精准智能化免耕覆秸施肥播种机关键技术探讨

裴丽君

（鹰潭市余江区农业技术推广中心，江西 鹰潭 335200）

根据农业农村部公布的相关数据：2022 年我国共完成17.749 8 亿亩粮食播种任务，春播粮食面积约9.4 亿亩。为切实提高农业生产效益，保障农业播种质量，应充分利用先进设备，梳理播种思路，渗透精准智能化设计理念，在改造播种机功能的基础上优化播种机使用效果，促使在技术导向下播种机设备能为农业现代化发展提供重要动力[1-3]。

1 精准智能化免耕覆秸施肥播种机技术特性

1.1 工作原理

精准智能化免耕覆秸施肥播种机的应用，主要是为了进一步解决传统播种机播种合格率低、播种质量不高等问题，该播种机在北斗卫星定位技术的助力下能够弥补传统播种机播种生产缺陷，灵活适应现实播种环境[4]。同时，还能实现智能技术与传统工艺的有效结合。在实际使用阶段，该设备多涵盖播种电机、转速传感器、电瓶、下肥电机、控制器主机以及红外线感应开关等智能控制配件，其线路以北斗天线、信号连接线为主，而且在施肥耕种期间还具备断肥报警功能，可供使用者随时根据播种机反馈结果预判耕种施肥进度。一般情况下，播种机开启后同拖拉机等相关农业机械连通成功后，能够在轴动力带动下快速通过传动齿轮赋予播种机前进动力，且包括3 个行进路径，即播种施肥、粉碎秸秆、旋耕。其中，粉碎秸秆时能够以2 500 r/min 的转速使用旋切刀进行粉碎作业，之后秸秆碎末将按照抛洒状态分布于土壤中，并且在完成施肥、排种后通过镇压轮对土壤进行压实处理，确保使用者所播种的田地能尽快实现精准智能化播种施肥目标。与传统播种机相比，该设备较为明显的区别在于具备较先进的智能控制功能，精准智能化免耕覆秸施肥播种机的智能控制水平显然更高，无需过于依靠人力开展播种工作，从整体效率和播种质量层面看其优势显著，其他差异如表1所示。

表1 不同播种机的差异

1.2 技术指标

精准智能化免耕覆秸施肥播种机具体运行期间，往往能够形成2 m～3 m 的宽度范围，可满足多种作物播种需求。如常见的红薯，每条垄沟宽度为80 cm～100 cm，玉米则为1 m，茶叶为40 cm，经由该设备操作能够同时对多条垄沟进行播种施肥。而残茬埋设作业中通过此设备至少可形成6 cm 的深度标准，播种作业时可进行12行或18行深为3 cm或6 cm的播种作业。在多垄沟同步粉碎残余秸秆的基础上可对6 行至9 行农作物进行施肥，整体上可达到75%以上的播种合格率，最终获取的播量和排种量一致性变异系数最多为3.9%，所以耕种、覆秸、施肥多种农业生产场景中均可借助此设备提高工作效率，有效减轻农民的生产负担。因而要想推动农业领域现代化发展进程，理应加强精准智能化免耕覆秸施肥播种机的应用推广，善于运用智能技术优化农业生产效果。

2 精准智能化免耕覆秸施肥播种机关键技术要点

2.1 根茬智能躲避技术

智能化免耕播种机在实际运行过程中，需要运用根茬智能躲避技术灵活应对行进阻碍挑战，即行进于田地内，一旦遇到残茬或者根茬，可以智能调整行进路径，躲避障碍物后经过新规划的路径继续完成下一项任务[5]。为保证免耕播种机具备“智能避障”特点，还可联合机械式导向技术对根茬所在位置进行定位分析，并判断现行路径是否处于根茬分布范围内，同时通过释放探测信号采集根茬位置信息，随即在引导机具助力下提前将播种机行进路径调整到远离根茬部分，避免在未进行覆秸操作前出现耕种行为。免耕播种机内部还要安装卫星导航装置及探测摄像器等辅助装置，并在智能算法支撑下产生智能躲避根茬的效果。例如应用线性回归法，但要兼顾杂草与噪声的分布情况，若处于杂草滋生或者高噪声使用条件下，可以考虑以最优控制法或模糊控制法实现智能控制设计，因为这些算法性能良好且适应性强，更适用于复杂的耕作场景。

