王熙  王智敏  王新忠

（黑龍江八一農墾大學(xué)  密山  158308）

摘  要: 使用裝備有產(chǎn)量監視儀的CASE IH 2366聯(lián)合收獲機，在黑龍江墾區進(jìn)行農田作物產(chǎn)量分布信息采集試驗，取得了一些試驗數據、經(jīng)驗和體會(huì )。通過(guò)試驗對產(chǎn)量監視系統有了更深入的了解，為今后的精準農業(yè)試驗奠定了基礎。

關(guān)鍵詞：全球衛星定位系統；聯(lián)合收獲機；產(chǎn)量監視儀

 

    農田作物產(chǎn)量分布信息（基于GPS的收獲機產(chǎn)量監視儀）的試驗是實(shí)施“精準農業(yè)”的第一步，只有采集到農田作物產(chǎn)量分布信息，才能用計算機軟件繪制出谷物產(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。

    農田作物產(chǎn)量分布信息（基于GPS的收獲機產(chǎn)量監視儀）的試驗由黑龍江八一農墾大學(xué)與黑龍江省友誼農場(chǎng)共同實(shí)施，試驗地點(diǎn)在友誼農場(chǎng)五分場(chǎng)二隊，取得了一些試驗數據、經(jīng)驗和體會(huì )。

 

    基于GPS的收獲機產(chǎn)量監視系統由美國凱斯（Case）公司提供，稱(chēng)為AFS（Advanced Farming Systems）系統，由產(chǎn)量監視儀、GPS接收天線(xiàn)、GPS接收機、谷物流量傳感器、谷物濕度傳感器、行駛速度傳感器、升運器轉速傳感器、割臺高度傳感器、PCMCIA數據卡等組成。組成框圖如圖1所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

                    圖1  基于GPS的收獲機產(chǎn)量監視系統框圖

 

    （1）谷物產(chǎn)量監視儀  它安裝駕駛室右上方，采用24×2字符型液晶顯示器顯示，使駕駛員容易監控收獲機的作業(yè)狀態(tài)，它與有關(guān)的傳感器通過(guò)電纜連接。監視儀上還附有24個(gè)薄膜型輸入按鍵，駕駛員在必要時(shí)可以手動(dòng)輸入或選定某些數據（如設定割幅寬度、割臺止點(diǎn)高度、年月日，選擇作物種類(lèi)，輸入農場(chǎng)名、地號等）。液晶顯示屏上谷物瞬時(shí)產(chǎn)量、累計產(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、收獲機所處的經(jīng)度和緯度等。谷物產(chǎn)量監視儀上還安裝有數據卡插槽，用來(lái)插入PCMCIA數據卡。

    （2）GPS全球衛星定位系統  本系統天線(xiàn)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接收機相連，該接收機有一個(gè)液晶顯示屏和四個(gè)按鍵，具有12個(gè)衛星接收通道，并通過(guò)RS-232串行接口與產(chǎn)量監視儀相連。該定位系統在上海市區接收信號效果良好，在哈爾濱市區接收信號比較弱，只能收到3顆衛星信號；在黑龍江墾區洪河農場(chǎng)無(wú)法收到衛星信號；在黑龍江墾區友誼農場(chǎng)收到衛星信號良好，可以收到8顆衛星信號。但根據試驗情況來(lái)看，該系統的分辯率還是比較高的，大約為0.5米左右。

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

    （3）谷物流量傳感器  該傳感器安裝在谷物升運器頂部通道，位于糧倉的上部，為沖擊式結構。谷物流量越大，傳感器輸出信號越強。

    （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)行谷粒含水率測量，以便折算其在標準含水率下的谷粒質(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  采用測量驅動(dòng)輪軸轉速的方法來(lái)實(shí)現的，由于車(chē)輪滑轉和下陷，所得速度與真實(shí)速度有一定的誤差。需要標定的修正。

    （6）割臺提升位置傳感器  該傳感器安裝在駕駛室下方的割臺過(guò)橋處，過(guò)橋左右兩邊共有2個(gè)角度式傳感器，收獲機在地頭轉彎時(shí)或經(jīng)過(guò)沒(méi)有作物的田間時(shí)，割臺將停止工作而升高，由傳感器發(fā)出信號，產(chǎn)量監視儀自動(dòng)暫時(shí)停止作業(yè)面積的統計和計算。駕駛室內儀表板上有一塊液晶顯示屏專(zhuān)門(mén)顯示割臺高度，顯示范圍為0～50厘米。割臺停止計量的高度可以設定為30厘米（此設定可以修改）。當割臺高度低于30厘米時(shí)，產(chǎn)量監視儀開(kāi)始統計計量。

    （7）數據存儲卡  產(chǎn)量監視儀將原始數據經(jīng)過(guò)數字化處理后存入數據存儲卡，通過(guò)數據存儲卡再轉移到計算機（或便攜式筆記本電腦）上采用專(zhuān)用軟件處理。AFS系統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。

