農機深松作業(yè)遠程監(jiān)測裝備發(fā)展現(xiàn)狀及建議

資料圖

農機深松作業(yè)能夠有效降低耕地土壤容重和緊實度，提高土壤蓄水保墑能力，促進農作物增產增收。近年來，國家加快推進深松裝備應用普及，全國深松機擁有量由2010年的14.08萬臺增長至2016年的26.77萬臺，增長率達到了90.12%，為改善耕地質量，提高農業(yè)綜合生產能力，推進農業(yè)綠色發(fā)展發(fā)揮了重要作用。

隨著農業(yè)供給側結構性改革的深入實施，農業(yè)生產的質量和效益日益受到重視。在農業(yè)生產中，機械深松作業(yè)需要在地塊內穩(wěn)定地滿足深松深度等作業(yè)質量指標要求，達到規(guī)定的作業(yè)面積，減少漏耕、重耕等不良現(xiàn)象的發(fā)生。

傳統(tǒng)的監(jiān)測方式以人工測量為主，通過人手持鋼板尺、面積測量儀等儀器設備監(jiān)測深松質量，其工作量大、效率低下、覆蓋面小，難以滿足全面、全程和遠程監(jiān)測機械深松作業(yè)的需要。

因此，研制并推廣高精度、信息化的農機深松遠程監(jiān)測裝備，有利于全面準確掌握機械深松作業(yè)質量，為農業(yè)生產主體和農機化主管部門決策提供科學依據(jù)，更好地服務于農業(yè)生產實際需要。

近年來，通過信息技術手段對深松作業(yè)進行實時監(jiān)測和遠程監(jiān)管取得了明顯成效，為深松作業(yè)補貼提供了量化依據(jù)，顯著提升了作業(yè)管理的信息化水平和效率。

2017年中國農機化協(xié)會和中國農機化信息網聯(lián)合面向社會開展的農機深松遠程監(jiān)測裝備選型推薦活動，最終有19家企業(yè)生產的20個產品入選推薦名單。然而，農機深松遠程監(jiān)測裝備還是新興產品，相關的研發(fā)、制造和推廣等領域仍在上升期，有必要及時總結現(xiàn)狀、分析問題和提出建議，助力行業(yè)健康發(fā)展。

1  基礎原理

1.1  工作流程

農機深松作業(yè)遠程監(jiān)測裝備基于GPS、北斗信息化系統(tǒng)和CDMA和TDCDMA等數(shù)字蜂窩移動通信平臺，實時監(jiān)測并傳送機器定位、作業(yè)狀況等信息，通過客戶端軟件進行數(shù)據(jù)分析，并對現(xiàn)場機器實時監(jiān)督和遠程控制。

1.2  主要組成

農機深松作業(yè)遠程監(jiān)測裝備主要由監(jiān)測終端、服務系統(tǒng)和客戶端軟件3大部分組成。

1.2.1  監(jiān)測終端

監(jiān)測終端是農機深松作業(yè)遠程監(jiān)測裝備的核心，主要由微控制器、衛(wèi)星定位模塊、無線通信傳輸模塊、機具識別裝置、圖像采集裝置和作業(yè)深度監(jiān)測裝置等構成，實現(xiàn)深松作業(yè)狀態(tài)識別、面積測量、深度監(jiān)測和數(shù)據(jù)實時回傳。

1.2.2  服務系統(tǒng)

農機深松作業(yè)監(jiān)管服務器系統(tǒng)負責對深松作業(yè)監(jiān)測終端回傳的農機信息、衛(wèi)星定位信息作業(yè)狀態(tài)信息等數(shù)據(jù)的解析、作業(yè)量計算、作業(yè)質量分析、面積統(tǒng)計、存儲和數(shù)據(jù)分發(fā)。

1.2.3  客戶端軟件

客戶端應用系統(tǒng)包括農機作業(yè)實時定位跟蹤、深松作業(yè)質量監(jiān)測、作業(yè)面積統(tǒng)計、深松作業(yè)輪作圖示、視頻監(jiān)控、農機專業(yè)合作社管理、農機管理、農機作業(yè)歷史軌跡回放、權限管理、用戶、地圖操作和行政區(qū)劃管理等功能模塊。