此外，根茬智能躲避技术的应用还要配置参数匹配的配件，如可以选用内径为204 mm，厚度为6 mm，振幅为7 mm 且外径为364 mm 的波纹盘，以便在智能躲避根茬过程中可以精准确认根茬位置。排种与播种期间应当使用配套排种器，以支撑轮直径为700 mm，作业量为4 km/h（每小时完成的排种长度）的槽轮式排种器为主，整体工作效率较高，并且在配件助力下可提升根茬躲避准确度。基于根茬智能躲避技术设计免耕播种机，还应对技术可行性展开研究。例如可以开展玉米免耕机耕作试验，通常有82%的秸秆体现于相距中心线29 cm～31.5 cm的范围内，证明试验中秸秆分布形状以带状为主，此时依托该项技术设计而成的免耕机，在应对直径2.1 cm 的根茬碰撞风险时，若将免耕机行进路径误差控制在5 cm 以内即可成功躲避根茬，验证此技术确有可行性，搭配相关配件可优化使用效果[6-7]。

2.2 播量智能监测技术

免耕覆秸施肥播种机具体使用过程中，还应当运用播量智能监测技术控制播量指标，因播种过程中播量直接影响农作物长势，所以在使用免耕机播种作业时务必保证该设备能动态监测播量变化规律。一般在免耕覆秸施肥播种机连通拖拉机后，在每秒行进路径低于1.2 m 的前提下既能智能躲避根茬，又能向用户实时反馈播量信息。实则可利用图像识别技术，作为精度高、速度快的先进技术，该技术适用性较强，但需要注意的是该技术应用期间可能会加大技术维护成本，故而需做好保养工作。与传统光电监测技术相比，该技术信息获取精准度较高，能够同步采集秸秆粉碎动态。该技术依靠多级链轮与传感器装置提取耕作场景相关图像，在识别图像信息后向免耕机系统发送智能控制指令，并按照指令智能调整播量，防止播量超标引起不良后果。特别是在玉米、小麦等对播量要求严格的农作物中，利用图像识别技术能够较好地实现对播量的智能监测控制[8]。

值得重视的是在播量智能监测技术实践应用环节还应当关注信息通信质量，即是否能够准确传递播量监测信息，故应采用控制器局域网建立信息高速传输结构，通过排种监测传感器（48 路）对播种图像进行有效监测和安全采集。通常可按照报文信息知晓播种动态。若系统模块类型显示“1”则表明当前处于播量监测状态；模块状态显示“00”表示当前模式保持禁止，模块状态显示“01”表示能够使用；传感器状态显示“01”为传感器存在堵塞故障，需要及时清除堵塞物后方能正常使用传感器，传感器状态显示“10”为传感器状态正常。至于排种器部分可以利用8字节扩展帧标注报文信息，此时经过对报文信息的整合分析即可知晓播量监测结果的可靠性，以免因故障隐患影响信息准确度。

2.3 播深智能控制技术

免耕机在智能控制播量的基础上务必控制好播深，播深往往关乎未来农作物根系发育能力。因而需要采用播深智能控制技术严控播深指标。免耕机运行时针对播深指标常设有“被动调节”和“主动调节”模式，前者是通过调整开沟器垂直向高度数值，借助弹簧等配件精准调节播深；后者是依靠超声波传感器配件，按照先探测、后调节的顺序操作开沟器，而且还配有角度传感器，改变高度数值的同时也要智能控制上调下放角度，这样可以杜绝“偏差”隐患[9-10]。

此外，还可根据中国农业机械化科学研究员提交的专利成果进行免耕机播深控制改造设计，即安装压力传感器、数据采集器、液压控制器、压油缸等装置，通过液压控制方式调整开沟深度，此时可确保免耕机能在播深监测单元辅助下表现出智能化管理价值。常规上播深多控制在3 cm 或5 cm，且最深不宜超出5 cm，故而在免耕机运行期间可以先行将播深参数极值设为5 cm，一旦出现过深播种情况，将立即智能控制开沟器进行上调操作，促使选用免耕机开展耕种作业的田地实现高质量耕作。

