玉米免耕播种机智能化技术探讨

王立华，王升喜，周 平

(1.东丰县大兴镇农机技术推广站，吉林 东丰 136301；2.东丰县拉拉河镇农机技术推广站，吉林 东丰 136302)

0 引言

保护性耕作技术是指对土壤实行少耕、免耕，前茬作物收获后直接将秸秆粉碎后覆盖在土壤地表的一种现代化农业耕作模式之一[1]，减少对土壤耕作层的扰动，提高土壤蓄水保墒能力，对于保护土壤团聚体结构，提高土壤肥力具有重要意义。近年来，随着保护性耕作技术在国内外的快速发展与推广应用，保护性耕作技术相关配套农机具也得到了快速发展，技术日趋成熟[2]。

免耕播种技术是保护性耕作技术的重要内容之一。开展保护性耕作技术的同时，大量秸秆残茬覆盖在地表，土壤长期不翻耕，会造成土壤板结、地表秸秆残茬缠绕机具等问题[3]，传统播种机进行播种时会降低播种效率。针对以上问题提出作物免耕精量播种机。近年来，随着计算机通信技术、人工智能技术和视觉识别技术等在农业生产中的应用，也进一步提升了免耕播种机智能化发展，提高了免耕播种机播种质量与效率，具有显著的经济效益和社会效益，对于推动保护性耕作技术的发展与推广应用提供设备保障与支撑。

1 玉米免耕播种机对行避茬技术

在免耕播种技术应用过程中，遇到较大的秸秆残茬或者作物根茬会直接影响播种质量，引发免耕播种机运行故障，甚至会造成免耕播种机堵塞引发停机。针对以上问题，研究人员提出了基于卫星导航技术和视觉识别技术，在进行免耕播种时，避开根茬，其核心技术是识别田间作物残茬并重新规划机具行驶路径，避免降低播种质量。

1.1 卫星导航控制技术

卫星导航控制技术目前已经广泛应用于行间除草，其主要工作原理是利用传感器获得田间设备位置偏差信息，由控制中心进行信息处理后对执行机构进行合理调控[4]。

目前，卫星导航装置主要有两种，一种是电磁控制模式的卫星导航装置，一种是方向盘式卫星导航系统。其中方向盘式卫星导航装置技术较为先进、安装较为简单。方向盘式卫星导航装置主要由天线及横杆、电机与方向盘、角度传感器、姿态传感器、控制平板及各式线缆组成，如图1所示[5]。卫星导航的安装主要包括车辆参数的量取、软件内参数的调试、车辆相位中心的调试、免耕播种机挂接调试。免耕播种导航控制可采用AB线的方法，保证玉米种沟在小麦根茬间空白处。也可根据上茬小麦播种导航控制线平移调整实现。在播种过程中可对控制线随时进行平移调整，避开秸秆根茬。

图1 方向盘式卫星导航装置

1.2 机械式导向技术

机械式导向技术主要是以田间作物根茬为导向，在免耕播种机中安装信号探测装置，探测田间根茬信息，引导机具避开障碍后在田间进行播种作业，结构较为简单，投入成本较低，但是存在信号探测误差等问题，其主要工作原理如图2所示。

图2 机械式导向技术工作原理示意图

1.3 机器视觉技术

为提高机械式导向技术的探测精度，研究人员将计算机视觉识别技术引入免耕播种机对行避茬技术中，如图3所示，基于图像处理技术将探测摄像头安装在免耕播种机前端获得相关秸秆残茬和根茬图像，对相关特征进行提取，进而提高识别精度。改进前后的机械识别技术对比结果如表1所示。

表1 两种技术下不同类型根茬识别技术对比效果

图3 基于视觉识别技术下机械式导向技术工作原理示意图

1.4 控制技术

玉米免耕播种机对行避茬技术较多，但是都离不开控制技术的应用与分析，主要是控制免耕播种机田间横向位置偏差和航向偏差，导航装置将图像信息、位置信息等发送至中央控制器，控制系统将偏差信号发送给执行机构，进行路径规划与矫正，进而实现免耕播种机田间对行避茬，目前常见的控制技术与算法如表2所示。

表2 不同控制技术应用特点

2 玉米免耕播种机播量监测技术

加强对玉米播种播量监测可以提高玉米播种效率，提高作物出苗率。在传统免耕播种机进行田间作业时，驾驶员无法通过肉眼识别播种情况，容易出现重播和漏播现象导致作物减产，阻碍农田标准化建设。目前免耕播种机播量监测技术主要包括光电技术、电容技术和图像监测技术。3种技术应用特点与对比如表3所示。

表3 不同播深监测技术应用分析

3 玉米免耕播种机播深监测控制技术

免耕播种技术下土壤环境较差，土壤坚实度较高，因此，对播种深度具有一定的影响，同时播种深度是保证出苗率和出苗整齐度的基础条件，因此，对播种深度进行监测可有效提高播种效率。

目前，玉米免耕播种机播深监测技术主要包括主动调节式监测技术和被动调节式监测技术。被动式调节监测技术主要是利用平行四杆机构调节开沟器上方的作业高度，达到控制播种深度的目的，例如，约翰迪尔公司和Amazone公司都实现了免耕播种机播深监测设备的研究与应用，实现对开沟深度的控制与调节。

4 结论与展望

近年来，随着国家对农业发展的重视程度增加，及惠农政策的提出，为我国农业发展与机械化水平的提升带来了发展契机与条件，我国农业机械化与智能化得到了快速提高。本研究以玉米免耕播种机为研究对象，从玉米免耕播种机对行避茬技术、播量监测技术和播深监测技术进行系统论述，针对目前免耕播种机发展现状提出未来我国免耕播种机的主要发展趋势与研究方向应从以下几方面开展：

1)目前GNS技术在水稻全程智能化发展中应用较为成熟，控制精度较高，但是在玉米免耕播种机中应用较少，未来应加强差分技术在免耕播种机监测装置中的应用，提高免耕播种机对播种参数的监测精度。

2)加强玉米免耕播种机视觉识别技术研究，提高图像识别效率，加强图像分割和优化方法，提高检测效率。

3)提高相关传感器监测精度，由于农业生产环境较差，传统传感器在田间工作过程中容易受到天气和环境的影响，影响传感器数据传输信号，应加强无线通信技术和抗干扰性能高的传感器设备。

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