，与棉杆摩擦产生火星，经输棉管进入棉仓，没有温度、烟雾、火苗等特征，主要产生痕量一氧化碳气体，传统检测原理无法识别。本项目提出采用可调谐二极管激光吸收光谱技术，探测痕量一氧化碳，实现收获作业过程中隐性火灾的探测。而“突破土壤致损性硬质异物探测，识别区域隐蔽性人畜”，则指研究作业时可能碰到金属、石块、树桩等硬物、隐蔽在作物或农机使用者盲区的人畜的快速识别方法，发现并避开障碍物等。

“‘突破超低速驱动轮滑转率检测。’车辆测速对于高速运动的物体来说，通过空间定位、测速传感器等装置可以很简单精确地测试出行走速度，速度高，误差就小。但是农机处于超低速状态，还要进行作业，有些比人的行走速度还要慢，常规车辆测速很难直接使用，误差很大，我们解决的就是农机超低速检测问题。” 苑严伟又举例道。

项目打破了以往农机智能装备研发的老思路，提出了创新观点：如复杂开放环境农机作业安全监测新方法、低速农用动力机械驱动轮滑转率和维系原空间结构动态载荷检测关键技术等。

推广智能装备，实现研究效益

项目自2016年7月开始执行预计在2020年12月结束。届时，预期成果突破机器作业测试技术12项，研制新型传感器15种，开发农用动力、施肥播种、植保和收获等车载测试系统与检测装置15套；申请发明专利30项，制定标准草案6项，论文45篇，培养研究生60名，组建一支农机智能装备研发示范与推广科研团队。在项目实施期间完成数量与质量指标的同时进行具体装备的搭载实验，完成应用和产业化推广指标，实现成果的市场化、产业化，将项目开发的产品作为独立的配套监测及控制系统安装在国产农机上，可以进一步提高种、药、肥、苗等农业生产资料的利用效率，减少农业生产资料过量投入造成的环境污染。

“项目完成后，一定不能将科研成果束之高阁，一定要落地，要成果转化到农机生产企业去，承担单位联合了一些企业，科研单位的下属企业也可以承接这些技术。”苑严伟强调。

预计项目完成后，将为我国农机智能装备精测、精施、精管提供支撑作用；对加快发展智能农机装备技术，缩小与国外主流产品差距、支撑现代农业发展、保障粮食和产业安全意义重大。

在科学研究方面，将会提升我国农机装备的智能化水平，增强我国农机产品的自动化检测能力，加快我国农机装备向信息化方向步伐；技术创新方面，开发一系列技术，将突破机械作业参数检测共性和关键技术制约，研制的新产品将全面提升我国智能农机装备的技术水平。

经济效益方面，通过项目的实施，研发农机关键作业参数测试方法与新型传感装置，形成车载测试系统，能够快速集成到农机作业工况监测、故障诊断、作业监管中，将显著提高农机的作业效率；对农机作业问题、故障进行预测，降低农机故障率，提高无故障工作时间，实现农机1.0到2.0的革命性提升。我国目前有大中型农场、农机合作社等，每年需求10000台以上的监测系统，年销售收入可达4000万元。收获机械安装作业质量参数实时在线检测装置，收获损失降低1%，将减少稻麦收获损失300万吨以上；化学农药喷洒采用在线检测和自动控制技术，可节约化学农药15-20%，成果应用将产生巨大的经济效益。