王熙  王智敏  王新忠

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)  密山  158308）

摘  要: 使用裝備有產(chǎn)量監(jiān)視儀的CASE IH 2366聯(lián)合收獲機(jī)，在黑龍江墾區(qū)進(jìn)行農(nóng)田作物產(chǎn)量分布信息采集試驗(yàn)，取得了一些試驗(yàn)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)。通過(guò)試驗(yàn)對(duì)產(chǎn)量監(jiān)視系統(tǒng)有了更深入的了解，為今后的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)；聯(lián)合收獲機(jī)；產(chǎn)量監(jiān)視儀

 

    農(nóng)田作物產(chǎn)量分布信息（基于GPS的收獲機(jī)產(chǎn)量監(jiān)視儀）的試驗(yàn)是實(shí)施“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的第一步，只有采集到農(nóng)田作物產(chǎn)量分布信息，才能用計(jì)算機(jī)軟件繪制出谷物產(chǎn)量分布圖（田間信息處理），為作物生產(chǎn)管理決策提供條件。

    農(nóng)田作物產(chǎn)量分布信息（基于GPS的收獲機(jī)產(chǎn)量監(jiān)視儀）的試驗(yàn)由黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)與黑龍江省友誼農(nóng)場(chǎng)共同實(shí)施，試驗(yàn)地點(diǎn)在友誼農(nóng)場(chǎng)五分場(chǎng)二隊(duì)，取得了一些試驗(yàn)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)。

 

    基于GPS的收獲機(jī)產(chǎn)量監(jiān)視系統(tǒng)由美國(guó)凱斯（Case）公司提供，稱為AFS（Advanced Farming Systems）系統(tǒng)，由產(chǎn)量監(jiān)視儀、GPS接收天線、GPS接收機(jī)、谷物流量傳感器、谷物濕度傳感器、行駛速度傳感器、升運(yùn)器轉(zhuǎn)速傳感器、割臺(tái)高度傳感器、PCMCIA數(shù)據(jù)卡等組成。組成框圖如圖1所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

                    圖1  基于GPS的收獲機(jī)產(chǎn)量監(jiān)視系統(tǒng)框圖

 

    （1）谷物產(chǎn)量監(jiān)視儀  它安裝駕駛室右上方，采用24×2字符型液晶顯示器顯示，使駕駛員容易監(jiān)控收獲機(jī)的作業(yè)狀態(tài)，它與有關(guān)的傳感器通過(guò)電纜連接。監(jiān)視儀上還附有24個(gè)薄膜型輸入按鍵，駕駛員在必要時(shí)可以手動(dòng)輸入或選定某些數(shù)據(jù)（如設(shè)定割幅寬度、割臺(tái)止點(diǎn)高度、年月日，選擇作物種類，輸入農(nóng)場(chǎng)名、地號(hào)等）。液晶顯示屏上谷物瞬時(shí)產(chǎn)量、累計(jì)產(chǎn)量、某地塊的平均產(chǎn)量、谷物濕度（含水率）、收獲作業(yè)面積、行駛速度、行駛距離、收獲機(jī)所處的經(jīng)度和緯度等。谷物產(chǎn)量監(jiān)視儀上還安裝有數(shù)據(jù)卡插槽，用來(lái)插入PCMCIA數(shù)據(jù)卡。

    （2）GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)  本系統(tǒng)天線只有一個(gè)，外形為白色半球型，安裝在駕駛室的頂部，通過(guò)同軸視頻電纜與GPS接收機(jī)相連，該接收機(jī)有一個(gè)液晶顯示屏和四個(gè)按鍵，具有12個(gè)衛(wèi)星接收通道，并通過(guò)RS-232串行接口與產(chǎn)量監(jiān)視儀相連。該定位系統(tǒng)在上海市區(qū)接收信號(hào)效果良好，在哈爾濱市區(qū)接收信號(hào)比較弱，只能收到3顆衛(wèi)星信號(hào)；在黑龍江墾區(qū)洪河農(nóng)場(chǎng)無(wú)法收到衛(wèi)星信號(hào)；在黑龍江墾區(qū)友誼農(nóng)場(chǎng)收到衛(wèi)星信號(hào)良好，可以收到8顆衛(wèi)星信號(hào)。但根據(jù)試驗(yàn)情況來(lái)看，該系統(tǒng)的分辯率還是比較高的，大約為0.5米左右。

    在試驗(yàn)過(guò)程中，GPS定位信號(hào)接收良好，聯(lián)合收獲機(jī)在作業(yè)過(guò)程中，經(jīng)度和緯度隨著收獲機(jī)的行駛而隨時(shí)變化。

    （3）谷物流量傳感器  該傳感器安裝在谷物升運(yùn)器頂部通道，位于糧倉(cāng)的上部，為沖擊式結(jié)構(gòu)。谷物流量越大，傳感器輸出信號(hào)越強(qiáng)。

