收获机产量监测仪应用试验研究 王熙王智敏王新忠 (黑龙江八一农垦大学密山158308) 摘要:使用装备有产量监视仪的CASEⅢ2366联合收获机,在黑龙江垦区进行农田作物产 量分布信息采集试验,取得了一些试验数据、经验和体会。通过试验对产量监视系统有了更深 入的了解,为今后的精准农业试验奠定了基础。 关键词:全球卫星定位系统:联合收获机:产量监视仪 农田作物产量分布信息(基于GPS的收获机产量监视仪)的试验是实施“精准农业”的第 一步,只有采集到农田作物产量分布信息,才能用计算机软件绘制出谷物产量分布图(田间信 息处理),为作物生产管理决策提供条件。 农田作物产量分布信息(基于GPS的收获机产量监视仪)的试验由黑龙江八一农垦大学与 黑龙江省友谊农场共同实施,试验地点在友谊农场五分场二队,取得了一些试验数据、经验和 体会 1基于GPS的收获机产量监视系统简介 基于GPS的收获机产量监视系统由美国凯斯(Case)公司提供,称为AFS( Advanced farm Systems)系统,由产量监视仪、GPS接收天线、GKS接收机、谷物流量传感器、谷物湿度传感 器、行驶速度传感器、升运器转速传感器、割台高度传感器、 PCMCIA数据卡等组成。组成框 图如图1所示 GPS天线 GPS接收机 谷物流量传感器 行驶速度传感器 割台高度传感器 产量监视仪 谷物湿度传感器 PCMCIA数据卡 升运器转速传感器 图1基于GPS的收获机产量监视系统框图 (1)谷物产量监视仪它安装驾驶室右上方,采用24×2字符型液晶显示器显示,使驾 驶员容易监控收获机的作业状态,它与有关的传感器通过电缆连接。监视仪上还附有24个薄 膜型输入按键,驾驶员在必要时可以手动输入或选定某些数据(如设定割幅宽度、割台止点高 度、年月日,选择作物种类,输入农场名、地号等)。液晶显示屏上谷物瞬时产量、累计产量、 某地块的平均产量、谷物湿度(含水率)、收获作业面积、行驶速度、行驶距离、收获机所处 的经度和纬度等。谷物产量监视仪上还安装有数据卡插槽,用来插入 PCMCIA数据卡。 (2)GPS全球卫星定位系统本系统天线只有一个,外形为白色半球型,安装在驾驶室 的顶部,通过同轴视频电缆与GPS接收机相连,该接收机有一个液晶显示屏和四个按键,具有 12个卫星接收通道,并通过RS-232串行接口与产量监视仪相连。该定位系统在上海市区接收 信号效果良好,在哈尔滨市区接收信号比较弱,只能收到3颗卫星信号:在黑龙江垦区洪河农 场无法收到卫星信号:在黑龙江垦区友谊农场收到卫星信号良好,可以收到8颗卫星信号。但
收获机产量监测仪应用试验研究 王熙 王智敏 王新忠 （黑龙江八一农垦大学 密山 158308） 摘 要: 使用装备有产量监视仪的 CASE IH 2366 联合收获机，在黑龙江垦区进行农田作物产 量分布信息采集试验，取得了一些试验数据、经验和体会。通过试验对产量监视系统有了更深 入的了解，为今后的精准农业试验奠定了基础。 关键词：全球卫星定位系统；联合收获机；产量监视仪 农田作物产量分布信息（基于 GPS 的收获机产量监视仪）的试验是实施“精准农业”的第 一步，只有采集到农田作物产量分布信息，才能用计算机软件绘制出谷物产量分布图（田间信 息处理），为作物生产管理决策提供条件。 农田作物产量分布信息（基于 GPS 的收获机产量监视仪）的试验由黑龙江八一农垦大学与 黑龙江省友谊农场共同实施，试验地点在友谊农场五分场二队，取得了一些试验数据、经验和 体会。 