1.2 播種機智能化發展現狀

智能化播種機要求能根據土壤條件、行駛速度等精確控制播種量、播深、播種均勻度等，且在復雜地形中也能實現精量播種（丁友強等，2019）。目前，國外施肥播種機的智能化技術主要體現在電動機直驅技術、播種監測技術、播種深度測控技術和變量施肥技術方面。

1.在電動機直驅技術方面

傳統的排種器采用地輪傳動形式，隨著作業速度的不斷提高，車輛打滑成為影響播種質量的重要因素之一（張春玲等，2017）。電動機直驅技術能夠有效消除機械傳動的不利影響。

目前，國外高速精密播種機排種器驅動專用直流電動機及減速機產品已經相當成熟。歐洲主要的播種機生產廠家均推出了電動機驅動型播種機，如Horsch公司、Monosem公司等，圖1-4和圖1-5所示分別為兩個公司的排種驅動裝置。Pricision Planting公司也推出了電驅式排種系統。電驅式排種器主要采用直流電動機替代機械傳動結構，直接驅動排種盤，采用測速雷達或GNSS等裝置獲得播種機的作業速度，根據速度結合所設置的播種量信息，實時調節排種盤的轉速，進而實現播種量與作業速度的合理匹配。采用電驅式排種結構不僅能很好地適應高速播種作業，而且能夠進一步實現對每一路播種單元的單獨啟停控制。

2.在播種監測技術方面

歐美國家的播種機普遍采用寬幅結構，且作業速度快，對播種質量的監測顯得尤為重要，一旦出現嚴重漏播，勢必造成大面積減產，因此，播種質量監控裝置是歐洲播種機的標準配置。

播種監控技術主要利用傳感器實時獲取每一路的落種信息，據此統計播種量、漏播量和重播量，并實現對漏播阻塞故障的在線監測。其中以光電傳感器應用最為廣泛（苑嚴偉等，2018），如Dickey John公司的HyRate系列傳感器、AgLeader公司的Seedcomand傳感器均為此類型。為了解決光電傳感器的抗塵問題，Precision Planting公司研發了一種基于高頻電磁波的排種量傳感器（Wavevision），如圖1-6所示，該傳感器可直接安裝在排種管末端，能夠對排種質量進行精準監測。德國LEMKEN的Solitair 9K氣力式精量播種機能進行全谷物類、油菜種子、草籽、豆類作物的精量播種，采用電動驅動排種器，先進的電子控制終端LEMKEN Solitronic操作簡便，可實現播種堵塞報警，對各排種口單獨開關控制。

除此之外，在排種裝置的發展過程中，還出現了圖1-7所示的氣流輸送播種機排種傳感器。

3.在播種深度測控技術方面

播種深度對種子的出苗及后期生長具有重要影響。播種深度一致性也是衡量播種機性能的重要指標之一，如果播種深度不一致，就會造成大小苗現象，并影響產量（H?KANSSON等，2011）。目前，通常通過仿行機構帶動播種單體隨地面起伏運動而實現播種，但是受地表附著物及土壤特性等條件影響，單純的機械仿行無法達到理想效果。

針對這一情況，一些播種機廠商（如德國Horsch公司）開始在播種機上加裝圖1-8所示的播種深度測控裝置，其基本原理是通過在播種單體上安裝壓力傳感器，實時獲取播種單體對地的壓力，并采用液壓驅動形式改變播種單體的下壓力，進而達到調節播種深度的目的，最終實現播種深度的一致性（楊麗等，2016）。

Agleader公司專門推出了圖1-9所示的下壓力測控系統以實現播種深度控制，其針對單體受地面障礙物影響出現彈跳情況，還設計了獨有的蓄能裝置，保證播種單體運動的穩定性，系統響應時間僅為1s，借助該系統能夠快速準確地保證播種深度的一致。美國JohnDeere1860型免耕氣吸式條播機，開溝壓力可通過液壓系統調節；仿形輪配置在開溝器側面，開溝深度可調；橡膠壓種輪壓力可以根據土壤條件從22N到118N進行調節。

4.在變量施肥技術方面

變量施肥技術作為精準農業的關鍵組成部分，其能夠按照不同地塊的養分水平進行不同肥料量的合理施用，可以提高肥料利用率并減少環境污染。目前，主要的變量施肥技術有基于處方圖的（宿寧，2016）和基于傳感器的（劉洪利，2019）兩種。基于處方圖的變量施肥技術是通過GNSS獲取當前機具位置信息，查詢對應施肥處方圖，得到期望施肥量，控制器根據期望施肥量控制排肥軸的轉速，達到變量施肥的目的。

近年來，隨著實時傳感技術的進步，基于傳感器的變量施肥技術已經逐漸發展起來。這種方法是利用光學傳感器獲取田間作物的生長情況或土壤特性情況，同時，根據所預測的作業潛在產量，依據相應的決策算法判斷機具實時行走區域所需肥料量并形成氮肥施用處方信息，控制變量施肥機構進行動作執行，達到變量施肥的目的。實時傳感器是該項技術的關鍵設備，目前CLAAS公司推出的圖1-10所示的Crop傳感器，以及Trimble公司研發的圖1-11所示的Greenseeker傳感器，均采用近紅外光譜分析技術（NIR），根據植物葉子對近紅外和紅光吸收、反射特性的區別，通過測量反射光線的類型和強度對作物生長情況進行評測，間接實現土壤中可供有效利用的氮肥量的采集。

國內精密播種機的智能化技術正在逐步由實驗室走向應用推廣。德邦大為研制的1405型高性能免耕施肥播種機集成多路信息采集單元，采用電動機驅動，實現作業過程的全程自動化控制。雷沃馬特馬克MS8000系列精量播種機的EASY-SET系統可實現行距快速調節，電控播種監測器能避免漏播和重播，當發生堵塞時進行報警。