郓城县智能农机装备与技术推广应用的探索与实践

魏玉峰

（郓城县农业机械服务中心，山东郓城 274700）

1 智能农机装备与技术

1.1 农机北斗导航辅助驾驶技术

农机北斗导航辅助驾驶系统分为液压控制式和方向盘控制式两种。液压式是通过利用拖拉机顶部装的天线接收卫星信号并传输到显示器的内置接收机，提供车辆当前的位置，角度传感器向控制器发送高精度转角信息，感应车辆实时的转向角度，控制器计算处理从北斗卫星天线和角度传感器所接收到的信息，并向电磁液压阀实时发送指令，电磁液压阀接收控制指令直接作用在车辆的液压转向油路上，实时控制液压油流量和流向，使车辆实现转向控制，保证拖拉机始终按照导航显示器设定的路线行驶。液压式的自动驾驶系统，安装时需要改装原车油路，要求具备一定的液压专业技能。

方向盘式是利用电磁方向盘使车辆实现转向控制，方向盘电机部分高度集成电机、编码器、控制器、角度传感器信号转换器等元件，根据位置传感器（GNSS卫星导航系统）设计好的行走路线，卫星定位的坐标及车轮的传动情况，控制器实时向方向直驱电机发出指令，通过控制直驱电机实现控制车辆转向操纵，优点是无需安装大量液压油管改装原车油路、可保持车辆原有结构。安装便捷，具有良好的机具匹配性，转向响应快，转向修正更灵敏，作业精度更高，但控制精度会随着原车转向系统的磨损而变低。

1.2 卫星平地技术

卫星平地系统主要由基站、卫星接收机、卫星天线、控制器、显示屏、液压控制系统、车载终端计算机和平地铲设备等组成。是采用卫星信号作为反馈控制的农田用平地机械系统，控制方式为卫星控制。

卫星平地系统是利用卫星接收机接收导航卫星系统基站发送的差分信号获取农田三维数据，控制器实时接收卫星接收机测量到的平地铲绝对高程数据，控制器通过实时对比测量点的实际高程值与基准高程，比较铲体位置和参考基准面，通过一定算法得到限位油缸的伸缩量，根据当前地势差值情况驱动液压系统控制限位油缸自动伸缩，带动平地铲的起落进行土地平整。

1.3 精准播种施肥智能控制技术

精准播种施肥智能控制系统主要由显示屏、传感器控制器、驱动电机控制器、播种盘驱动电机等组成。根据北斗卫星定位技术，实时的获取准确的拖拉机的速度信息，根据拖拉机行驶速度、种子监测传感器和目标株距等信息，通过电动播种施肥智能车速同步控制器，智能控制电机转速与车速同步快慢变化，实现车辆启动行驶或者停车自动停止电机转动，实现整个过程的自动、智能、变量播种和施肥，每667 m2地想用多少公斤种子和肥料，在系统开始工作前直接设定，工作时就能自动智能精准定量。

1.4 种肥播施智能监控技术

种肥播施智能监控系统，也称作农机播种作业监测终端，安装在播种机组上，由车载显示单元、报警单元、图像采集单元、播种信息采集单元等组成，具有播种量统计、播种作业信息显示、缺种堵塞报警、图像采集、卫星定位、作业信息远程传输、数据本地存储和断点续传等功能。

种肥播施智能监控系统是在每个播种机的播种单元上，排种器底下的导种管上安装上红外传感器或激光传感器，传感器可以探测种子下种情况，下了多少粒数或者有没有空穴，一旦发生漏播、少播或者堵塞，传感器就会把这个情况传输到处理器，通过处理器，通过数据线，传送给驾驶室的控制器，控制器再传给报警器，产生声信号和光信号，驾驶室内驾驶员能及时的听到或看到，另外控制器还有一个数据上传的功能，它通过无线网上传到数据平台，打开联网的电脑或手机就能看到这台机器的使用情况。

1.5 变量喷药控制技术

变量喷药控制系统主要由显示器，压力传感器，GPS速度传感器，控制阀组、流量计、压力计、GNSS接收机、数据回传模块等组成，这种系统安装在自走式、背负式、牵引式等各种类型喷药机上，就可以给传统喷药机增加精准和变量喷药的功能。

喷药机工作时，首先将“目标速率”（每公顷喷药量）输入系统，喷药机实际速率将由系统根据设定的“目标速率”自动控制，利用卫星导航系统的定位及车辆前进速度的变化等信息，根据车速、喷幅和目标喷量等，结合压力传感器、流量计等传感器信息，通过控制器自动化、智能化的方式控制开关阀、比列阀等，实时控制喷药压力，自动调节喷药速率，速度快时增大喷药量，速度慢时减少喷药量，确保单位面积的施药量均匀一致，使实际喷药效果更加均匀，实现喷药机精确、精准流量控制，并提供关于车辆前进速度、作业总面积和局部面积、喷药量总体积和局部体积、压力、流量、喷药速率等信息。

