播种监控技术研究现状与展望

doi:10.13733/j.jcam.issn.2095-5553.2024.09.051

摘要/Abstract

摘要：

播种监控是评价播种质量的重要手段，是实现播种智能化的关键技术，有利于降低人工劳动强度，提高农作物质量和产量。通过介绍影响播种质量的三个重要环节：排种器排种、漏播补种、播深控制国内外监控技术研究现状，重点分析机械机电式、光电传感式、电容传感式、压电传感式、机器视觉式监测原理特点、研究重点及应用领域。分析发现，我国播种监控技术存在缺乏高性能传感器，精度不能满足高速播种精准监测要求；缺少播种信息与时间、空间信息融合的算法研究，控制器动态响应性能不佳；监控系统相关标准缺失导致播种信息采集、监测指标指向不明，规范性较弱等问题。并展望未来发展趋势。电机、液压马达等新型排种驱动控制技术应用在提高排种精度的同时也为变量播种的实现提供可能；传感器创新设计、控制算法优化、监控标准体系建立以及多优势学科技术融合，播种监控系统有望实现商品化；播种监控系统集合农机作业数据精准感知、智能决策管理、精准服务全环节，未来必将向着更加智能化的方向发展。

关键词: 播种监控, 排种器, 漏播补种, 播深控制

Abstract:

Seeding monitoring is an important means to evaluate seeding quality and a key technology to realize seeding intelligence，which is conducive to reducing manual labor intensity and improving crop quality and yield. By introducing the three important links that affect the quality of seeding，including seeding by seeding device， seeding by missing seeding，sowing depth control and the research status quo of monitoring technology at home and abroad，the paper focuses on the analysis of the mechanical electromechanical， photoelectric sensing， capacitive sensing， piezoelectric sensing， machine vision monitoring principle characteristics，research focus and application fields. It is found that there is a lack of high.performance sensors in the technology of sowing monitoring in China， and the precision can not meet the requirements of high.speed sowing precision monitoring. The dynamic response performance of the controller is poor because of the lack of algorithm research on the fusion of seeding information with time and space information. The lack of relevant standards in the monitoring system leads to problems such as the collection of sowing information，the unclear direction of monitoring indicators，and the weak standardization. By looking forward to the future development trend，the application of motor，hydraulic motor and other new type of seeding drive control technology not only improves the seeding accuracy，but also provides the possibility for the realization of variable seeding. The innovative design of sensor， optimization of control algorithm， establishment of monitoring standard system and integration of multi-advantageous disciplines are expected to commercialize the seeding monitoring system. The sowing monitoring system integrates accurate perception of agricultural machinery operation data，intelligent decision management and accurate service，and will develop in a more intelligent direction in the future.

Key words: sowing monitoring；seed feeder；missed seeding and reseeding；sowing depth control ,

中图分类号:

S233. 2

杨昌敏, 赵帮泰, 程方平, 张巍, 王义鹏, 刘琳 . 播种监控技术研究现状与展望[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(9): 345-352.

Yang Changmin, Zhao Bangtai, Cheng Fangping, Zhang Wei, Wang Yipeng, Liu Lin. Research status and prospect of sowing monitoring technology [J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization, 2024, 45(9): 345-352.

参考文献

［ 1］周晓玲 .免耕穴播播种机播种质量监测系统［ D］.保定：河北农业大学， 2008.

［ 2］苑严伟，白慧娟，方宪法，等 .玉米播种与测控技术研究进展［ J］.农业机械学报， 2018，49（9）：1-18.

Yuan Yanwei，Bai Huijuan，Fang Xianfa，et al. Research progress on maize seeding and its measurement and control technology［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2018，49（9）：1-18.

［ 3］王雪玲 .油菜精量排种器漏播检测及补种系统设计与试验［ D］.武汉：华中农业大学， 2016.

［ 4］杨军强 .油菜种子流传感及漏播变量补种技术与装置［ D］.湖北：华中农业大学， 2018.

［ 5］赵百通，张晓辉，孔庆勇，等 .国内外精密播种机监控系统的现状和发展趋势［ J］.农业装备技术， 2003（4）：11-13.