    （4）谷物濕度傳感器  由于單位體積谷粒質(zhì)量隨含水率變化，收獲時(shí)必須進(jìn)行谷粒含水率測(cè)量，以便折算其在標(biāo)準(zhǔn)含水率下的谷粒質(zhì)量。谷物濕度傳感器采用電容極板式，安裝在升運(yùn)器出口處，在谷物流量傳感器附近。

    （5）行駛速度傳感器  采用測(cè)量驅(qū)動(dòng)輪軸轉(zhuǎn)速的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由于車輪滑轉(zhuǎn)和下陷，所得速度與真實(shí)速度有一定的誤差。需要標(biāo)定的修正。

    （6）割臺(tái)提升位置傳感器  該傳感器安裝在駕駛室下方的割臺(tái)過(guò)橋處，過(guò)橋左右兩邊共有2個(gè)角度式傳感器，收獲機(jī)在地頭轉(zhuǎn)彎時(shí)或經(jīng)過(guò)沒(méi)有作物的田間時(shí)，割臺(tái)將停止工作而升高，由傳感器發(fā)出信號(hào)，產(chǎn)量監(jiān)視儀自動(dòng)暫時(shí)停止作業(yè)面積的統(tǒng)計(jì)和計(jì)算。駕駛室內(nèi)儀表板上有一塊液晶顯示屏專門(mén)顯示割臺(tái)高度，顯示范圍為0～50厘米。割臺(tái)停止計(jì)量的高度可以設(shè)定為30厘米（此設(shè)定可以修改）。當(dāng)割臺(tái)高度低于30厘米時(shí)，產(chǎn)量監(jiān)視儀開(kāi)始統(tǒng)計(jì)計(jì)量。

    （7）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡  產(chǎn)量監(jiān)視儀將原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)字化處理后存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡，通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡再轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)（或便攜式筆記本電腦）上采用專用軟件處理。AFS系統(tǒng)軟件不但能繪制出產(chǎn)量圖，還能同時(shí)繪制出谷物水份分布圖和田間海拔高度圖。

 

    試驗(yàn)地點(diǎn)在黑龍江省紅興隆農(nóng)墾分局友誼農(nóng)場(chǎng)五分場(chǎng)二隊(duì)3號(hào)小麥地，土地面積130公頃，地塊長(zhǎng)度為1700米。品種小麥為NF-134號(hào)，試驗(yàn)使用美國(guó)凱斯公司生產(chǎn)的聯(lián)合收獲機(jī)，型號(hào)為Case IH 2366，裝有第一代AFS系統(tǒng)，采用撿拾作業(yè)。

在無(wú)糾偏站的條件試驗(yàn)過(guò)程中，GPS定位信號(hào)接收良好，聯(lián)合收獲機(jī)在作業(yè)過(guò)程中，經(jīng)度和緯度隨著收獲機(jī)的行駛而隨時(shí)變化。

收獲作業(yè)速度約為5.5公里/小時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2340轉(zhuǎn)/分，2檔大油門(mén)作業(yè)，撿拾小麥作業(yè)平均幅寬大約為5.0米，小麥撿拾收獲作業(yè)效率為30公頃/天，試驗(yàn)期間環(huán)境溫度為24～32℃。利用Case IH 2366收獲機(jī)已經(jīng)采集到27公頃小麥產(chǎn)量、小麥水份及田間海拔高度信息，并利用AFS軟件生成小麥產(chǎn)量圖、小麥水份圖、田間海拔高度圖和數(shù)據(jù)表。

    本系統(tǒng)采用PCMCIA數(shù)據(jù)卡（國(guó)際協(xié)會(huì)個(gè)人計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)卡），原隨車配備的是一塊存儲(chǔ)容量為256K比特的PCMCIA數(shù)據(jù)卡，由于該卡容量比較小，只能記錄谷物總產(chǎn)量、作業(yè)面積、平均產(chǎn)量、平均谷物含水率等數(shù)據(jù)，不能記錄GPS等位置信息。后采用1M比特的PCMCIA數(shù)據(jù)卡，該卡可以記錄GPS等位置信息等，收獲作業(yè)時(shí)要將1M比特的PCMCIA數(shù)據(jù)卡插入產(chǎn)量監(jiān)視儀卡槽中，產(chǎn)量監(jiān)視儀自動(dòng)識(shí)別1M比特的PCMCIA數(shù)據(jù)卡。如果該卡第一次使用，產(chǎn)量監(jiān)視儀要將此卡格式化（此類卡只能在產(chǎn)量監(jiān)視儀上格式化），PCMCIA數(shù)據(jù)卡在格式化后才能使用。

    產(chǎn)量監(jiān)視儀在作業(yè)以前要完成一些參數(shù)輸入（設(shè)定）、工作方式及工作部件選擇工作。如果參數(shù)輸入（設(shè)定）錯(cuò)誤，產(chǎn)量監(jiān)視儀不能正常工作或不工作。參數(shù)輸入(設(shè)定)有：①產(chǎn)量監(jiān)視儀序列號(hào)、②產(chǎn)量監(jiān)視儀盒校準(zhǔn)號(hào)、③產(chǎn)量監(jiān)視儀電壓校準(zhǔn)號(hào)、④谷物流量傳感器序列號(hào)、⑤谷物流量傳感器校準(zhǔn)號(hào)、⑥輸入凈糧升運(yùn)器轉(zhuǎn)速設(shè)置、⑦糧食濕度傳感器設(shè)定、⑧收獲機(jī)速度傳感器設(shè)定、⑨壟寬設(shè)定、⑩壟數(shù)設(shè)定等。