1.6 智能植保无人机技术

智能植保无人机是一种将无人机和植保装置（打药、播撒装置系统）相结合的新型植保装备，已广泛应用于农业植保作业中，由飞行平台、GPS飞控、喷洒机构三部分组成，可以喷洒药剂、种子、粉剂等。

智能植保无人机可以自动规划出合理的作业航线和避障航线，无人机有了路线，再通过精准定位的技术和全自动驾驶技术，可以实现“全自主精准飞行”，无人机通过装有IMU芯片的智能控制系统实时测量无人机的加速度与旋转速度的变化，根据传感器的数据及时调整姿态，保持飞机的稳定飞行。机身上装有RTK天线，为无人机提供精确的位置信息，利用固定基站作为基准，使得定位精度达到了厘米级。农药或叶面肥等装在无人机药箱里，通过蠕动泵精确出药，通过离心喷头高速旋转，利用离心力产生均匀的雾滴。螺旋桨产生的向下气流，会带着这些雾滴向下吹，加速雾滴下沉，同时能吹动作物的叶子，让农药或叶面肥等能够均匀地落在叶子的上下表面。

智能植保无人机还可以播撒种子和粉剂，播撒系统由两部分组成，一部分是定量螺旋送料器和甩盘扩散器。调节螺旋送料器的转速，就可以控制送料的多少，根据送料的多少，调整播盘扩散器的转速，就能把料撒匀。有了这个定量送料，定量扩散的播撒系统，那么飞机经过的每个地方，都有一样多的肥料、一样多的种子，撒得又快又好。

1.7 水肥一体智能节水灌溉技术

水肥一体化智能节水灌溉系统主要由核心控制单元、肥料配比单元、水肥混合单元、肥料投加单元、过滤单元等组成

灌溉智能化[1]控制系统配备无线阀门控制器、智能灌溉控制器、土壤含水量传感器以及土壤氮磷钾传感器，通过土壤含水量传感器可以实时监测到土壤中的水分数据，按照农作物对水分的需求，根据预先设定的农田湿度的阈值，阀门控制器自动启闭水泵和电磁感应阀，当灌区土壤湿度达到预先设定的下限值时，电磁阀可以自动开启，当监测的土壤含水量及液位达到预设的灌水定额后，可以自动关闭电磁阀系统，实现各区域内土壤含水量信息监测及灌溉远程自动化控制功能，从而实现对农作物的按需精准灌水。对于施肥的控制也是基于同样的原理，通过土壤氮磷钾传感器，可以实时监测到土壤中的养分数据，当监测到土壤中的养分值低于标准值了，就可以自动打开施肥系统，当土壤养分达到了标准值，机器就可以自动停止施肥。同时，还能实现远程网络查询和电脑端、手机端的远程自动化控制。

1.8 小麦智能联合收割技术

小麦智能联合收割系统是在小麦收割机上安装了导航系统、摄像头、处理器、控制器、传感器等多种智能元件，融入多种人工智能软硬件设备，形成一套人工智能系统，构造上主要包括传感器系统和控制器系统。具有作业参数在线监测功能与多参数融合智能化调控功能，利用自动导航系统实现无人驾驶，利用谷物损失传感器、机器视觉技术实时分析损失率指标，并根据指标智能调整整机相关部件参数，生成最优的农机参数调整控制指令，传递给整车控制系统，由AI控制器完成功能部件的智能调整，提高收获精度，减少收割过程中的粮食损失，从而提高了小麦的收获效率和质量。

小麦智能联合收割系统还可以在麦收作业的同时，收集每个地块的亩数、产量、土壤湿度等数据，这样省去了人工测量环节。

2 农机深松整地作业智能监测装备与技术

农机深松整地作业智能监测系统[2]由农机深松作业远程监测终端、农机深松作业远程监测系统平台、计算机通信网络等组成。

深松深度测量方式大部分为悬挂下臂（下拉杆）角度测量法。姿态传感器安装在拖拉机悬挂下臂（下拉杆）上，拖拉机悬挂下臂（下拉杆）随着深松机具抬起和入地时，下拉杆会发生位置改变，姿态传感器通过采集到的下拉杆的倾角数值，根据下拉杆角度与深松机深度建立的数学关系模型，就可以得到深松深度数值。

3 智慧农机管理服务平台

智慧农机管理服务平台采用卫星定位、无线通讯技术和机具状态检测传感技术，对安装农机智慧农机终端设备的农业机械，通过接受到的终端上传的农机位置、状态、作业等数据对农业机械进行管理，进行农机调度、轨迹查询、作业面积和作业质量监控、信息发布，使农业机械管理更加科学化、规范化、可视化，能够为农业生产提供高效、可靠和便捷的智慧服务。