1 基于 GPS 的收获机产量监视系统简介 基于 GPS 的收获机产量监视系统由美国凯斯（Case）公司提供，称为 AFS（Advanced Farming Systems）系统，由产量监视仪、GPS 接收天线、GPS 接收机、谷物流量传感器、谷物湿度传感 器、行驶速度传感器、升运器转速传感器、割台高度传感器、PCMCIA 数据卡等组成。组成框 图如图 1 所示。 图 1 基于 GPS 的收获机产量监视系统框图 （1）谷物产量监视仪 它安装驾驶室右上方，采用 24×2 字符型液晶显示器显示，使驾 驶员容易监控收获机的作业状态，它与有关的传感器通过电缆连接。监视仪上还附有 24 个薄 膜型输入按键，驾驶员在必要时可以手动输入或选定某些数据（如设定割幅宽度、割台止点高 度、年月日，选择作物种类，输入农场名、地号等）。液晶显示屏上谷物瞬时产量、累计产量、 某地块的平均产量、谷物湿度（含水率）、收获作业面积、行驶速度、行驶距离、收获机所处 的经度和纬度等。谷物产量监视仪上还安装有数据卡插槽，用来插入 PCMCIA 数据卡。 （2）GPS 全球卫星定位系统 本系统天线只有一个，外形为白色半球型，安装在驾驶室 的顶部，通过同轴视频电缆与 GPS 接收机相连，该接收机有一个液晶显示屏和四个按键，具有 12 个卫星接收通道，并通过 RS-232 串行接口与产量监视仪相连。该定位系统在上海市区接收 信号效果良好，在哈尔滨市区接收信号比较弱，只能收到 3 颗卫星信号；在黑龙江垦区洪河农 场无法收到卫星信号；在黑龙江垦区友谊农场收到卫星信号良好，可以收到 8 颗卫星信号。但 GPS 天线 GPS 接收机 产 量 监 视 仪 行驶速度传感器 割台高度传感器 升运器转速传感器 谷物流量传感器 谷物湿度传感器 PCMCIA 数据卡
根据试验情况来看,该系统的分辩率还是比较高的,大约为0.5米左右 在试验过程中,GPS定位信号接收良好,联合收获机在作业过程中,经度和纬度随着收获 机的行驶而随时变化 (3)谷物流量传感器该传感器安装在谷物升运器顶部通道,位于粮仓的上部,为冲击 式结构。谷物流量越大,传感器输出信号越强 (4)谷物湿度传感器由于单位体积谷粒质量随含水率变化,收获时必须进行谷粒含水 率测量,以便折算其在标准含水率下的谷粒质量。谷物湿度传感器采用电容极板式,安装在升 运器出口处,在谷物流量传感器附近。 (5)行驶速度传感器采用测量驱动轮轴转速的方法来实现的,由于车轮滑转和下陷, 所得速度与真实速度有一定的误差。需要标定的修正 (6)割台提升位置传感器该传感器安装在驾驶室下方的割台过桥处,过桥左右两边共 有2个角度式传感器,收获机在地头转弯时或经过没有作物的田间时,割台将停止工作而升高, 由传感器发出信号,产量监视仪自动暂时停止作业面积的统计和计算。驾驶室内仪表板上有 块液晶显示屏专门显示割台高度,显示范围为0~50厘米。割台停止计量的高度可以设定为 30厘米(此设定可以修改)。当割台高度低于30厘米时,产量监视仪开始统计计量。 (⑦)数据存储卡产量监视仪将原始数据经过数字化处理后存入数据存储卡,通过数据 存储卡再转移到计算机(或便携式笔记本电脑)上采用专用软件处理。AFS系统软件不但能绘 制出产量图,还能同时绘制出谷物水份分布图和田间海拔高度图 2收获机产量监测试验 试验地点在黑龙江省红兴隆农垦分局友谊农场五分场二队3号小麦地,土地面积130公顷 地块长度为1700米。