Zhao Baitong，Zhang Xiaohui，Kong Qingyong，et al. The current situation and the future development of precision rice planter monitoring system at home and abroad［J］. Agricultural Equipment Technology，2003（4）：11-13.

［ 6］张波屏 .现代种植机械工程［ M］.北京：机械工业出版社， 1997.

［ 7］翟长远，杨硕，王秀，等 .农机装备智能测控技术研究现状与展望［ J］.农业机械学报， 2022，53（4）：1-20.

Zhai Changchang，Yang Shuo，Wang Xiu，et al. Status and prospect of intelligent measurement and control technology for agricultural equipment［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2022，53（4）：1-20.

［ 8］Wrobel V. Microcomputer.controlled seeder［J］. Computer Design，1977，16（6）：184-186.

［ 9］纪超，陈学庚，陈金成，等 .玉米免耕精量播种机排种质量监测系统［ J］.农业机械学报， 2016，47（8）：1-6.

Ji Chao，Chen Xuegeng，Chen Jincheng，et al. Monitoring system for working performance of no.tillage corn precision seeder［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2016，47（8）：1-6.

［10］吴南，林静，李宝筏，等 .免耕播种机排种器性能监控系统设计与试验［ J］.农业机械学报， 2016，47（S1）：69-76.

Wu Nan，Lin Jing，Li Baofa，et al. Design and test on performance monitoring system of no.tillage planter seed.metering device［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2016，47（S1）：69-76.

［11］丁幼春，朱凯，王凯阳，等 .薄面激光一硅光电池中小粒径种子流监测装置研制［ J］.农业工程学报， 2019，35（8）：12-20. Ding Youchun， Zhu Kai， Wang Kaiyang， et al. Development of monitoring device for medium and small size seed flow based on thin surface laser.silicon photocell［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2019，35（8）：12-20.

［12］孟进 .双排勺轮式排种器的结构设计与补种系统的研究［D］.杨凌：西北农林科技大学， 2019.

［13］Noltingk B E. A novel proximity gauge［J］. Journal of Physics E：Scientific Instruments，1969，2（4）：356.

［14］周利明，张小超，苑严伟 .小麦播种机电容式排种量传感器设计［ J］.农业工程学报， 2010，26（10）：99-103.

Zhou Liming，Zhang Xiaochao，Yuan Yanwei. Design of capacitance seed rate sensor of wheat planter［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2010，26（10）：99-103.

［15］许健佳，王晓荣，王梦佳 .基于 PCap02的电容式微水检测系统设计［ J］.仪表技术与传感器， 2016（3）：65-68，73.

Xu Jianjia， Wang Xiaorong， Wang Mengjia. Design of micro.water capacitance detection system based on PCap02［J］. Instrument Technique and Sensor，2016（3）： 65-68，73.

［16］Hoberge S M， Hilleringmann U， Jochheim C， et al. Piezoelectric sensor array with evaluation electronic for counting grains in seed drills［C］. IEEE Africon′11. IEEE，2011：1-6.

［17］张霖，赵柞喜，可欣荣，等 .压电式种子计数系统［ J］.农业机械学报， 2011，42（8）：41-45.

Zhang Lin，Zhao Zuoxi，Ke Xinrong，et al. Seed.counting system design using piezoelectric sensor［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2011， 42（8）：41-45.

［18］丁幼春，杨军强，朱凯，等 .油菜精量排种器种子流传感装置设计与试验［ J］.农业工程学报， 2017，33（9）：29-36.

Ding Youchun，Yang Junqiang，Zhu Kai，et al. Design and experiment on seed flow sensing device for rapeseed precision metering device［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2017，33（9）：29-36.

［19］Leemans V， Destain M F. A computer.vision based precision seed drill guidance assistance［J］. Computers and Electronics in Agriculture，2007，59（1-2）：1-12.

［20］丁幼春，王凯阳，刘晓东，等 .中小粒径种子播种检测技术研究进展［ J］.农业工程学报， 2021，37（8）：30-41.

Ding Youchun， Wang Kaiyang， Liu Xiaodong， et al. Research progress of seeding detection technology for medium and smallsize seeds［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2021，37（8）： 30-41.