 

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

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

收獲作業(yè)速度約為5.5公里/小時(shí)，發(fā)動(dòng)機轉速為2340轉/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，試驗期間環(huán)境溫度為24～32℃。利用Case IH 2366收獲機已經(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據表。

    本系統采用PCMCIA數據卡（國際協(xié)會(huì )個(gè)人計算機存儲卡），原隨車(chē)配備的是一塊存儲容量為256K比特的PCMCIA數據卡，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據，不能記錄GPS等位置信息。后采用1M比特的PCMCIA數據卡，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數據卡插入產(chǎn)量監視儀卡槽中，產(chǎn)量監視儀自動(dòng)識別1M比特的PCMCIA數據卡。如果該卡第一次使用，產(chǎn)量監視儀要將此卡格式化（此類(lèi)卡只能在產(chǎn)量監視儀上格式化），PCMCIA數據卡在格式化后才能使用。

    產(chǎn)量監視儀在作業(yè)以前要完成一些參數輸入（設定）、工作方式及工作部件選擇工作。如果參數輸入（設定）錯誤，產(chǎn)量監視儀不能正常工作或不工作。參數輸入(設定)有：①產(chǎn)量監視儀序列號、②產(chǎn)量監視儀盒校準號、③產(chǎn)量監視儀電壓校準號、④谷物流量傳感器序列號、⑤谷物流量傳感器校準號、⑥輸入凈糧升運器轉速設置、⑦糧食濕度傳感器設定、⑧收獲機速度傳感器設定、⑨壟寬設定、⑩壟數設定等。

使用計算機及讀卡器將PCMCIA數據卡內的數據解讀出來(lái)，使用凱斯公司提供的AFS專(zhuān)用軟件繪制出產(chǎn)量圖。

 

    在友誼農場(chǎng)五分場(chǎng)二隊現場(chǎng)試驗，對GPS衛星定位系統及AFS產(chǎn)量監視系統有更深一層的理解和體會(huì )，為今后的進(jìn)一步試驗奠定了基礎?？偨Y及體會(huì )如下：

    1．本次試驗是在友誼五分場(chǎng)二隊正常生產(chǎn)作業(yè)中進(jìn)行，沒(méi)有耽誤正常的小麥撿拾作業(yè)，因此試驗數據能夠代表生產(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3號地面積比較大，土地面積為130公頃（約1950畝），在小麥撿拾作業(yè)過(guò)程中，需要多臺聯(lián)合收獲機同時(shí)穿插作業(yè)，而裝有產(chǎn)量監視系統的聯(lián)合收獲機只有一臺，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)的收獲機都必須安裝產(chǎn)量監視系統，將幾臺收獲機獲取的產(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)二隊使用的產(chǎn)量監視系統比較落后，液晶顯示屏為字符顯示方式，操作比較繁瑣，參數設置較復雜，讀卡方式比較麻煩，必須使用讀卡器，才能將數據卡中的數據讀入到計算機中進(jìn)行處理，因此需要更換新型產(chǎn)量監視系統。

    4.根據試驗情況來(lái)看，從割臺收獲到谷物流量傳感器輸出信號，滯后大約為6～8秒鐘，對測量精度有一定影響。

    5.在田間試驗中，3號地塊中間局部地區雜草比較多，收獲機在地塊中間雜草比較多的地方作業(yè)時(shí)，產(chǎn)量監視儀顯示單位谷物產(chǎn)量明顯下降。因此要使用產(chǎn)量監視儀對雜草較多的地方進(jìn)行標記。

    6.谷物單位面積產(chǎn)量、谷物水份、糧食升運器出口處溫度、收獲行駛距離等都必須在田間進(jìn)行現場(chǎng)標定，并對產(chǎn)量監視儀進(jìn)行校準和修正，否則產(chǎn)量監視儀的測量誤差比較大。繪制出當年的產(chǎn)量圖還不夠，要通過(guò)試驗并繪制出多年的產(chǎn)量圖，并將多年的產(chǎn)量圖進(jìn)行疊加，效果才能更好。

7.本次試驗取得了階段性的進(jìn)展，以后的細致工作還有很多，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及農業(yè)專(zhuān)家系統專(zhuān)用軟件，需從國外購買(mǎi)或者根據黑龍江墾區實(shí)際情況自行研制。

 

[1]  汪懋華. “精細農作”技術(shù)發(fā)展與農業(yè)技術(shù)裝備創(chuàng )新系列講座.北京:農業(yè)機械,1999.2～12

[2]  王智敏. “精準農業(yè)”在黑龍江墾區農業(yè)生產(chǎn)的應用系列講座.佳木斯:現代化農業(yè),1999.10～12

[3]  凱斯公司. CASE IH 收獲機產(chǎn)量監視儀操作者手冊  V6.02

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