品种小麦为NF-134号,试验使用美国凯斯公司生产的联合收获机,型号 为 Case Ih2366,装有第一代AFS系统,采用捡拾作业。 在无纠偏站的条件试验过程中,GPS定位信号接收良好,联合收获机在作业过程中,经 度和纬度随着收获机的行驶而随时变化 收获作业速度约为5.5公里/小时,发动机转速为2340转/分,2档大油门作业,捡拾小 麦作业平均幅宽大约为5.0米,小麦捡拾收获作业效率为30公顷/天,试验期间环境温度为 24~32℃。利用 Case Ih2366收获机已经采集到27公顷小麦产量、小麦水份及田间海拔高度 信息,并利用AFS软件生成小麦产量图、小麦水份图、田间海拔高度图和数据表 本系统采用 PCMCIA数据卡(国际协会个人计算机存储卡),原随车配备的是一块存储容量 为256K比特的 PCMCIA数据卡,由于该卡容量比较小,只能记录谷物总产量、作业面积、平均 产量、平均谷物含水率等数据,不能记录GPS等位置信息。后采用IM比特的 PCMCIA数据卡, 该卡可以记录GPS等位置信息等,收获作业时要将M比特的 PCMCIA数据卡插入产量监视仪卡 槽中,产量监视仪自动识别IM比特的 PCMCIA数据卡。如果该卡第一次使用,产量监视仪要将 此卡格式化(此类卡只能在产量监视仪上格式化), PCMCIA数据卡在格式化后才能使用。 产量监视仪在作业以前要完成一些参数输入(设定)、工作方式及工作部件选择工作。如 果参数输入(设定)错误,产量监视仪不能正常工作或不工作。参数输入(设定)有:①产量监 视仪序列号、②产量监视仪盒校准号、③产量监视仪电压校准号、④谷物流量传慼器序列号、 ⑤谷物流量传感器校准号、⑥输λ浄粮升运器转速设置、⑦粮食湿度传感器设定、⑧收获机速 度传感器设定、⑨垄宽设定、⑩垄数设定等 使用计算机及读卡器将 PCMCIA数据卡内的数据解读出来,使用凯斯公司提供的AFS专用 软件绘制出产量图
根据试验情况来看，该系统的分辩率还是比较高的，大约为 0.5 米左右。 在试验过程中，GPS 定位信号接收良好，联合收获机在作业过程中，经度和纬度随着收获 机的行驶而随时变化。 （3）谷物流量传感器 该传感器安装在谷物升运器顶部通道，位于粮仓的上部，为冲击 式结构。谷物流量越大，传感器输出信号越强。 （4）谷物湿度传感器 由于单位体积谷粒质量随含水率变化，收获时必须进行谷粒含水 率测量，以便折算其在标准含水率下的谷粒质量。谷物湿度传感器采用电容极板式，安装在升 运器出口处，在谷物流量传感器附近。 （5）行驶速度传感器 采用测量驱动轮轴转速的方法来实现的，由于车轮滑转和下陷， 所得速度与真实速度有一定的误差。需要标定的修正。 （6）割台提升位置传感器 该传感器安装在驾驶室下方的割台过桥处，过桥左右两边共 有 2 个角度式传感器，收获机在地头转弯时或经过没有作物的田间时，割台将停止工作而升高， 由传感器发出信号，产量监视仪自动暂时停止作业面积的统计和计算。驾驶室内仪表板上有一 块液晶显示屏专门显示割台高度，显示范围为 0～50 厘米。割台停止计量的高度可以设定为 30 厘米（此设定可以修改）。当割台高度低于 30 厘米时，产量监视仪开始统计计量。 （7）数据存储卡 产量监视仪将原始数据经过数字化处理后存入数据存储卡，通过数据 存储卡再转移到计算机（或便携式笔记本电脑）上采用专用软件处理。AFS 系统软件不但能绘 制出产量图，还能同时绘制出谷物水份分布图和田间海拔高度图。 2 收获机产量监测试验 试验地点在黑龙江省红兴隆农垦分局友谊农场五分场二队3号小麦地，土地面积130公顷， 地块长度为 1700 米。