［21］陈进，边疆，李耀明，等 .基于高速摄像系统的精密排种器性能检测试验［ J］.农业工程学报， 2009，25（9）：90-95.

Chen Jin，Bian Jiang，Li Yaoming，et al. Performance detection experiment of precision seed metering device based on high.speed camera system［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2009，25（9）：90-95.

［22］廖庆喜，邓在京，黄海东 .高速摄影在精密排种器性能检测中的应用［ J］.华中农业大学学报， 2004，23（5）：570-573.

Liao Qingxi，Deng Zaijing，East Huanghai. Application of the high speed photography checking the precision metering performances［J］. Journal of Huazhong Agricultural University，2004，23（5）：570-573.

［23］齐龙，马旭，周海波 .基于机器视觉的超级稻秧盘育秧播种空穴检测技术［ J］.农业工程学报， 2009，25（2）：121-125.

Qi Long，Ma Xu，Zhou Haibo. Seeding cavity detection in tray nursing seedlings of super rice based on computer vision technology［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2009，25（2）：121-125.

［24］Krishna C V，Jas A，Touba N A. Achieving high encoding efficiency with partial dynamic LFSR reseeding［J］. ACM Transactions on Design Automation of Electronic Systems（TODAES），2004，9（4）：500-516.

［25］吴南 .精量玉米免耕播种施肥机漏播补偿与穴施肥控制研究［ D］.沈阳：沈阳农业大学， 2018.

［26］朱瑞祥，葛世强，翟长远，等 .大籽粒作物漏播自补种装置设计与试验［ J］.农业工程学报， 2014，30（21）：1-8.

Zhu Ruixiang， Ge Shiqiang， Zhai Changchang， et al. Design and experiment of automatic reseeding device for miss.seeding of crops with large grain［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2014，30（21）：1-8.

［27］赵淑红，周勇，刘宏俊，等 .玉米勺式排种器变速补种系统设计与试验［ J］.农业机械学报， 2016，47（12）：38-44.

Zhao Shuhong，Zhou Yong，Liu Hongjun，et al. Design of reseed shift speed system of scoop.type metering device of corn［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2016，47（12）：38-44.

［28］张晓辉，赵百通 .播种机自动补播式监控系统的研究［ J］.农业工程学报， 2008，24（7）：119-123.

Zhang Xiaohui， Zhao Baitong. Automatic reseeding monitoring system of seed drill［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2008，24（7）： 119-123.

［29］李润涛 .基于光纤式传感器与机器视觉的双重漏播检测及补种装置研究［ D］.淄博：山东理工大学， 2022.

［30］李士军，宫鹤，顾洪军 .具有自动补种功能的机械精密播种系统的研究［ J］.吉林农业大学学报， 2011，33（1）： 106-109.

Li Shijun，Gong He，Gu Hongjun. Research on precision seeding system with automatic reseeding［J］. Journal of Jilin Agricultural University，2011，33（1）：106-109.

［31］王春雷，李洪文，何进，等 .自动导航与测控技术在保护性耕作中的应用现状和展望［ J］.智慧农业（中英文），2020，2（4）：41-55.

Wang Chunlei， Li Hongwen， He Jin， et al. State.of.the.art and prospect of automatic navigation and measurement techniques application in conservation tillage［J］. Smart Agriculture，2020，2（4）：41-55.

［32］朱毅，罗海峰，毛灿，等 .播种机播种深度控制技术研究进展［ J］.中国农机化学报， 2019，40（7）：114-118.

Zhu Yi，Luo Haifeng，Mao Can，et al. Research progress on sowing depth control technology of planter［J］. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2019， 40（7）： 114-118.

［33］王丽丽，梁学修，胡小鹿，等 .气流输送式播种机测控技术研究进展［ J］.中国农机化学报， 2021，42（2）：15-24.

Wang Lili， Liang Xuexiu， Hu Xiaolu， et al. Research progress on measurement and control technology for pneumatic seeder［J］. Journal of Chinese Agricultural Mechanization，2021，42（2）：15-24.