2  技術現(xiàn)狀

2.1  技術要求

農機深松作業(yè)遠程監(jiān)測裝備的關鍵技術指標包括深度監(jiān)測指標、定位監(jiān)測指標和面積監(jiān)測指標，目前，國內僅有中國農機化協(xié)會于2017年2月發(fā)布的團體標準《農機深松作業(yè)遠程監(jiān)測系統(tǒng)技術要求》（T/CAMA 01機深松作業(yè)），對監(jiān)測裝備的相關技術指標進行了規(guī)范。

2.1.1  深度監(jiān)測指標

現(xiàn)有的監(jiān)測裝備主要通過固定在下拉桿上的角度傳感器測出的角度變化，計算得出作業(yè)深度。根據(jù)團體標準，在作業(yè)狀態(tài)下，監(jiān)測裝備作業(yè)深度測量誤差≤3 cm，作業(yè)深度數(shù)據(jù)采樣時間間隔應≤2 s或采樣距離間隔≤5 m。

2.1.2  定位監(jiān)測指標

準確定位是科學評價特定區(qū)域內深松質量的前提，監(jiān)測裝備應能支持衛(wèi)星定位，能夠提供實時的時間、經緯度、速度和航向等定位狀態(tài)信息。根據(jù)團體標準，在作業(yè)狀態(tài)下，監(jiān)測裝備水平定位精度≤3 m，測速精度≤0.2 m/s。

2.1.3  面積監(jiān)測指標

監(jiān)測裝備應能準確計算深松作業(yè)的面積，同時識別大于等于達標深度的作業(yè)面積和深松機組作業(yè)過程中重疊的面積。根據(jù)團體標準，作業(yè)面積計量精度應≥97%，而對于重疊面積的識別指標，現(xiàn)有團體標準還未作規(guī)定。

2.2  規(guī)格參數(shù)

農機深松作業(yè)遠程監(jiān)測裝備的規(guī)格參數(shù)主要有量程、測試精度、作業(yè)深度測量誤差和作業(yè)面積計量精度等，這些參數(shù)決定了監(jiān)測裝備的適用范圍，是選擇監(jiān)測裝備的重要參考。為全面掌握市面上農機深松作業(yè)遠程監(jiān)測裝備的規(guī)格參數(shù)，對入選的20個型號的監(jiān)測裝備量程、測試精度、作業(yè)深度測量誤差和作業(yè)面積計量精度等技術指標進行比較分析。

在量程范圍方面，深松深度的量程可以分為0～50 cm、0～60 cm和0～100 cm的3類級別，產品占比分別為18.8%、21.2%和60.0%；在測試精度方面，所有調查產品的測試精度均為1 cm；在作業(yè)深度測量誤差方面，有87.4%的產品作業(yè)深度測量誤差＜3 cm，6.3%的產品作業(yè)深度測量誤差＜2 cm，6.3%的產品作業(yè)深度測量誤差＜4 cm；在作業(yè)面積計量精度方面，所有產品的作業(yè)面積計量精度均≥97%。

2.3  性能指標

農機深松作業(yè)遠程監(jiān)測裝備的性能指標主要包括作業(yè)深度測量誤差、作業(yè)面積計量精度和重耕識別率等，這些指標決定了監(jiān)測裝備的測試性能，是選擇監(jiān)測裝備的最終目的。為全面掌握市面上農機深松作業(yè)遠程監(jiān)測裝備的性能指標，對上述20個型號的監(jiān)測裝備進行田間性能試驗，重點考察作業(yè)深度測量誤差、作業(yè)面積計量精度和重耕識別率。

