英语语言理解在马铃薯播种机上的应用研究

黄 娟

(周口师范学院 外国语学院，河南 周囗 466001)

0 引言

马铃薯富含淀粉、维生素和氨基酸等物质，拥有较高的营养价值。马铃薯的环境适应性强，在世界范围内广泛种植，成为第四大粮食作物。马铃薯在我国的种植历史悠久，规模增长极快，如今在粮食生产中的地位仅次于小麦、水稻和玉米。2015年，我国的马铃薯种植面积达到561.46万hm2，2020年预计增至666.67万hm2，产量达到1.5亿t，成为马铃薯种植面积、产量和消费的第一大国[1]。随着我国人口增长和耕地面积较少，粮食的供给压力将日益增加，因此保持马铃薯的高产稳产可以缓解粮食压力，具有重大的现实意义。

马铃薯种植所需的劳动量大，然而我国近些年来农村劳动人口流失严重，传统的人工方式已经无法满足马铃薯的生产要求，对机械化、自动化的需求迫切。我国马铃薯种植的机械化普及率低，导致单位产量相比发达国家差距较大。为此，我国研究人员研制出了各型马铃薯机械并逐步应用于实际生产，推动了马铃薯产业的持续发展。马铃薯种植涉及的机械包括播种机和收获机，收获机只能提高效率，对产量没有影响。播种机既可以提高生产效率，还具有较高的作业质量以实现高产。另外，马铃薯的播种方式和种薯类型多样，播种过程相对繁琐，面临的问题也较多，因此对播种机作业效率和作业质量的研究具有重要的意义。

播种机需要拥有从开沟施肥至播种后的镇压覆膜一系列作业能力，研制的难度较大。我国最早是从国外引进了部分型号，但是受种植条件差异、成本以及售后保障的影响，最终没有大规模应用于生产[2]。后来，通过对国外机械的研究和借鉴，科研人员研制出了适合我国国情的各种马铃薯播种机[3-5]。

马铃薯播种机在实际应用过程中出现的主要问题是株距不均匀、漏播以及重播，对发芽率和单位面积产量造成了不利影响。研究人员对马铃薯播种机进行了改进，在一定程度上解决了上述的问题[6]。刘全威等针对马铃薯播种机的漏播问题，设计了基于单片机的漏播补偿系统，能够及时准确地补种，有效减少了漏播损失[7]。李雷霞等和孙传祝等分别针对马铃薯播种机的漏播问题和株距控制精确度低的问题，在机械上整合以传感器为核心的智能控制系统，有效地解决了马铃薯播种机的相关缺陷[8-9]。

现代农业在向智能化发展，各种传感器、芯片和计算机开始与农业机械紧密结合，用以提高生产效率。上述马铃薯播种机的研究大多针对单个作业性能，还无法完成整个系统的整合和机械总体技术水平的提升。在农业机械智能化的背景下，设计先进的控制系统对马铃薯播种机的实践应用极为重要。在各种新型技术中，语言理解是一种主动性的信息处理过程，可以为整合农业机械各个系统，提升机械总体性能提供有力的工具。

语言理解是指人类的视觉或听觉接收语言信息，以此构建语言描述环境，获取语言所要表达的涵义。人文科学是最早应用语言理解的学科，后来计算机科学推动语言理解发展到自然科学领域。目前，语言理解应用在机械设计制造方面的研究最多，是模型重建的基础[10-12]。语言的基本要素为音、形和义，因此语言理解即利用计算机处理音、形和义，然后依次组合成为字、词、句和篇进行分析，最终理解语言表达的内容。语言理解的环节可以分解为计算机指令生成、发送、识别和理解，能够用于提高智能农机控制的速度及精度。

在世界上的众多语言中，英语用26个字母组合成大量的单词和语句，且具有简单的语法和自然的语感，是世界上应用最广泛的语言。英语的少量单词便能表达丰富的内容，赋予英语语言理解在机械应用上的优越性。对英语语言理解在农业机械上的应用进行研究，既能与国际接轨，通过吸收国外先进经验改善我国农业机械的性能，还可以提高我国成熟机械的适应性，为进入国际市场奠定基础。因此，本文对英语语言理解在马铃薯播种机控制上的应用进行了研究，分析了名词、动词、形容词和副词在播种机株距控制、漏播检测和漏播补偿功能中的语义，以便提高马铃薯播种机的智能化水平。

1 设备和语言理解过程

1.1 硬件和软件

应用的马铃薯播种机是2CM-4型，由一台福田雷沃M1200-D型拖拉机牵引。该型播种机可以完成开沟到喷药的一系列作业，单次作业播种4行，行距为80cm，株距14～45cm之间可调。播种机使用交叉杯取种和随动变频精量播种，重播率小于18%，漏播率小于12%。英语语言理解的硬件设备为戴尔I3668-18N2型电脑，配置Intel i5处理器、8GB内存和1TB硬盘。语言理解程序为visual C++，操作系统为Windows10。