［34］黄东岩，朱龙图，贾洪雷，等 .基于压电薄膜的免耕播种机播种深度控制系统［J］.农业机械学报， 2015，46（4）：1-8.

Huang Dongyan， Zhu Longtu， Jia Honglei， et al. Automatic control system of seeding depth based on piezoelectric film for no.till planter［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2015，46（4）： 1-8.

［35］蔡国华，李慧，李洪文，等 .基于 ATmega128单片机的开沟深度自控系统试验台的设计［ J］.农业工程学报， 2011， 24（10）：11-16.

Cai Guohua，Li Hui，Li Hongwen，et al. Design of test.bed for automatic depth of furrow opening control system based on ATmega128 single chip microcomputer［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2011，24（10）：11-16.

［36］赵金辉，刘立晶，杨学军，等 .播种机开沟深度控制系统的设计与室内试验［ J］.农业工程学报， 2015，31（6）：35-41.

Zhao Jinhui，Liu Lijing，Yang Xuejun，et al. Design and laboratory test of control system for depth of furrow opening［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2015，31（6）：35-41.

［37］李玉环，孟鹏祥，耿端阳，等 .玉米播种深度智能调控系统研究［ J］.农业机械学报， 2016，47（Sl）：62-68，42.

Li Yuhuan， Meng Pengxiang， Geng Duanyang， et al. Intelligent system for adjusting and controlling corn seeding depth［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2016，47（Sl）：62-68，42.

[1]	吾斯曼.吾木尔, 如山古丽.吾斯曼, 阿拉法特.买尔旦, 沙塔尔.司马义 . 玉米精量播种机排种器关键部件延寿降本优化研究[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(9): 8-14.
[2]	张宇乾, 于淇, 胡志诚, 陈龙, 杨文彩, 张海东. 基于响应面法和CFD的轴流气吸式排种器优化设计[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(8): 14-19.
[3]	冯锐, , 雷雪梅, 李林鑫, 赖永江, 粟超, 陶丹. 勺轮式蚕豆排种器设计与排种性能研究[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(7): 15-21.
[4]	张红梅, 张晨明, 朱晨辉, 祝英豪, 李志杰, 李鹏昌. 玉米免耕播种机振动特性及对排种器排种性能的影响[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(5): 1-8.
[5]	郭文骐, , 张文毅, 祁兵, 袁建宁, 王云霞, 夏倩倩. 气力式高速精量排种器研究现状及展望[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(3): 31-37.
[6]	封顶浩, 孙新平, 齐新丹, 李骅, 张笑语, 王永健, . 一器三行小青菜精量排种器设计与优化[J]. 中国农机化学报, 2024, 45(10): 39-47.
[7]	闫建伟, 魏松, 张万萍, 张富贵. 白萝卜种子颗粒接触参数标定[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(8): 1-11.
[8]	杨正, 李国锋, 石林榕, 王尊. 玉米种子静摩擦系数测定及离散元法验证[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(8): 12-16.
[9]	张炫炫, 谭彧, 张丽娜, 蒋易宇, 张然. 基于电机直驱的玉米勺轮排种器排种质量监测系统[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(8): 155-161.
[10]	李洪昌, , 高芳. 搅种托种型小麦气吸式精量排种器参数化设计与试验[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(7): 9-15.
[11]	孟华, 王茜, 李晓红, 李赫, 余永昌. 定扰动辅助充种大豆排种器设计与试验[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(6): 18-25.
[12]	耿爱军, 杜金源, 张智龙, 张姬, 张万枝, 梅志勇. 马铃薯排种器种层扰动控制方法研究进展及展望[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(4): 113-121.
[13]	刘海, 杜铮, 李旭, 郭翔, 涂建东, 万勇. 小白菜种子机械物理特性试验[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(3): 88-93.
[14]	冯锐, , 王子腾, 刘伟渭. 气吸倾斜圆盘式蚕豆精密排种器设计与试验[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(12): 25-32.
[15]	尚增强, 张开飞, 杨东福, 马质璞. 基于DEM-CFD耦合的气吸式大豆排种器种盘参数优化[J]. 中国农机化学报, 2023, 44(11): 1-8.