小区播种机测程装置国内外现状及发展趋势

余 涛,叶 岩,刘俊杰

(黑龙江省农业机械工程科学研究院，哈尔滨 150081)

通讯作者：叶岩(1987-)，男，黑龙江佳木斯人，本科，工程师，主要从事农业机械及其智能化相关研究工作。

0 引言

2021年中央一号文件提出，种子是农业的“芯片”，一粒种子，关系着中国人的饭碗安全，打好种业翻身仗，亟需加强培育品种源头的种质资源、育种技术和相关育种关键装置的研究。现阶段，我国农业育种测量播种面积主要采用人工测量、半机械测量和电子测距的方式，存在获取播种面积数据的作业劳动强度大、测量效率低和获取数据不准确等问题，上述测量方式已无法满足目前大面积育种试验的切实需求。对比国内的小区播种机测程装置，国外先进的小区播种机测程装置形式多样，多种测程装置同时进行测量，能最大程度降低测量数据误差，测得数据准确度高且运行稳定。国外测程装置虽然先进，但售价昂贵，后期获取售后服务、维修保养和购置配件难度较大。国内小区播种机测程装置研发相比于国外发展进程较为缓慢，主要受到研究成本高、市场销售面窄和研发周期长等因素影响。因此，本文对国内外小区播种机测程装置的发展现状进行研究分析，归纳总结出国内测程装置的发展趋势，以期更好地促进国内育种机械测程装置的发展，加快育种试验进程，提高小区育种试验的种子繁育效率。

1 国外小区播种机测程装置的发展现状

1.1 技术发展情况

通过相关文献与网络检索可知，国外育种机械发展较为完善，小区播种机形式多样且功能完备，多种育种机械配备的测程装置已可以实现播种区域精准测量，并将GPS系统引用到育种播种定位当中，从而进一步提高小区播种机作业过程中的定位测量准确性和可靠性，大幅度提升小区播种机的工作效率。

1.2 国外小区播种机测程装置的主要类型

目前，国外育种播种机常用的小区播种测程装置主要形式有钢索缠绕控制测程装置、测程轮系统和GPS定位导航系统等，其生产厂家主要有奥地利Wintersteiger公司、美国Almaco公司、法国Braural公司、巴西Maquinarium公司等生产的配套测程装置，上述小区播种机测程装置已经实现区域测量的功能，并将多种测量形式综合使用，可提高对试验区域测量的可靠性，大幅度提升小区播种机测程装置的工作效率，大大降低人工作业成本[1]。

1.2.1 小区长度测量钢索控制系统

奥地利Wintersteiger公司生产的测程装置(图1)，是与小区播种机相配套的典型钢索控制系统，该装置主要利用设置在钢丝上的球节进行区域定位和启动测程循环，在设备运行初始位置设定起始点并进行固定，固定点设定并固定稳固后，可通过手动操作或自动钢丝收纳装置将钢索拉出，钢索自动收纳装置的主要优点是能够实现拉出的钢索保持相等拉伸力。与此同时，国外钢索控制系统相关装置选配了电缆跳闸系统，其主要功能是防止小区播种机速度过快导致的测程数据不准确及播种精度低等问题。

图1 奥地利 Wintersteiger公司生产的钢索测程装置

1.2.2 小区长度测量测程轮系统

国外的小区长度测量测程轮系统主要在小区播种机后端安装测程装置(图2)，此装置设置的地轮是被动行进车轮，山地车轮能够有效避免测程轮打滑而造成采集数据失真问题，测程装置主要以机械结构设计为主，电子测量元件安装在测程轮轴承侧方，使测量数据相对准确。测程数据采集获取主要通过小区播种机的GSC系统，测程轮通过信号传输反馈给GSC系统，GSC系统通过计算测程装置被动车轮的转圈总量来判断小区播种机的具体行进位置，同时GSC系统可实现小区播种机播种循环操作和小区播种机超速警告信号提示等功能[2]。

测量轮装置安装拆卸方便，测量数据相对准确，且无需钢索控制系统做标记，测程轮测量方式相比于钢索测程具有一定优势，测程轮系统提高了测量数据的精度，特别适用于长度较长、面积较大的播种育种区域。小区播种机测程轮系统的主要缺点是播种机行进过程中整机的振动和试验区域的耕作土地表面不平等因素会导致小区播种机测程轮系统因打滑而造成数据采集误差。

