精准农业联合收割机的控制和测量装置技术

贾晓静 成志伟

摘 要：联合收割机在我国农作物收割中发挥着越来越重要的作用，控制和测量装置是联合收割机的重要装置。本文对精准联合收割机的智能测产技术、喂入量测控、脱粒质量测控及分离和清选损失测控进行了介绍，并对智能测产技术发展路线进行了分析。

关键词：精准联合收割机;控制;测量

中图分类号：S225.3 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）13-0039-03

Abstract： Combine harvester is playing an increasingly important role in crop harvesting in China. The control and measuring device is an important device for combine harvester. In this paper， the intelligent measuring technology， feed measurement， threshing quality control and the selection and control of the loss of clean selection separation of precision combine harvester was introduced， and the development route of intelligent measurement technology was analyzed.

Keywords： precision combine harvester;control;measurement

随着全球定位系统GPS、地理信息系统GIS、连续数据采集传感器CDS及遥感RS等技术的发展，农业逐渐向现代化和机械化发展，精准农业应运而生。精准农业主要包括信息技术、工程设备技术以及生物技术。通过这些技术，对农田的水分、肥料、种子、人力以及药物等进行实时检测，从而实现农业生产的精确性。精准农业的核心是对农田变量因素进行精确管理，以降低投入成本，增加产量，优化土地使用。具体地，精准农业是因地制宜，将合适的农作物种植在合适的土地上，更充分地利用资源，使农作物一直处于最佳生长状态。精准农业联合收割机是带有GPS的智能化农业机械，是实施精准农业的核心技术装备之一。

1 精准农业联合收割机

精准农业联合收割机主要研究方向为智能测产、喂入量测控、脱粒质量测控及分离和清选损失测控[1]。喂入量测控主要是通过控制联合收割机的行走速度、割幅宽度来实现;脱粒质量测控主要是通过控制滚筒转速、滚筒扭矩及谷物水分来测量。图1为精准农业联合收割机的测量和控制装置技术分解。

1.1 智能测产

谷物的产量是精准农业的一个重要指标。智能测产是联合收割机基于GPS系统进行定位，由测产系统根据收割机的行走速度、割幅宽度及谷物籽粒的流量测出各地块产量，绘出产量分布图。产量分布图可以决定下一季决策，还可以评价这一季度的管理效果。

1.2 喂入量测控

喂入量是指联合收割机在单位时间内加工的作物量，是联合收割机的一个重要参数。喂入量测控是测控联合收割机工作效能最高的喂入量情况，以提高生产率，减少谷物损失。

1.3 脱粒质量测控

脱粒质量测控是实时检测脱粒滚筒的转速，根据喂入量和喂入秸秆的情况实时调节脱粒滚筒的转速，以明显提高脱粒的效率，保证最佳的脱粒质量。

1.4 分离和清选损失测控

联合收割机工作过程中，最重要的一个指标是降低谷物的分离和清选损失。分离和清选损失测控使用的是谷物损失传感器，通过传感器将分离出来的粮食与收获的粮食作比较，进而得到粮食的分离和清选损失量。

2 联合收割机智能测产技术发展路线

作物的产量是精准农业中需要获得的重要信息，可以充分反映农田土壤特性、化肥利用、地形结构、气象因素、灌溉情况以及虫草侵害等因素对产量的影响。实时获取的产量信息和据此得到的产量图是“处方农作”中不可缺少的信息[2]。因此，智能测产是联合收割机的重要部分。智能测产是联合收割机在行进过程中，利用GPS定位系统确定联合收割机的位置，根据收割机的行走速度、割幅宽度和谷物籽粒的流量测出各地块产量，绘出产量分布图。智能测产在国内外都得到重视，主要是利用传感器。现有的智能测产传感器有谷物冲击式流量传感器、谷物光电式传感器、谷物γ射线流量传感器及谷物容积式传感器。其中，谷物冲击式流量传感器是利用冲击板感受谷物的冲击，然后输出一个频率信号，根据频率信号换算出谷物的质量;谷物光电式传感器是将一个光源安置在粮食升运器的边上，光接收器安装在升运器另一个相同高度的边上，根据谷物光传感器接受不同光的时间，计算出谷物的重量;谷物γ射线流量传感器根据其闪光频率与被测谷物厚度呈指数关系，通过谷物厚度测量谷物的产量;谷物容积式传感器是在谷物升运器出口和谷物入口各安装一个叶轮，叶轮上方有一个用于探测的传感器，控制联合收割机驱动叶轮旋转，将谷物倒入粮仓，同时计算机对从叶轮排出到粮箱的叶轮谷物的次数进行计数，谷物的总体积等于叶轮的固定体积乘以叶轮旋转次数，然后根据体积换算出总的粮食产量。

