变量作业机具的研制

1.变量农药喷洒机

北京小汤山精准农业示范基地研制成功了可以按照处方图实现农药自动喷酒的变量农药喷洒机。该机重点解决生产过程中化学农药过量喷洒的问题，通过对化学农药实现变量喷洒从而减少化学农药在植物保护中的使用量，减少农药对环境造成的污染。其工作原理是根据农药喷洒化学处方图，在有病虫草害的地方喷洒化学农药，在没有病虫草害的地方停止化学农药的喷酒。喷洒处方图以ESRI公司GIS系统中SHP文件的形式通过ATA卡导人喷雾器控制系统的计算机内，拖拉机驾驶室内的计算机实时地显示出拖拉机在处方图中的位置，根据该处方图则可实现喷头的打开与关闭，喷酒系统中安装的压力及流量调节阀可以根据施拉机前进的速度，自动地调整管路中的流量达到实现喷雾量的变化。喷洒机械图间的作业信息如拖拉机行走的轨迹、GPS信号情况、作业的面积、药箱中所剩的葱液量，以及田间实际的农药喷洒量都可以由驾驶室内的计算机记录下来。这些信息在喷酒完成后都可以记录下来，有待于今后的处理与分析。

2.田间变量施肥作业机械

变量施肥机械在控制系统的控制作用下可根据事先生成的处方施肥图进行施肥。在缺少肥料的地方多施肥，在土壤养分高的地方减少施肥量，在不需施肥的地方停止化肥的施入。这样化肥在施用的过程中不但要达到数量上准确，而且施肥的位置也要精确。

机械的工作原理是根据土壤中养分含量的信息，结合播种作物肥料需求，通过和专家知识结合，在办公室根据这些已有的信息生成对该土壤条件下所需施用化肥的处方图，该处方图以ESRI公司GIS产品系统中SHP文件的形式通过ATA卡导入精准变量施肥机控制系统的计算机内，计算机把该处方图内有关施肥量的信息通过与安装在拖拉机上GPS测得的GPS地理位置信息相互匹配，取得该位置处所需施肥数量，通过数据交换器把当前位置处的施肥数量值传输给施肥控制系统的中央控制器，中央控制器把这些数字信号转换成模拟信号，转换后的模拟信号控制相关机构实现肥料的变量施用，控制系统把接收到的信号换算成施肥量反馈给计算机，计算机在显示屏幕上显示出目前位置所施肥的数量。施肥机械田间的作业信息，如拖拉机行走的轨迹、GPS信号情况、作业面积、肥料箱中所剩的肥料数量，以及田间实际的施肥量都可以由驾驶室内的计算机记录下来。这些信息在施肥完成后都可以下载下来，有待于今后的处理与分析。

施肥处方图生成后必须导人到变量施肥机的控制计算机上，通过控制计算机传输给变量施肥机的控制器，控制器根据施肥处方图提供的信息向控制机构提供控制指令实现机械的变量施肥。控制器在向变量施肥机提供控制命令的同时也会接收施肥机构实际运动的信息，将这些信息与变量施肥图发出的信息进行比较，将这些比较信息显示在控制计算机的显示屏上。

1）变量施肥机有关控制参数的输人

变量施肥机可以对所有的颗粒状肥料实行变量施肥，对不同的颗粒状的化学肥料需要输入该种化学肥料的体积容重，控制器通过肥料的体积容重结合变量施肥机的排肥方式达到对不同种类的化肥实现变量施肥的目的。变量施肥机在田间作业时需要对不同的作业地块进行测速雷达的速度校正，以便消除测速雷达由于地块特征带来的速度误差，从而影响变量施肥机的作业精度。这些控制参数的输人都是通过变量施肥机施肥控制器来实现的，该控制器固定在拖拉机驾驶室的右上方。

2）变量施肥机的田间导航

计算机导航是变量施肥机的重要组成部分。导航系统接收到差分基站的差分信号，这些信号通过机械携带的GPS系统转换成机械所在的地理坐标，变量施肥机的计算机系统将接收到的位置信息坐标与变量施肥处方图中的位置相匹配，考位置相匹配则计算机将处方图中的施肥量信息提供给控制器。变量施肥机在田间的行走是通过导向光棒实现的。驾驶员在田间驾驶拖拉机时，只要观察计算机上的行走标志和导向光棒的偏向光标，即可实现拖拉机的正确行走。

3）作业方式的选择

变量施肥机在GPS的导航作业下，在田间有多种行走方法，但其总的原则是驾驶员容易驾驶和减少调头转弯的时间。目前较常见的有两种田间行走方法，第一种是采用沿地块边界循环转圈的方法。选择该种作业方法后，控制计算机根据输入的机械作业幅宽自动地按照地块边界生成作业路线图供驾驶员在田间驾驶作业，在驾驶作业的过程中，GPS系统根据接收到的信息实时地显示出该点的地理坐标。采用该种作业方法作业时，控制计算机只将GPS位置处的施肥量信息提供给施肥控制器，该种作业方法容易发生施肥栅格与施肥机工作幅宽的不完全匹配。第二种作业方法是采用平行法，施肥作业时驾驶员只需按照控制计算机上显示的路径即可实现机械的正确行走，若是作业地块比较规则，地块较小时选择该种作业方法比较合理。在处方图生成插值时使插值栅格的大小与变量施肥机的工作幅宽相一致，则可准确地按照变量施肥处方图实现变量施肥。