农机深松作业信息监控技术研究

2019-09-28赵鲜

农家致富顾问·下半月 2019年7期

赵鲜

摘要农田深松作业技术作为我国土壤保护性耕作的重要组成，此项技术的特点是其在使土层抬升，达到进行土壤疏松、增加耕层深度的过程中，能够在不进行翻土、将土层结构破坏的情况下进行，对土壤而言，深松可以促使其蓄水能力提升，对粮食产量增加也有一定促进作用。只不过对此项作业的验收一直是困扰农机监管部门的一大难题，传统验收方式以抽检为主，检测效率低，检查覆盖面少，也容易发生记录错误。为确保国家为农业投入的每一分钱都有应有的效用，减轻农机管理部门的重担，采用4G移动网络进行数据传输，在深松机具上安装监测设备，实现农机的实时跟踪和历史轨迹回放、深松深度实时显示，亩数测定等重要农事功能。

关键词深松作业；深度监测；面积监测

1 研究背景及意义

现代农业的发展，离不开信息化，实时高效的信息共享，将成为农机作业、经营和管理的一项重要工作。新疆农机工作者经过几年的摸索和试验，按照国家对于土壤深松的要求，于2015年制定实施《新疆农机深松作业技术规范（试行）》，深松作业一般间隔3-5年一次为宜，确定深松深度≥40cm，比现有犁底层深5-10cm，打破坚硬的犁底层。在深松作业中必须保证机具工作部件作业覆盖率应达到50%以上，工作部件作业覆盖宽度≥作业总宽度50%，作业合格率80%以上，深松地块补贴30元/亩机耕费。

深松作业传统验收方式以五点抽检为主（避开地头地边，距地头≥10m，地边≥2m。人工测量在非常繁重的工作中，检测效率有限，针对深松作业时间集中的特点，人工作业检查覆盖面少，易发生记录错误。为确保国家为农业投入的每一分钱都有应有的效用，防止人为骗补和传统经验制约，实时获取精准的深松数据信息，减轻农机管理部门的重担，要加快发展互联网+农机的信息建设，推进现代化精准农业作业管理。

2 研究的主要内容

在我国的农业信息工程领域，利用北斗卫星系统，可以将农田信息进行的准确高效采集和传输，而农机深松作业作为近几年农业生产主推技术，其信息化的监控技术和手段也在迅猛的发展，可以说农机深松作业监控是近几年农业信息工程领域炙手可热的项目之一。通过深度采集数据设备安装，对农机深松作业相关信息进行实时采集以及加工数据，同时在4G网络的应用下，可以使采集到的数据第一时间被传送到数据控制中心进行分析和测算。在远程端口对接收的信息进行处理并存储在数据库中，在web端可以清楚将拖拉机行驶轨迹、深松深度数值实时传输到监控中心平台，实时查看行农机出行状态、作业质量分析和作业面积统计及呈报。

3 系统结构概述

深松监测整个系统主要有现场采集和监控中心两部分组成。现场采集包括：GPS收发天线、深度检测传感器、摄像头、车载集成数据终端构成。监控中心主要在web端，在数据采集后经车载终端初步处理将GPS数据、传感器数据、图像数据以4G分组数据的形式发送到通讯基站（BSS），经SGSN封装后，到主网进行协议转换，发送到互联网中，通信服务器端在对数据进行接收、存储和项目运算，结合WEBGIS软件、B/S信息系统及相关辅助软件最终呈现人们所需要的可视化的分类数据信息。

4 深松测算算法原理概述

农机深松作业机具有结构特征，通常情况动力机具应用三点悬挂结构拖拉机，驾驶人员在进行拖拉机驾驶的时候，进行手柄操作可以使后桥液压升降受到影响，进而对三点悬挂式结构进行升降处理，以达到对深松铲土的深度进行调控的目的。

通过分析深松铲提升、下降动作，对照运动轨迹，深松铲具体运动可以归结为两部分：（1）进行圆周运动的下拉杆与深松铲整体；（2）也为圆周运动，不过其是深松铲自身和铰接点线轴的运动。

通过将倾角传感器安装在提升杆和深松机具上，可以测量下拉杆与深松铲转动角度，在平地等候状态作为基准状态，作业中数值的实时变换同基准角度展开比对，还应当对深松铲以及下拉杆几何尺寸进行了解与分析，在具体落实的时候，这个距离也就是深松机作业的深度情况。

通常情况农机深松作业在很大的土地面积内展开，机具在作业过程中，单独对某一个点测算，不能作为深松合格与否的标准，增加连续采点数量，缩短采点周期，以便获得较为准确的某一段行程深松深度数据，通过平均值测算合格率。

4.1 传感器安装与使用

在传感器安装与固定时，选择扎带或者钢箍进行固定，使其在拖拉机下拉杆与深松机具横梁上固定。对倾角传感器而言，去在安装的过程中，要确保传感器顺时针转动角度表现为逐步减小的状态，而逆时针转动角度则相反。应用统一输出角度测量物体变化大小情况，具体选择X轴角度输出。对两个传感器角度输出而言，其频率选择5Hz，也就是说每秒会有5个X轴倾角数据输出。

4.2 零状态标定点确定

没有作业时拖拉机深松铲是平放在水平地面中，这种情况下其下拉杆与深松梨等等情况具体如图3-14所示。这就是零状态标定点，这个时候深松犁D点是在水平面环境。若是水平面以及其垂直方向分别用X与Y轴表示，AB代表下拉臂力臂的长度，有关传感器初始角度以及CD是深松铲松犁的固有长度。

通过传输的检测数据统计出深松作业的深度信息，并进行统计。并且在轨迹信息中通过不同颜色的点位区别不同的状态，其中红色表示不达标的作业，绿色表示达标的作业，红色表示未进行深松作业。

5.2 面积测算精度测试

本试验旨在测试车载深松作业质量监测设备面积测算精度。试验选用东方红拖拉机1804和1S-200型深松机，试验地点在奇台县，试验方式选择深松拖拉机正常作业形式，拖拉机带深松铲作业速度为10km/h左右，按照设定的面积进行深松作业，利用百米米尺测算出每次作业的实际面积，同时记录下设备每次测算的面积。本设备采用的是一种基于面积格点覆盖的深松面积测算方法，由于此方法本身的优越性，能够将深松作业中重耕、漏耕这些误差来源基本消除，所剩的主要误差来源是由GPS坐标定位精度不高带来。经多次实验验证，面积测算值与真实值之间的误差在5%以下。测量结果如表2所示。