联合收割机智能测产技术的发展不是一蹴而就的，而是經历了将近一个世纪的发展才到现在的水平。图2为联合收割机智能测产技术发展路线图。由图2可知，联合收割机的控制和测量装置的智能测产起步较晚，1974年，德国MASCHFAB FAHR AG公司发明了通过光电传感器测量谷物产量;1980年，德国申请人提出了在联合收割机上设置重量测量装置，用于测量收获面积上的产量;1984年，德国DRONNINGBORG MASKINFAB AS公司提出了通过X射线测量谷物质量流;1992年，美国DAWN EQUIP CO公司发明了一种测量清选干净后的谷物产量图;1996年，英国MASSEY FERGUSON LTD公司发明通过GPS监测系统和分析单元绘制产量分布图，其标志着联合收割机产量测量向智能化方向发展;2001年，CRH比利时有限股份公司发明了通过计算联合收割机的速度乘以工作幅宽，建立联合收割机的产量分布图;2002年，美国爱科公司发明了实际测量产量图，并与记载的产量图进行对比，以更加精准地测量联合收割机收割谷物产量;2002年，美国迪尔公司发明了一种校准联合收割机上产量监控器的质量流传感器的方法，通过安装在联合收割机上的无线通信装置和安装在运载工具上的远程无线通信装置来校准联合收割机上的质量流传感器;2004年，日本洋马农机株会社发明了一种农业收获机械的管理设备，通过建立最优作物，更容易建立每块地的产量和每个季节的产量，管理效率更高;2006年，美国迪尔公司提出通过计算机和GPS来计算地区谷物产量;2012年，韩国UNIV GYEONGSANG IND ACAD COOP FOUND公司发明了谷物产量监视装置，设置一个监视单元来接受转移的谷物量，传感单元感测转移过来的谷物量，输出传感信号来控制转移的谷物量。

分析图2可知，联合收割机智能测产技术发展最初是通过体积流量法和质量流量法检测。例如，美国主要采用冲击式载荷测量法，英国采用电容法测量谷物质量流量，德国采用容积式光电测量法测量。随着科学技术的进步，越来越多的企业研究智能测产的方法。利用GPS定位系统采集信号，在田间作业时，利用差分定位系统确定收割机的位置，根据收割机的速度、割幅和谷物籽粒的流量测出实时产量，绘制产量分布图，实时比较现测产量与存储产量之间的差别，检测联合收割机是否有异常。联合收割机智能测产还需要在如下方面加强研究。第一，增加测产系统中传感器的研究。传感器是智能测产中的重中之重，其质量的好坏直接影响测量产量的效果，因此，要加大传感器的研究，尽量减小测产的误差。第二，要提高产量图的精确度。产量图直接关系到产量的计算，因此，要利用现有的科学技术，提高产量图的绘制效果。第三，加强与其他先进技术的结合。随着互联网技术的发展，将互联网技术与智能测产结合起来，可实现智能测产的现代化。

3 结语

精准农业联合收割机在现代农业生产中发挥着越来越重要的作用。我国精准农业联合收割机发展相比于国外还处于落后状态，应当加大对精准农业联合收割机的投入，研究出适合我国国情的精准农业联合收割机，以满足我国农业现代化的发展需求。

参考文献：

[1]介战，刘红俊，候风云.中国精准农业联合收割机研究现状与前景展望[J].农业工程学报，2005（2）：179-182.

[2]王志海，王沛东，孟志军，等.谷物联合收割机测产技术发展现状与展望[J].农机化研究，2014（1）：9-15.