品种小麦为 NF-134 号，试验使用美国凯斯公司生产的联合收获机，型号 为 Case IH 2366，装有第一代 AFS 系统，采用捡拾作业。 在无纠偏站的条件试验过程中，GPS 定位信号接收良好，联合收获机在作业过程中，经 度和纬度随着收获机的行驶而随时变化。 收获作业速度约为 5.5 公里/小时，发动机转速为 2340 转/分，2 档大油门作业，捡拾小 麦作业平均幅宽大约为 5.0 米，小麦捡拾收获作业效率为 30 公顷/天，试验期间环境温度为 24～32℃。利用 Case IH 2366 收获机已经采集到 27 公顷小麦产量、小麦水份及田间海拔高度 信息，并利用 AFS 软件生成小麦产量图、小麦水份图、田间海拔高度图和数据表。 本系统采用 PCMCIA 数据卡（国际协会个人计算机存储卡），原随车配备的是一块存储容量 为 256K 比特的 PCMCIA 数据卡，由于该卡容量比较小，只能记录谷物总产量、作业面积、平均 产量、平均谷物含水率等数据，不能记录 GPS 等位置信息。后采用 1M 比特的 PCMCIA 数据卡， 该卡可以记录 GPS 等位置信息等，收获作业时要将 1M 比特的 PCMCIA 数据卡插入产量监视仪卡 槽中，产量监视仪自动识别 1M 比特的 PCMCIA 数据卡。如果该卡第一次使用，产量监视仪要将 此卡格式化（此类卡只能在产量监视仪上格式化），PCMCIA 数据卡在格式化后才能使用。 产量监视仪在作业以前要完成一些参数输入（设定）、工作方式及工作部件选择工作。如 果参数输入（设定）错误，产量监视仪不能正常工作或不工作。参数输入(设定)有：①产量监 视仪序列号、②产量监视仪盒校准号、③产量监视仪电压校准号、④谷物流量传感器序列号、 ⑤谷物流量传感器校准号、⑥输入净粮升运器转速设置、⑦粮食湿度传感器设定、⑧收获机速 度传感器设定、⑨垄宽设定、⑩垄数设定等。 使用计算机及读卡器将 PCMCIA 数据卡内的数据解读出来，使用凯斯公司提供的 AFS 专用 软件绘制出产量图
3经验和体会 在友谊农场五分场二队现场试验,对GPS卫星定位系统及AFS产量监视系统有更深一层的 理解和体会,为今后的进一步试验奠定了基础。总结及体会如下 1.本次试验是在友谊五分场二队正常生产作业中进行,没有耽误正常的小麦捡拾作业 因此试验数据能够代表生产实际。从小麦产量图中明显可见,地块内的产量差异较大,有很大 的产量潜力 2.友谊五分场二队3号地面积比较大,土地面积为130公顷(约1950亩,在小麦捡拾作 业过程中,需要多台联合收获机同时穿插作业,而装有产量监视系统的联合收获机只有一台, 因此不能形成整个地块的产量图。如要解决此问题,参加收获作业的收获机都必须安装产量监 视系统,将几台收获机获取的产量图合并,形成一个完整的整个地块的产量图 3.友谊五分场二队使用的产量监视系统比较落后,液晶显示屏为字符显示方式,操作比较 繁琐,参数设置较复杂,读卡方式比较麻烦,必须使用读卡器,才能将数据卡中的数据读入到 计算机中进行处理,因此需要更换新型产量监视系统 4.根据试验情况来看,从割台收获到谷物流量传感器输出信号,滞后大约为6~8秒钟, 对测量精度有一定影响。 5在田间试验中,3号地块中间局部地区杂草比较多,收获机在地块中间杂草比较多的地 方作业时,产量监视仪显示单位谷物产量明显下降。因此要使用产量监视仪对杂草较多的地方 进行标记 6.