农机深松作业远程监测装备发展现状及建议

资料图

农机深松作业能够有效降低耕地土壤容重和紧实度，提高土壤蓄水保墒能力，促进农作物增产增收。近年来，国家加快推进深松装备应用普及，全国深松机拥有量由2010年的14.08万台增长至2016年的26.77万台，增长率达到了90.12%，为改善耕地质量，提高农业综合生产能力，推进农业绿色发展发挥了重要作用。

随着农业供给侧结构性改革的深入实施，农业生产的质量和效益日益受到重视。在农业生产中，机械深松作业需要在地块内稳定地满足深松深度等作业质量指标要求，达到规定的作业面积，减少漏耕、重耕等不良现象的发生。

传统的监测方式以人工测量为主，通过人手持钢板尺、面积测量仪等仪器设备监测深松质量，其工作量大、效率低下、覆盖面小，难以满足全面、全程和远程监测机械深松作业的需要。

因此，研制并推广高精度、信息化的农机深松远程监测装备，有利于全面准确掌握机械深松作业质量，为农业生产主体和农机化主管部门决策提供科学依据，更好地服务于农业生产实际需要。

近年来，通过信息技术手段对深松作业进行实时监测和远程监管取得了明显成效，为深松作业补贴提供了量化依据，显著提升了作业管理的信息化水平和效率。

2017年中国农机化协会和中国农机化信息网联合面向社会开展的农机深松远程监测装备选型推荐活动，最终有19家企业生产的20个产品入选推荐名单。然而，农机深松远程监测装备还是新兴产品，相关的研发、制造和推广等领域仍在上升期，有必要及时总结现状、分析问题和提出建议，助力行业健康发展。

1  基础原理

1.1  工作流程

农机深松作业远程监测装备基于GPS、北斗信息化系统和CDMA和TDCDMA等数字蜂窝移动通信平台，实时监测并传送机器定位、作业状况等信息，通过客户端软件进行数据分析，并对现场机器实时监督和远程控制。

1.2  主要组成

农机深松作业远程监测装备主要由监测终端、服务系统和客户端软件3大部分组成。

1.2.1  监测终端

监测终端是农机深松作业远程监测装备的核心，主要由微控制器、卫星定位模块、无线通信传输模块、机具识别装置、图像采集装置和作业深度监测装置等构成，实现深松作业状态识别、面积测量、深度监测和数据实时回传。

1.2.2  服务系统

农机深松作业监管服务器系统负责对深松作业监测终端回传的农机信息、卫星定位信息作业状态信息等数据的解析、作业量计算、作业质量分析、面积统计、存储和数据分发。

1.2.3  客户端软件

客户端应用系统包括农机作业实时定位跟踪、深松作业质量监测、作业面积统计、深松作业轮作图示、视频监控、农机专业合作社管理、农机管理、农机作业历史轨迹回放、权限管理、用户、地图操作和行政区划管理等功能模块。

2  技术现状

2.1  技术要求

农机深松作业远程监测装备的关键技术指标包括深度监测指标、定位监测指标和面积监测指标，目前，国内仅有中国农机化协会于2017年2月发布的团体标准《农机深松作业远程监测系统技术要求》（T/CAMA 01机深松作业），对监测装备的相关技术指标进行了规范。

2.1.1  深度监测指标

现有的监测装备主要通过固定在下拉杆上的角度传感器测出的角度变化，计算得出作业深度。根据团体标准，在作业状态下，监测装备作业深度测量误差≤3 cm，作业深度数据采样时间间隔应≤2 s或采样距离间隔≤5 m。

2.1.2  定位监测指标

准确定位是科学评价特定区域内深松质量的前提，监测装备应能支持卫星定位，能够提供实时的时间、经纬度、速度和航向等定位状态信息。根据团体标准，在作业状态下，监测装备水平定位精度≤3 m，测速精度≤0.2 m/s。

2.1.3  面积监测指标

监测装备应能准确计算深松作业的面积，同时识别大于等于达标深度的作业面积和深松机组作业过程中重叠的面积。根据团体标准，作业面积计量精度应≥97%，而对于重叠面积的识别指标，现有团体标准还未作规定。

