王熙  王智敏  王新忠

（黑龍江八一農墾大學  密山  158308）

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

關鍵詞：全球衛星定位系統；聯合收獲機；產量監視儀

 

    農田作物產量分布信息（基于GPS的收獲機產量監視儀）的試驗是實施“精準農業”的第一步，只有采集到農田作物產量分布信息，才能用計算機軟件繪制出谷物產量分布圖（田間信息處理），為作物生產管理決策提供條件。

    農田作物產量分布信息（基于GPS的收獲機產量監視儀）的試驗由黑龍江八一農墾大學與黑龍江省友誼農場共同實施，試驗地點在友誼農場五分場二隊，取得了一些試驗數據、經驗和體會。

 

    基于GPS的收獲機產量監視系統由美國凱斯（Case）公司提供，稱為AFS（Advanced Farming Systems）系統，由產量監視儀、GPS接收天線、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的收獲機產量監視系統框圖

 

    （1）谷物產量監視儀  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狀態，它與有關的傳感器通過電纜連接。監視儀上還附有24個薄膜型輸入按鍵，駕駛員在必要時可以手動輸入或選定某些數據（如設定割幅寬度、割臺止點高度、年月日，選擇作物種類，輸入農場名、地號等）。液晶顯示屏上谷物瞬時產量、累計產量、某地塊的平均產量、谷物濕度（含水率）、收獲作業面積、行駛速度、行駛距離、收獲機所處的經度和緯度等。谷物產量監視儀上還安裝有數據卡插槽，用來插入PCMCIA數據卡。

    （2）GPS全球衛星定位系統  本系統天線只有一個，外形為白色半球型，安裝在駕駛室的頂部，通過同軸視頻電纜與GPS接收機相連，該接收機有一個液晶顯示屏和四個按鍵，具有12個衛星接收通道，并通過RS-232串行接口與產量監視儀相連。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無法收到衛星信號；在黑龍江墾區友誼農場收到衛星信號良好，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。

    在試驗過程中，GPS定位信號接收良好，聯合收獲機在作業過程中，經度和緯度隨著收獲機的行駛而隨時變化。

    （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量隨含水率變化，收獲時必須進行谷粒含水率測量，以便折算其在標準含水率下的谷粒質量。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  采用測量驅動輪軸轉速的方法來實現的，由于車輪滑轉和下陷，所得速度與真實速度有一定的誤差。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橋處，過橋左右兩邊共有2個角度式傳感器，收獲機在地頭轉彎時或經過沒有作物的田間時，割臺將停止工作而升高，由傳感器發出信號，產量監視儀自動暫時停止作業面積的統計和計算。駕駛室內儀表板上有一塊液晶顯示屏專門顯示割臺高度，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，產量監視儀開始統計計量。

    （7）數據存儲卡  產量監視儀將原始數據經過數字化處理后存入數據存儲卡，通過數據存儲卡再轉移到計算機（或便攜式筆記本電腦）上采用專用軟件處理。AFS系統軟件不但能繪制出產量圖，還能同時繪制出谷物水份分布圖和田間海拔高度圖。

 

    試驗地點在黑龍江省紅興隆農墾分局友誼農場五分場二隊3號小麥地，土地面積130公頃，地塊長度為1700米。品種小麥為NF-134號，試驗使用美國凱斯公司生產的聯合收獲機，型號為Case IH 2366，裝有第一代AFS系統，采用撿拾作業。

在無糾偏站的條件試驗過程中，GPS定位信號接收良好，聯合收獲機在作業過程中，經度和緯度隨著收獲機的行駛而隨時變化。

收獲作業速度約為5.5公里/小時，發動機轉速為2340轉/分，2檔大油門作業，撿拾小麥作業平均幅寬大約為5.0米，小麥撿拾收獲作業效率為30公頃/天，試驗期間環境溫度為24～32℃。利用Case IH 2366收獲機已經采集到27公頃小麥產量、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（國際協會個人計算機存儲卡），原隨車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，只能記錄谷物總產量、作業面積、平均產量、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，收獲作業時要將1M比特的PCMCIA數據卡插入產量監視儀卡槽中，產量監視儀自動識別1M比特的PCMCIA數據卡。如果該卡第一次使用，產量監視儀要將此卡格式化（此類卡只能在產量監視儀上格式化），PCMCIA數據卡在格式化后才能使用。

    產量監視儀在作業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，產量監視儀不能正常工作或不工作。參數輸入(設定)有：①產量監視儀序列號、②產量監視儀盒校準號、③產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，使用凱斯公司提供的AFS專用軟件繪制出產量圖。

 

    在友誼農場五分場二隊現場試驗，對GPS衛星定位系統及AFS產量監視系統有更深一層的理解和體會，為今后的進一步試驗奠定了基礎。總結及體會如下：

    1．本次試驗是在友誼五分場二隊正常生產作業中進行，沒有耽誤正常的小麥撿拾作業，因此試驗數據能夠代表生產實際。從小麥產量圖中明顯可見，地塊內的產量差異較大，有很大的產量潛力。

    2.友誼五分場二隊3號地面積比較大，土地面積為130公頃（約1950畝），在小麥撿拾作業過程中，需要多臺聯合收獲機同時穿插作業，而裝有產量監視系統的聯合收獲機只有一臺，因此不能形成整個地塊的產量圖。如要解決此問題，參加收獲作業的收獲機都必須安裝產量監視系統，將幾臺收獲機獲取的產量圖合并，形成一個完整的整個地塊的產量圖。

    3.友誼五分場二隊使用的產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行處理，因此需要更換新型產量監視系統。

    4.根據試驗情況來看，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時，產量監視儀顯示單位谷物產量明顯下降。因此要使用產量監視儀對雜草較多的地方進行標記。

    6.谷物單位面積產量、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行現場標定，并對產量監視儀進行校準和修正，否則產量監視儀的測量誤差比較大。繪制出當年的產量圖還不夠，要通過試驗并繪制出多年的產量圖，并將多年的產量圖進行疊加，效果才能更好。

7.本次試驗取得了階段性的進展，以后的細致工作還有很多，需要進一步的消化、吸收和創新。

    8.目前手中只有凱斯公司的產量圖繪制軟件，還需要田間地理信息系統及農業專家系統專用軟件，需從國外購買或者根據黑龍江墾區實際情況自行研制。

 

[1]  汪懋華. “精細農作”技術發展與農業技術裝備創新系列講座.北京:農業機械,1999.2～12

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

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

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