1.2 语言理解流程

语言理解的宗旨是进行篇章分析并理解语义，实现对播种机的控制。字、词和句是构成语言的基础，词法、语法和句法是它们之间联系的纽带。因此，根据英语语言的组成规则和特点，总结了语言理解的整体流程，如图1所示。首先分析单词的词义和词法，然后利用语法将单词组合成句，并确定语句的语境；在此基础上，对构成语句的名词、动词、形容词和副词等各类单词分类处理并释义；不能准确释义的单词回到语句中重新做分类处理，直到完成释义。不同类型单词的分类释义是语言理解的核心和难点，成功释义的语句可以作为语言编程的基础，经过规范化处理后形成计算机能够解读的形式而用于篇章分析。篇章分析是构建程序分析和处理语句之间的相互关系，得到核心事件的模型进行语用建模，完成英语语言理解。

图1 英语语言理解的过程

1.3 控制模块

播种机指令的参数和操作通过英语来表达，语言理解程序对各类单词的语义进行分析，获得指令的具体内容，最后形成相应的信号来启动动作执行和控制功能。英语语言理解与播种机结合是以语义理解技术为基础的智能控制和操作系统，由英语语言知识库和机械控制的决策模块组成。系统模仿播种机的人工操作形式，结合人工控制的经验，形成自身的逻辑判断和决策特征。

英语语言理解在播种机上的控制系统包括语音输入装置、语义分析模块、数据库、指令推理模块和指令执行装置，如图2所示。首先，由输入装置接收操作者的口头或文字指令，形成计算机能够识别的语言形式；然后，分析模块接收这些信息，完成语法至篇章的分析过程。工作时，利用英语语言和机械控制数据库对比分析并筛选的结果，在推理模块中释义形成具体的指令；控制执行装置接收指令，根据指令完成相应操作以实现机械的功能。

图2 播种机的控制系统组成

2 单词聚类

名词是人类语言中种类和数量最多的词类，且占据了所有的6种句法位置。名词的聚类前提是建立马铃薯播种机功能的名词知识库，即株距控制、漏播检测和漏播补偿的相关名词，如机械部件、功能主体等，如表1所示。

表1 播种机功能的名词模板

播种机的动态过程为接受指令、分析推理和执行指令，每个指令的执行包含多个子程序。播种机控制的动词知识库用于确定动态事件之间的顺序和关系，单词可以描述机械的运行动作和动态过程，如表2所示。

表2 播种机功能的动词模板

形容词在所有语言中都可以对事物的性质进行描述，在播种机上用于精确描述和理解操作者的指令，通过完善推理过程的限制条件，把语言理解的结果转化为准确的指令以便执行，如表3所示。

表3 播种机功能的形容词模板

副词主要用来修饰动词或形容词，可以表示程度、时间及范围等。副词在播种机控制中可以表现指令接收和分析推理的环境条件，在程度、时间、范围上提高英语语言理解结果的准确性，如表4所示。

表4 播种机功能的副词模板

3 控制功能

播种机株距控制是当霍尔传感器检测到播种机地轮转速发送变化时，根据设定的株距计算速度偏离的范围，然后由控制器向马达发出改变转速的指令。代表性的事件有：

(Dynamic event (Event name: rotational speed change) (Standard verb: twirl) (Objective: distance control) (Mode: turn) (Start: yes) (End: yes) (Abidance: blank) (Result: yes))

播种机漏播检测是正常情况下接触式传感器检测杆与薯种良好接触并反馈信号，漏种时反馈信号消失，立即启动漏播警报和漏播补偿。代表性的事件有：

(Static event (Event name: Signal detection) (Standard verb: monitor) (Objective: alarm start) (Mode: feedback signal) (Start: yes) (End: yes) (Abidance: yes) (Result: blank))

播种机漏播补偿是在检测到漏种时，计算机程序发出高平电，驱动直流电机转动一定的角度，带动曲柄进行补种。代表性的事件有：

(Dynamic event (Event name: loss sowing compensation) (Standard verb: send) (Objective: driving crank) (Mode: sending high frequency electricity) (Start: blank) (End: yes) (Abidance: blank) (Result: yes))

4 结论

研究了英语语言理解在马铃薯播种机上的应用，根据英语语言的组成规则和特点，设计了语言理解的整体流程，依次为单词分析、句法分析、分类释义、篇章分析和语义理解。在此过程中，对构成语句的名词、动词、形容词和副词等各类单词分类处理并释义；成功释义的语句作为语言编程的基础，经过规范化处理后形成计算机能够解读的形式而用于篇章分析；篇章分析得到核心事件的模型进行语用建模，完成英语语言理解。英语语言理解在播种机上的控制系统由语音输入装置、语义分析模块等5部分组成，通过对各种类型单词的聚类分析，使播种机实现株距控制、漏播检测和漏播补偿功能。最后，列举了各种功能的代表性事件，旨在为改进马铃薯播种机的性能及提高智能化水平提供参考。