玉米播种监测系统的研究与应用

摘要：基于玉米精量播种机具作业中存在的主要问题，介绍开发玉米精密播种监测系统的重要意义和国内外研究进展，论述玉米播种监测系统设计方面取得的主要成果，为推动玉米播种向智能化方面发展提供借鉴。

关键词：监测系统；精密播种；玉米；智能化

中图分类号：S22；TP277 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2019）02-0054-02

玉米是我国第二大粮食作物，营养价值和附加价值高，在我国的粮食生产和粮食安全中占据非常重要的地位。播种是玉米栽培的重要环节之一，对确保苗全、苗齐和苗壮有重大影响。设计开发玉米精密播种监测系统，智能控制精量播种及靶向施肥作业，可有效提升播种株距精度和作业速度，推动我国玉米精密播种机向智能化方向发展。

1 玉米播种监测的重要性

在2012年的粮食增产模式试点启动仪式上，农业部提出到2020年我国粮食增产500亿kg以上。这一目标的实现，在很大一部分上需要依靠玉米产量的提升。

近年来，玉米播种从条播、穴播发展到精密播种。精密播种能够精确控制播种量和株距，省种高产，是当前玉米播种技术的主流和发展方向。然而，玉米精量播种机作业时是封闭的，很难在第一时间发现作业故障。一旦出现漏播、缺种、输种管和开沟器堵塞等问题，就会导致一行或数行漏播或少播。如果进行人工补种作业，势必耗费一定的人力物力，且有可能影响玉米产量。尤其是我国东北和西北的玉米主产区多应用大型气力式精密播种机，其作业速度快，播幅宽。如果不能及时发现故障，会造成玉米种子大面积漏播，不仅影响播种机的作业质量，对苗全、苗齐和苗壮也有很大影响，甚至造成玉米减产。与此同时，肥料施播也是封闭状态，多种肥料混合易造成输肥管堵塞，加之肥箱缺肥现象时有发生，加剧了玉米精量播种的漏播或少播机率。在此情况下，设计开发能够实现作业质量监测的智能系统，对确保玉米播种施肥质量具有非常重要的意义。

2 国内外玉米播种监测系统发展现状

当前，智慧农业已经成为辅助农业机械发展的必然趋势。法国、澳大利亚、美国等农业发达国家，早在20世纪70年代就将电子信息应用技术应用于农业机械播种等方面。当前，国外的精密播种机监测技术相对成熟，检测系统功能齐全，准确度较高，性能良好。

近年来，随着计算机技术和传感器技术的发展，我国的玉米播种智能监控技术也越来越成熟。诸多科研人员和学者开展了相关研究和设计，并取得了很多研究成果，推动我国玉米精密播种机智能化水平的发展。但部分监控系统研究是在实验室态下完成的，在环境恶劣的田间作业时的稳定性有待提高。

3 玉米播种机作业监测系统的研究及应用

为与220.5 kW拖拉机配套的大型气力式玉米精密播种机配套，孙宜田等研制一种气力式玉米精播机播种监控LED显示系统，以拖拉机的12 V电瓶为电源，利用自行开发的专用光电传感器克服盲区，实现种子堵塞报警和缺种报警指示，并显示故障所在的具体位置。田间使用结果表明，该系统性能稳定可靠，测量数据准确。系统的结构如图1所示。

马良等设计的气力式玉米精播机种肥监控系统，可同时检测11行（可扩展）种子和22行（雙层）肥料的施播情况，准确显示每一行种子及整机的玉米种子播种数、漏播数、重播数、漏播率、重播率、堵塞、缺种、肥料、缺肥故障所在的行。当发生故障时，系统会发出声光报警指示。系统多次在黑龙江省农业机械工程科学研究院研制的大型气力式玉米精密播种机上进行应用，测量精度高，漏报、误报率低，监测数据准确可靠。

为解决免耕播种机因地轮打滑引起的漏播、化肥利用率低等问题，赵瑜会等利用微控制技术、传感技术和远程传输技术等多种技术，开发了一种玉米免耕播种机播种施肥监控系统。该系统包括主控制单元、播种监控系统、施肥监控系统和远程监测管理系统。播种监控系统采用无刷直流电机替代地轮来驱动指夹式排种器工作，并用PVDF压电传感器检测排种器的工作状况。田间试验结果表明，作业速度为1～9 km/h时，排肥器实际排肥量与理论排肥量的相对误差在1.01%～8.58%之间。

针对我国精密播种机目前所存在的问题，孟鹏祥利用现代电子信息技术与传感器技术，研究玉米精密播种机智能监控系统。该系统包括播种量与作业面积监测统计、排种器无级调速系统、影像监测系统、覆土镇压联动测控系统。室内试验与大田试验表明，监控系统能够监测播种工况，具有集成化程度高、工作可靠、测量精准、便于维护等优点。

李海龙设计的农作物播种施肥自动化作业智能监控系统（见图2），能够对农业谷物类作物（如玉米、花生、黄豆）的播种情况（株距、漏播等）进行全程监测，并通过对相关传动部分控制有效降低作业成本和提高经济效益。系统解决了播种机和施肥机质量过大、传动部分故障多、漏播、排种量难控制等诸多问题，适合我国农业节能减排的发展方向。

4 结语

保护性耕作技术的推广与应用，使玉米播种环境发生变化，加之不同地区存在农艺差异，使玉米播种机作业质量方面的问题频出，如株距不稳、播深和镇压强度难以保证农艺要求等。精密播种机智能监控系统是当前农业发展亟需解决的重点技术，也是促进我国智慧农业发展的重要环节。

参考文献

[1] 马良，孙宜田，韩天峰，李少清，马天石，桑运洪.气力式玉米精播机种肥监控系统的研制[J].农机化研究，2012，34（4）：79-83.

[2] 孙宜田，王全景，李少清，等.一种气力式玉米精播机播种监控LED显示系统[J].中国农机化，2012（1）：151-154.

[3] 王启芳.对玉米精密播种机监控系统的研究[J].内燃机与配件，2018（15）：8-9.

[4] 赵瑜会. 玉米免耕播种机播种施肥监控系统研究[D].长春：吉林农业大学，2018.

[5] 孟鹏祥.玉米精密播种机智能监控系统的研究[D].淄博：山东理工大学，2016.