农机耕整地作业监测终端作业性能测试系统的开发及应用*

陈军成 黄淳 徐涵秋

四川省农业机械鉴定站，四川成都

近年来，农机耕整地作业监测终端在农业生产中的应用越来越普遍，大大提高了农机作业统计效率，为农机作业补贴资金安全可靠地发放提供了依据。

2021年3月，农业农村部发布了DG/T 253-2021《农机耕整地作业监测终端》推广鉴定大纲，农机耕整地作业监测终端开展试验鉴定有了统一的技术要求。按照大纲中作业性能试验方法，四川省农业机械鉴定站联合有关企业研发了农机耕整地作业监测终端作业性能测试系统（以下简称测试系统）。

1 设计思路及工作原理

测试系统是在安装作业终端后的耕整地机械上，再安装一套智能试验鉴定设备（测试精度为厘米级）。通过智能试验鉴定设备结合CROS服务，可自动收集农机作业过程中产生的高精度定位数据、作业姿态数据、作业状态数据，数据统一封装发送给云服务端。后台云服务端对收到的数据进行解析和保存，并根据上传的数据自动运算后实时生成配套的试验结果报表，同时，可便捷地查阅以及导出所有试验结果报表。对比作业终端监测的数据，即可判断作业终端监测数据是否准确，得出作业终端鉴定是否通过的结论。智能试验鉴定设备安装到作业机械上后，可以远程监控机械的作业情况和作业数据。该方案能节省大量人力成本，效率高且测试数据精度高。

2 测试系统组成

测试系统包括高精度RTK-GNSS导航接收机、北斗农机终端、测试系统软件。

2.1 高精度RTK-GNSS导航接收机

高精度RTK-GNSS导航接收机支持惯性/GNSS/里程计组合算法；支持4G全网通；最高支持100Hz数据更新率；采用2.5度零偏的高精度陀螺和加速度计；具有完善的组合导航算法，提供准确的姿态和厘米级位置信息。

2.2 北斗农机终端

北斗农机终端支持北斗卫星定位和作业数据无线传输；支持图像采集以及远程图像传输；支持设备状态显示及故障报警；支持远程调试、升级、故障检测；支持机具自动识别功能；支持盲区补传功能，在作业地区无网络信号时可以存储作业信息。

北斗农机终端自带高清拍照设备，采用广角镜头，可提供较宽广的视景，拍摄效果满足农机作业现场监控和作业质量核查要求，支持远程控制摄像头进行人工手动拍照，具备防水、防尘、防震等特性；自带深度传感器，能实时测量并上传农机作业深度，准确度高，具备防水、防尘、防震等特性；自带机具识别器，能自动获取机具的类型、高度、宽幅等基本信息，可无线机具识别，安装方便；自带数码显示管，能实时显示农机作业深度，实时显示农机作业工作状态，具备防水、防尘、防震等特性。

2.3 测试系统软件

设计的测试系统软件（如图1）具备以下功能：实时监控试验农机在线状态、实时试验情况，能够查看作业照片、轨迹等；查看农机历史试验轨迹；查询样机编号、型号、试验日期、作业项目、农机具型号、名称、作业量、移机时间、故障间歇时间、工作时间、累计工作时间等信息，支持报表导出；查询终端作业面积、实际作业面积、作业面积测量精度等信息，支持报表导出；查询终端重复作业面积、实际重复作业面积、重复作业检测准确率等信息，支持报表导出；查询终端作业深度、实际作业深度、作业深度测量误差等信息，支持报表导出。

图1 测试系统软件

3 测试系统试验验证

测试系统研发完后实施了试验验证。试验验证严格按照DG/T 253-2021大纲中对耕整地作业监测终端作业性能测试规定的试验条件进行。

3.1 试验条件

1）作业深度测量误差试验条件。试验地测区长度应不少于40.0 m，两端分别留有不少于10.0 m的稳定区，测区宽度应不小于机具作业幅宽的两倍。试验地表面以上植被（包括留茬）覆盖量不大于1 kg/m2，留茬高度不大于30.00 cm，土壤含水率15%～25%，土壤坚实度不大于2 MPa。作业深度按当地农艺要求调整，不低于当地实际作业要求。

2）作业面积测量精度试验条件。试验地块面积不少于2 000 m2，两端分别留有不少于10.0 m的区域，两侧分别留不少于半个作业幅宽的区域。

3）重复作业检测准确率试验条件。试验地块长度应不少于150.0 m，两端分别留有不少于10.0 m的区域，测区宽度应不小于机具作业幅宽的4倍，两侧分别留不少于半个作业幅宽的区域。

3.2 试验数据及分析

2021年12月28日，试验验证在成都市郫都区进行，试验地表面植被（包括留茬）覆盖量、留茬高度、土壤含水率、土壤坚实度等均满足DG/T 253-2021规定。选定的地块长150.0 m、宽15.1 m，地块实际面积2 265 m2。划定重复作业地块长150.0 m、宽6.0 m，实际重复作业面积900 m2。试验时，作业机具在预先选定的已知作业面积地块和已知重复作业面积地块上作业。作业机具为旋耕机，工作幅宽为2.8 m。旋耕机作业完成后，通过测试系统平台及时查阅到上传的数据。

同时，鉴定人员按照DG/T 253-2021规定实际测得作业深度为13.00 cm，农机耕整地作业监测终端监测的数据及测试系统测试的数据如表1所示。对终端监测数据及测试系统测试数据进行比较，计算得到农机耕整地作业监测终端作业性能测试情况如表2所示。测试系统的主要硬件设备高精度RTK-GNSS导航接收机通过了法定计量机构的计量校准，校准结果为TTK测量精度误差1.42 cm。对预先选定地块的实际数据和测试系统的测试数据进行比较，计算得到测试系统的测试误差如表3所示。由表3得出，测试系统深度测量误差为0，测试系统作业面积测量误差为0.11%，测试系统重复作业面积测量误差为0.17%，说明测试系统的测试准确度非常高。

表1 终端监测数据及测试系统测试数据表

表2 作业监测终端作业性能测试结果表

表3 测试系统误差表

4 测试系统应用前景

农机耕整地作业监测终端作业性能测试系统具有测试机具作业时间、停机时间、作业地址及路线、作业面积、作业深度、重复作业面积等功能，改变了传统人工测量、统计及计算的方式。作业类型、作业地点、作业质量、作业轨迹、作业回放查询及数据导出等功能一应俱全，让数据有据可查，提高了统计和管理效率。测试系统准确度非常高，测出的数据很接近真实数据，因此可以作为作业终端的鉴定设备，判断作业终端监测数据是否准确。测试系统的智能试验鉴定设备还可安装在拖拉机上远程监控拖拉机可靠性试验，安装在收割机等其它农机具上实现对其生产查定考核的监控。鉴定设备一经安装好后，即可远程监控农机具作业时间、作业轨迹、作业面积等参数，并可适时查看作业图像和农机具所在的精准位置，测试系统可以作为农机具可靠性试验的有效检测手段，能节省大量的人力成本。