使用計(jì)算機(jī)及讀卡器將PCMCIA數(shù)據(jù)卡內(nèi)的數(shù)據(jù)解讀出來(lái)，使用凱斯公司提供的AFS專用軟件繪制出產(chǎn)量圖。

 

    在友誼農(nóng)場(chǎng)五分場(chǎng)二隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)及AFS產(chǎn)量監(jiān)視系統(tǒng)有更深一層的理解和體會(huì)，為今后的進(jìn)一步試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。總結(jié)及體會(huì)如下：

    1．本次試驗(yàn)是在友誼五分場(chǎng)二隊(duì)正常生產(chǎn)作業(yè)中進(jìn)行，沒(méi)有耽誤正常的小麥撿拾作業(yè)，因此試驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠代表生產(chǎn)實(shí)際。從小麥產(chǎn)量圖中明顯可見(jiàn)，地塊內(nèi)的產(chǎn)量差異較大，有很大的產(chǎn)量潛力。

    2.友誼五分場(chǎng)二隊(duì)3號(hào)地面積比較大，土地面積為130公頃（約1950畝），在小麥撿拾作業(yè)過(guò)程中，需要多臺(tái)聯(lián)合收獲機(jī)同時(shí)穿插作業(yè)，而裝有產(chǎn)量監(jiān)視系統(tǒng)的聯(lián)合收獲機(jī)只有一臺(tái)，因此不能形成整個(gè)地塊的產(chǎn)量圖。如要解決此問(wèn)題，參加收獲作業(yè)的收獲機(jī)都必須安裝產(chǎn)量監(jiān)視系統(tǒng)，將幾臺(tái)收獲機(jī)獲取的產(chǎn)量圖合并，形成一個(gè)完整的整個(gè)地塊的產(chǎn)量圖。

    3.友誼五分場(chǎng)二隊(duì)使用的產(chǎn)量監(jiān)視系統(tǒng)比較落后，液晶顯示屏為字符顯示方式，操作比較繁瑣，參數(shù)設(shè)置較復(fù)雜，讀卡方式比較麻煩，必須使用讀卡器，才能將數(shù)據(jù)卡中的數(shù)據(jù)讀入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理，因此需要更換新型產(chǎn)量監(jiān)視系統(tǒng)。

    4.根據(jù)試驗(yàn)情況來(lái)看，從割臺(tái)收獲到谷物流量傳感器輸出信號(hào)，滯后大約為6～8秒鐘，對(duì)測(cè)量精度有一定影響。

    5.在田間試驗(yàn)中，3號(hào)地塊中間局部地區(qū)雜草比較多，收獲機(jī)在地塊中間雜草比較多的地方作業(yè)時(shí)，產(chǎn)量監(jiān)視儀顯示單位谷物產(chǎn)量明顯下降。因此要使用產(chǎn)量監(jiān)視儀對(duì)雜草較多的地方進(jìn)行標(biāo)記。

    6.谷物單位面積產(chǎn)量、谷物水份、糧食升運(yùn)器出口處溫度、收獲行駛距離等都必須在田間進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，并對(duì)產(chǎn)量監(jiān)視儀進(jìn)行校準(zhǔn)和修正，否則產(chǎn)量監(jiān)視儀的測(cè)量誤差比較大。繪制出當(dāng)年的產(chǎn)量圖還不夠，要通過(guò)試驗(yàn)并繪制出多年的產(chǎn)量圖，并將多年的產(chǎn)量圖進(jìn)行疊加，效果才能更好。

7.本次試驗(yàn)取得了階段性的進(jìn)展，以后的細(xì)致工作還有很多，需要進(jìn)一步的消化、吸收和創(chuàng)新。

    8.目前手中只有凱斯公司的產(chǎn)量圖繪制軟件，還需要田間地理信息系統(tǒng)及農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)專用軟件，需從國(guó)外購(gòu)買(mǎi)或者根據(jù)黑龍江墾區(qū)實(shí)際情況自行研制。

 

[1]  汪懋華. “精細(xì)農(nóng)作”技術(shù)發(fā)展與農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備創(chuàng)新系列講座.北京:農(nóng)業(yè)機(jī)械,1999.2～12

[2]  王智敏. “精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”在黑龍江墾區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用系列講座.佳木斯:現(xiàn)代化農(nóng)業(yè),1999.10～12

[3]  凱斯公司. CASE IH 收獲機(jī)產(chǎn)量監(jiān)視儀操作者手冊(cè)  V6.02

[4]  王熙. 汽車、拖拉機(jī)、收獲機(jī)電器電子設(shè)備原理與維修.哈爾濱:黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社,2000.3