谷物单位面积产量、谷物水份、粮食升运器出口处温度、收获行驶距离等都必须在田间 进行现场标定,并对产量监视仪进行校准和修正,否则产量监视伩的测量误差比较大。绘制出 当年的产量图还不够,要通过试验并绘制出多年的产量图,并将多年的产量图进行叠加,效果 才能更好。 7.本次试验取得了阶段性的进展,以后的细致工作还有很多,需要进一步的消化、吸收和 创新 目前手中只有凯斯公司的产量图绘制软件,还需要田间地理信息系统及农业专家系统专 用软件,需从国外购买或者根据黑龙江垦区实际情况自行研制。 [参考资料] [1]汪懋华.“精细农作”技术发展与农业技术装备创新系列讲座.北京:农业机械,1999.2 [2]王智敏.“精准农业”在黑龙江垦区农业生产的应用系列讲座.佳木斯:现代化农 业,1999.10~12 [3]凯斯公司. CASE IH收获机产量监视仪操作者手册V6.02 [4]王熙.汽车、拖拉机、收获机电器电子设备原理与维修.哈尔滨:黑龙江科学技术出版 社,2000.3
3 经验和体会 在友谊农场五分场二队现场试验，对 GPS 卫星定位系统及 AFS 产量监视系统有更深一层的 理解和体会，为今后的进一步试验奠定了基础。总结及体会如下： 1．本次试验是在友谊五分场二队正常生产作业中进行，没有耽误正常的小麦捡拾作业， 因此试验数据能够代表生产实际。从小麦产量图中明显可见，地块内的产量差异较大，有很大 的产量潜力。 2.友谊五分场二队 3 号地面积比较大，土地面积为 130 公顷（约 1950 亩），在小麦捡拾作 业过程中，需要多台联合收获机同时穿插作业，而装有产量监视系统的联合收获机只有一台， 因此不能形成整个地块的产量图。如要解决此问题，参加收获作业的收获机都必须安装产量监 视系统，将几台收获机获取的产量图合并，形成一个完整的整个地块的产量图。 3.友谊五分场二队使用的产量监视系统比较落后，液晶显示屏为字符显示方式，操作比较 繁琐，参数设置较复杂，读卡方式比较麻烦，必须使用读卡器，才能将数据卡中的数据读入到 计算机中进行处理，因此需要更换新型产量监视系统。 4.根据试验情况来看，从割台收获到谷物流量传感器输出信号，滞后大约为 6～8 秒钟， 对测量精度有一定影响。 5.在田间试验中，3 号地块中间局部地区杂草比较多，收获机在地块中间杂草比较多的地 方作业时，产量监视仪显示单位谷物产量明显下降。因此要使用产量监视仪对杂草较多的地方 进行标记。 6.谷物单位面积产量、谷物水份、粮食升运器出口处温度、收获行驶距离等都必须在田间 进行现场标定，并对产量监视仪进行校准和修正，否则产量监视仪的测量误差比较大。绘制出 当年的产量图还不够，要通过试验并绘制出多年的产量图，并将多年的产量图进行叠加，效果 才能更好。 7.本次试验取得了阶段性的进展，以后的细致工作还有很多，需要进一步的消化、吸收和 创新。 8.目前手中只有凯斯公司的产量图绘制软件，还需要田间地理信息系统及农业专家系统专 用软件，需从国外购买或者根据黑龙江垦区实际情况自行研制。 [参 考 资 料] [1] 汪懋华. “精细农作”技术发展与农业技术装备创新系列讲座.北京:农业机械,1999.2～ 12 [2] 王智敏. “精准农业”在黑龙江垦区农业生产的应用系列讲座.佳木斯:现代化农 业,1999.10～12 [3] 凯斯公司. CASE IH 收获机产量监视仪操作者手册 V6.02 [4] 王熙. 汽车、拖拉机、收获机电器电子设备原理与维修.哈尔滨:黑龙江科学技术出版 社,2000.3