图2 奥地利 Wintersteiger公司生产的测程轮系统装置

1.2.3 小区长度测量的GPS测程定位系统

美国主导的GPS定位系统早已应用于全球农业生产，其定位精度能够达到分米级或厘米级，基于GPS技术的美国GNSS定位测量系统，是全球精准农业的主要执行设备之一，不仅能够对机播面积和精密播种进行测量，也能够满足土地平整度、变量施肥撒药和收获检测等农业作业生产需求。WINTERSTEIGER公司生产的小区播种机根据用户的实际需求，客户可根据育种试验的需求自行选配先进的GPS技术，田间试验过程中使用GPS定位技术可大幅度提高小区播种机测程的精准性，可与钢索控制系统装置和测程轮系统装置配合使用，利用GPS系统信号进一步矫正钢索测程系统装置和测程轮系统装置获取测量数据的误差。实际测量播种区域过程中，也可单独通过GPS信号完成测量(图3)。GPS系统的使用优势是应用简单方便，数据获取及时准确精度高等，缺点是购买及维修维护价格高，且维护保养需要专业人员进行操作。

图3 小区长度测量的GPS测程定位系统

2 国内小区播种机测程装置的发展现状

目前国内小区播种机及测程装置等关键技术的研发水平仍处于起步阶段，虽然国内各大高校与科研机构的小区播种机相关研究取得了一定的技术成果，但由于小区播种机使用范围窄，整机研发周期长、研发成本高，使国内小区播种机的成果转化水平仍然较低。相比于国外小区育种机械，目前国内仍然缺乏智能化的现代小区育种机械及测程装置等关键技术。

2.1 国内小区播种机测程装置的主要类型

2.1.1 人工测程作业

由于购置国外进口农机装备价格高，使用周期短和一次性投入经费大等因素，使国内大部分育种科研单位的科研人员仍然采用人工测量播种面积的方式(图4)，如利用皮尺和卷尺等方式进行测程，上述方式不仅作业劳动强度大，作业周期长，而且会导致不同区域因播种时效性的差异引起育种试验精度的降低。

图4 小区长度测量的人工测程作业

2.1.2 国内普遍使用的小区播种机测程装置

国内针对小区育种测程的主要方式有手持式移动测量终端和更为精准的土地面积测量仪等方式。手持终端因厂家生产质量和测量精度不一致，导致移动式手持终端测程方式数据无法得到有效保障。土地面积测量仪准确度相比手持终端有所提升，但小田块使用测量精度不准确，每到一块新测量区域都需重新校正，待5～10 min卫星定位校准后才能进行区域测量，如遇突然降雨会受到天气影响导致测量精度降低等问题。同时，仪器不能长期存储测量数据。

2.1.3 小区区域育种测量的北斗测程定位系统

相比于国外GPS定位系统的厘米级和分米级，国内北斗卫星定位系统也可以满足农业测量的使用要求，能够达到厘米级和分米级的高精度实时定位测控导航需求。我国已经成功发射数十颗北斗导航卫星，并自主建设了国产化的北斗定位导航系统，以北斗定位导航系统引导农业生产作业已成为国内农业生产中重要的支撑技术平台。国内北斗卫星在农业上的应用主要有三方面，首先是农机导航自动驾驶的应用；二是农机作业定位监管方面的应用；三是农机相关作业管理服务方面的应用。与此同时，在国内定位导航系统不断进步的同时，也应该重点关注购机用户在北斗预装和后期装备升级标准的一致性，以及国家项目补贴资助和市场产品质量监管等问题[3-4]。

3 小区播种机测程装置的发展趋势及展望

针对我国小区播种测程装置的研发，需要结合农机和农艺要求，基于农机与农艺的深度融合是提升我国小区播种测程装置研发水平的关键。如田间测程过程中，需要充分考虑影响测量精度的隐蔽因素，对新研制的测程装置要反复进行连续性、稳定性和精准性等方面的测试，测程装置关键部件的研究还有提升空间。目前，国内小区播种机及测程装置关键技术研究及应用与国外技术相比仍存在很大差距，但近些年来国内小区播种技术发展进程逐年加快，取得了一定的成果。在当前国内农机市场上，小区播种测程装置的关键部件研制成果数量较少，其智能化、无人化、高效率和高适应化等整机协调配合能力等方面仍有很大的提升空间。因此，发展智能化、无人化和精准化的小区播种机及测程关键装置技术，能够促进国内育种行业的快速发展，进一步降低测程试验结果的影响，减少新品种种子的育种周期，促进国内种业工程的稳步发展和技术的推广应用。

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