在作業(yè)深度測量誤差方面，有12.6%的產品誤差值為0～1 cm，有43.7%的產品誤差值為1～2 cm，有43.7%的產品誤差值為2～3 cm；在作業(yè)面積計量精度方面，只有6.2%的產品作業(yè)面積計量精度＜97%，其余93.8%的產品均＞97%；在重耕識別率方面，由于目前標準并未給出明確要求，產品之間差異較大，有12.5%的產品重耕識別率＜50%，31.3%的產品在50%～90%，其他56.2%的產品＞90%。

通過性能指標測試結果，可以看出團體標準在規(guī)范產品技術性能方面的作用十分顯著，對入選的20種監(jiān)測裝備在作業(yè)深度測量誤差、作業(yè)面積計量精度指標方面表現(xiàn)較為穩(wěn)定，但在重耕識別率上參差不齊。

3  問題與建議

3.1  主要問題

目前農機深松作業(yè)遠程監(jiān)測裝備發(fā)展還存在一定的不足，主要體現(xiàn)在適應能力和技術指標方面。

3.1.1  適應能力

目前的測試裝備還受到作業(yè)區(qū)域和地理位置的影響，在地塊坡度較大時，有時顯示的數(shù)據(jù)與實際情況有一定偏差；在地理位置較偏僻的地塊，有時無線信號較弱，造成數(shù)據(jù)無法傳輸；此外，在嚴酷的作業(yè)條件下，監(jiān)測裝備的傳感器、數(shù)據(jù)線等設備如果簡陋并裸露地安裝在作業(yè)機具上，缺乏安全防護措施，不僅極易丟失，而且傳感器、數(shù)據(jù)線等部件容易損壞。

3.1.2  技術指標

目前產品的規(guī)格參數(shù)已經比較穩(wěn)定，盡管大部分產品的性能指標能夠達到現(xiàn)有標準的要求，但是少數(shù)標準未規(guī)定的性能指標，如重耕識別率等，產品之間的差異還較大，有待相關標準進一步規(guī)范統(tǒng)一。

3.2  發(fā)展建議

農機深松作業(yè)遠程監(jiān)測裝備能夠實現(xiàn)對深松作業(yè)遠程信息化監(jiān)測，提高深松作業(yè)質量，更好地實現(xiàn)“藏糧于地、藏糧于技”，促進農業(yè)綠色高質量發(fā)展。目前監(jiān)測裝備行業(yè)雖然日益規(guī)范，但產品還是新興產品，需要從以下3方面進一步發(fā)展。

（1）持續(xù)改進現(xiàn)有裝備，提高產品的適應性和穩(wěn)定性，如改進連接結構、防止在振動過大時傳感器脫落，更好地在不利工況下進行監(jiān)測，再如提高對重耕識別率的測量準確度，使監(jiān)測結果更加真實準確。

（2）做好裝備的創(chuàng)新性前瞻性研究，可以將現(xiàn)有的深松遠程監(jiān)測模塊擴展到播種、田間管理和收獲等農機化作業(yè)環(huán)節(jié)，提高產品的適用范圍，避免一個環(huán)節(jié)一套產品，實現(xiàn)一舉多得。

（3）強化產品的售后服務質量，由于監(jiān)測過程需要在嚴酷的田間環(huán)境下進行，如果裝備發(fā)生問題，不僅會耽誤農時，更影響農戶獲得相應的作業(yè)補貼，因此需要生產企業(yè)強化后續(xù)的服務保障環(huán)節(jié)，保證農民放心購買、安心使用，讓國家的強農惠農富農政策精準落實到位。

4  結束語

農機深松遠程監(jiān)測裝備在提高農機深松作業(yè)質量方面發(fā)揮了積極作用，相關行業(yè)仍處于發(fā)展的黃金機遇期，應進一步加強政策引領，創(chuàng)新產品的技術功能，拓展產品的適用范圍，解決目前產品在技術指標、可靠性等方面的不足，提高售后服務水平，為更好地促進相關行業(yè)和產品發(fā)展，發(fā)揮新產品和新技術的積極作用創(chuàng)造條件。

來源：2018年9期《農業(yè)工程》（中國科技核心期刊）

作者：陳興和  孫超  劉輝  

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