2.2  规格参数

农机深松作业远程监测装备的规格参数主要有量程、测试精度、作业深度测量误差和作业面积计量精度等，这些参数决定了监测装备的适用范围，是选择监测装备的重要参考。为全面掌握市面上农机深松作业远程监测装备的规格参数，对入选的20个型号的监测装备量程、测试精度、作业深度测量误差和作业面积计量精度等技术指标进行比较分析。

在量程范围方面，深松深度的量程可以分为0～50 cm、0～60 cm和0～100 cm的3类级别，产品占比分别为18.8%、21.2%和60.0%；在测试精度方面，所有调查产品的测试精度均为1 cm；在作业深度测量误差方面，有87.4%的产品作业深度测量误差＜3 cm，6.3%的产品作业深度测量误差＜2 cm，6.3%的产品作业深度测量误差＜4 cm；在作业面积计量精度方面，所有产品的作业面积计量精度均≥97%。

2.3  性能指标

农机深松作业远程监测装备的性能指标主要包括作业深度测量误差、作业面积计量精度和重耕识别率等，这些指标决定了监测装备的测试性能，是选择监测装备的最终目的。为全面掌握市面上农机深松作业远程监测装备的性能指标，对上述20个型号的监测装备进行田间性能试验，重点考察作业深度测量误差、作业面积计量精度和重耕识别率。

在作业深度测量误差方面，有12.6%的产品误差值为0～1 cm，有43.7%的产品误差值为1～2 cm，有43.7%的产品误差值为2～3 cm；在作业面积计量精度方面，只有6.2%的产品作业面积计量精度＜97%，其余93.8%的产品均＞97%；在重耕识别率方面，由于目前标准并未给出明确要求，产品之间差异较大，有12.5%的产品重耕识别率＜50%，31.3%的产品在50%～90%，其他56.2%的产品＞90%。

通过性能指标测试结果，可以看出团体标准在规范产品技术性能方面的作用十分显著，对入选的20种监测装备在作业深度测量误差、作业面积计量精度指标方面表现较为稳定，但在重耕识别率上参差不齐。

3  问题与建议

3.1  主要问题

目前农机深松作业远程监测装备发展还存在一定的不足，主要体现在适应能力和技术指标方面。

3.1.1  适应能力

目前的测试装备还受到作业区域和地理位置的影响，在地块坡度较大时，有时显示的数据与实际情况有一定偏差；在地理位置较偏僻的地块，有时无线信号较弱，造成数据无法传输；此外，在严酷的作业条件下，监测装备的传感器、数据线等设备如果简陋并裸露地安装在作业机具上，缺乏安全防护措施，不仅极易丢失，而且传感器、数据线等部件容易损坏。

3.1.2  技术指标

目前产品的规格参数已经比较稳定，尽管大部分产品的性能指标能够达到现有标准的要求，但是少数标准未规定的性能指标，如重耕识别率等，产品之间的差异还较大，有待相关标准进一步规范统一。

3.2  发展建议

农机深松作业远程监测装备能够实现对深松作业远程信息化监测，提高深松作业质量，更好地实现“藏粮于地、藏粮于技”，促进农业绿色高质量发展。目前监测装备行业虽然日益规范，但产品还是新兴产品，需要从以下3方面进一步发展。

（1）持续改进现有装备，提高产品的适应性和稳定性，如改进连接结构、防止在振动过大时传感器脱落，更好地在不利工况下进行监测，再如提高对重耕识别率的测量准确度，使监测结果更加真实准确。

（2）做好装备的创新性前瞻性研究，可以将现有的深松远程监测模块扩展到播种、田间管理和收获等农机化作业环节，提高产品的适用范围，避免一个环节一套产品，实现一举多得。

（3）强化产品的售后服务质量，由于监测过程需要在严酷的田间环境下进行，如果装备发生问题，不仅会耽误农时，更影响农户获得相应的作业补贴，因此需要生产企业强化后续的服务保障环节，保证农民放心购买、安心使用，让国家的强农惠农富农政策精准落实到位。

4  结束语

农机深松远程监测装备在提高农机深松作业质量方面发挥了积极作用，相关行业仍处于发展的黄金机遇期，应进一步加强政策引领，创新产品的技术功能，拓展产品的适用范围，解决目前产品在技术指标、可靠性等方面的不足，提高售后服务水平，为更好地促进相关行业和产品发展，发挥新产品和新技术的积极作用创造条件。

来源：2018年9期《农业工程》（中国科技核心期刊）

作者：陈兴和  孙超  刘辉  

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