结合上述三项关键技术的支撑指引，能够促使免耕覆秸施肥播种机逐步拥有广阔的应用推广范围，充分参照标准化耕作要求调节技术参数，切实保障农业生产质量。

3 精准智能化免耕覆秸施肥播种机技术优化策略

3.1 技术功能拓展设计

精准智能化免耕覆秸施肥播种机要想达到预期耕种效果，还需对智能化免耕机的应用功能进行拓展设计，经过功能设计可以拓宽设备适用范围。具体以下列几项功能为主：

第一，深松。免耕机可以直接开启设备进行智能化耕作，而以往在粉碎秸秆、施肥作业以及播种过程中，可能存在松土质量不均匀的问题，所以通过优化深松功能，有望增强设备适用性。即在免耕机设备开沟器配件上安装深松铲，此时能够达到25 cm 深度的松土标准，而且还能将垄沟深松距离保持在70 cm 以内，经过牵引机赋予牵引动力，有利于促进智能化深松，逐步增加免耕机作业范围内的松土均匀度。

第二，免耕。“免耕”属于免耕机特色功能，即通过在被粉碎的残余秸秆之上覆盖土壤的方式增强土壤肥沃度，此时在开沟器助力下可以自动播下农作物种子。优化后需要针对播深、播量等耕种参数进行智能化调节，因此，免耕功能应顺应农作物生长轨迹给出最优参数标准。

第三，镇压。待播种、覆秸、施肥结束后需对耕种后的土壤进行压实处理，以此创造有利的萌芽条件，而此项功能可以精准控制压实区间，防止在错垄压实下造成种子上对应的土壤未得到充分压实，可能会影响后续种植萌发率，只有达到90%的萌发率要求，才能证实免耕机具备实用价值。

3.2 播种点位微调设计

除了要对免耕机功能进行拓展设计外，还需针对播种点位实施微调设计，尽量提高免耕机播种点位与现场环境的匹配度。以玉米免耕机为例展开讨论，在免耕机实际应用期间可以通过对多级链轮进行紧拉、卸下、更换、二次紧拉的操作方式变更施肥量，将每亩玉米施肥量智能控制在合理范围内，其氮肥施肥量为2.9 kg/100 kg，磷肥、钾肥施肥量分别为1.2 kg/100 kg、2.4 kg/100 kg。另外，利用8 级槽位连接设计方法，将播深拓展为10 cm，从上文中知晓5 cm 为种子最佳播深，但对于肥料而言，其播深应比种子播深多5 cm，经过对播深指标的微调设计，可以同时满足种子和肥料的播深需求，其播种点位也能从单一的种子播种点位延伸至施肥点位，以螺栓连接挤土刀、双圆盘开沟器等配件，此时能根据土壤环境特征给出最优播种点位标准。经过对免耕机使用参数的微调设计，能够使免耕机更具精准智能化控制特性。

3.3 精量播种结构优化

免耕机优化设计不仅局限于功能升级和微调设计，还可直接对免耕机原有结构提出改造建议。比如可以依靠牵引装置连接开沟器、施肥机构，并且实现施肥机链轮与播种机链轮的同轴设置，使之在离合器、传动齿轮等配件助力下建立完整的联动结构，促使免耕机能够在精量施肥中发挥重要作用。考虑到免耕机耕作期间可能在施肥时遇到点位偏差问题，所以还可采用定位锁（弧形）改造免耕机结构，并且安装仿形弹簧，其地轮行进期间需进行防滑设计，从根本上维护免耕机使用安全，每一项连接结构经过优化处理后都能比原有效果强。为促使免耕机拥有精准智能化控制特色价值，应当对原有结构进行深入分析，判定其结构连接稳定性和多结构相关性，便于优化后的新型免耕机设备在多场景中均能展现出令农民满意的使用成效。

4 结论

综上所述，精准智能化免耕覆秸施肥播种机实际使用过程中具有鲜明的技术特性，经由根茬智能躲避技术、播量智能监测技术、播深智能控制技术等关键技术的有力支撑，能够凸显免耕播种机智能化控制特征，同时可从技术功能、播种点位、精量播种结构等方面对免耕播种机进行优化，使得优化设计后的免耕播种机更具实用功能，为我国农作物播种工作的开展带来智能化指导，从根本上达成高效播种目标。