機載式油菜造型播種裝置

◆湖南省南縣第一中學 洪 偉 徐 婷

近年來，南縣大力發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和全域旅游，羅文花海國際涂鴉藝術(shù)村的“萬畝油菜花?！泵磕甓紩?nèi)外眾多游客前來觀光。然而，由于播種效率不高，無法實現(xiàn)大面積播種，南縣油菜花田尚未形成特色。能否發(fā)明一種裝置解決這個問題？

一、選題背景

1.目的及意義

油菜一直是南縣農(nóng)民主要的農(nóng)作物和食用油來源。探索大面積油菜播種技術(shù)方式，對突破油菜播種形式、縮短油菜的作業(yè)成本、提高效率、發(fā)展南縣的縣域經(jīng)濟、改善民生以及培養(yǎng)自己的學習能力和創(chuàng)新思維都大有益處。因此，本選題具有一定的社會經(jīng)濟價值和科技創(chuàng)新價值。

2.國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀分析

油菜是我國重要的油料作物，種植地域十分廣泛。目前，我國油菜的播種方式仍主要依靠人工撒播來完成。傳統(tǒng)播種方式勞動強度大、生產(chǎn)效率低、勞動時間長等導致種植油菜的比較效益低。要改變這種局面，就必須實現(xiàn)油菜播種由傳統(tǒng)播種方式向機械化播種方式轉(zhuǎn)變。

目前我國在油菜的機械化播種方面總體上還處于較低水平。據(jù)國家統(tǒng)計局和中國農(nóng)業(yè)機械化年鑒統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2015年我國油菜機械化播種水平僅為 22.01%，油菜機械化播種水平程度低、技術(shù)層次低已成為制約我國油菜生產(chǎn)發(fā)展的瓶頸。

在相關(guān)研究中，研究最多的是機械條播技術(shù)，而對基于計算機編程播種和噴墨打印原理的油菜造型播種技術(shù)、氣壓式肥種發(fā)射技術(shù)、自動導航和變量播種技術(shù)等油菜播種智能化技術(shù)的研究卻很少。

采用計算機編程播種和噴墨打印原理的油菜造型播種技術(shù)可根據(jù)實際的需要設(shè)定程序，讓裝置自動按照設(shè)置好的圖形或文字播種；自動導航技術(shù)利用GPS 或北斗導航等完成對行，可提高行駛直線度，降低駕駛員的勞動強度，有效利用耕地進行路徑規(guī)劃；變量播種技術(shù)則是基于產(chǎn)量分布圖，根據(jù)土壤肥力、播期、品種、種植要求等變量播種。機載式油菜造型播種裝置集成自動導航、造型播種和變量播種等技術(shù)，成為實用創(chuàng)新播種技術(shù)的發(fā)展方向。

二、基本思路

機載式油菜造型播種裝置利用計算機編程技術(shù)、氣壓播種技術(shù)，以飛行器為載運工具，能自動識別地形，實現(xiàn)大面積的造型播種。

三、系統(tǒng)設(shè)計

硬件系統(tǒng)主要由載運工具（無人機）、程序控制箱（集成地形信息傳輸器、造型設(shè)計芯片）、地形信息采集頭、肥種箱、氣壓式肥種發(fā)射裝置、遙控器、喇叭播種口等組成。其中，氣壓式肥種發(fā)射裝置由電動機、壓縮機、肥種箱、真空分離器、導種管、喇叭播種口組成。

軟件系統(tǒng)主要為造型設(shè)計程序、信息自動傳輸程序和圖像比較識別程序等。

圖1 機載式油菜造型播種裝置結(jié)構(gòu)圖

圖2 氣壓式肥種發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)圖

圖3 沒有經(jīng)過造型播種的羅文花海油菜地

圖4 經(jīng)過造型播種的羅文花海油菜地想象圖

四、使用方法

1.通過向無人機自動飛行控制系統(tǒng)輸入程序，讓無人機自動識別播種所需的飛機姿態(tài)與航跡。

2.肥種箱內(nèi)裝有電動機、攪拌器、烘干機，程序控制芯片按比例將肥料、油菜種子、水混合攪拌好，然后通過烘干機適當烘干，使肥料包裹油菜種子，形成硬殼，制成肥種。

3.在真空分離器的作用下，讓肥種沿導種管進入氣壓式肥種發(fā)射裝置。氣壓式肥種發(fā)射裝置利用氣槍發(fā)射原理，由電動機帶動壓縮機形成高壓氣流，對種子進行吹送，使種子按一定軌跡從播種口噴出，完成排種。

4.地形信息采集頭包括高清攝像機、機座，通過螺栓安裝在無人機平臺的四周。程序控制箱安裝在無人機運動平臺的頂部，肥種箱、遙控器、氣壓式肥種發(fā)射裝置、喇叭播種口安裝在無人機運動平臺的底部。

5.作業(yè)時，將裝置放入要播種的區(qū)域。啟動開關(guān)，播種裝置升空，地形信息采集頭工作，識別所要播種區(qū)域的地形面積以及所需肥種數(shù)量，按照造型芯片預(yù)設(shè)的造型程序自動進行造型播種。