01. Моделирование квадратно-гнездового посева / А. Ю. Попов.

Печать

УДК 631.53.044-047.58

DOI: 10.15507/2658-4123.030.202004.524-549

Моделирование квадратно-гнездового посева

Попов Антон Юрьевич
доцент кафедры проектирования и технического сервиса транспортно-технологических систем ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет» (344000, Российская Федерация, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, д. 1), кандидат технических наук, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4922-4158, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Введение. Для пропашных культур оптимальной формой площади питания является квадратная, которая обеспечивается квадратно-гнездовым способом посева. В настоящее время из-за высокой металлоемкости и низкой производительности этот способ посева заменен на пунктирный. Но это не решает задачу рационального распределения семян на поле, и проблема точного размещения растений с оптимальной квадратной формой площади питания остается актуальной. Целью исследования является разработка и анализ имитационной модели квадратно-гнездового посева на основе алгоритма управления исполнительными механизмами секций сеялки с применением устройств для локального координирования посевного агрегата.
Материалы и методы. Рассмотрен программируемый квадратно-гнездовой посев с применением локального координирования посевного агрегата и алгоритм для его осуществления. Описано построение имитационной модели посева в программной среде Simulink Matlab с обоснованием ее элементов. Учтены разброс семян в борозде и переменная величина скорости сеялки. Теоретически обосновано количество импульсов на один оборот вала энкодера.
Результаты исследования. Построены графики пройденного пути, координаты позиций открытия заслонок и сигналов управления в зависимости от времени. Проведен анализ настроек энкодера. При изменении шага посева и координат первого открытия заслонок отклонение последнего гнезда семян варьируется в диапазоне от –2,6 ∙ 10^–3 до 2,7 ∙ 10^–3 м. С увеличением скорости сеялки от 1,5 до 3,0 м/с математическое ожидание отклонений гнезд семян увеличивается от 0,054 до 0,218 м, а коэффициент вариации снижается с 61,2 до 15,0 %.
Обсуждение и заключение. Анализ имитационной модели квадратно-гнездового посева показал, что алгоритм управления исполнительными механизмами вместе с системой локального координирования работает адекватно и обеспечивает высокую точность размещения гнезд семян на поле. Определены зависимости оптимального количества импульсов на один оборот вала энкодера от заданного шага посева и радиуса путеизмерительного колеса. Выяснено, что величина максимального отклонения последнего гнезда семян не превышает 2,7 мм на 1 000 м (при x = 0,3 м и t = 0,7 м). Установлено, что точность распределения гнезд семян на поле определяется в большей степени скоростью сеялки, нежели настройками измерительного устройства.

Ключевые слова: программа управления, квадратно-гнездовой способ, сигнал, энкодер, модель посева, разброс семян, неравномерность распределения

Для цитирования: Попов, А. Ю. Моделирование квадратно-гнездового посева / А. Ю. Попов. – DOI 10.15507/2658-4123.030.202004.524-549 // Инженерные технологии и системы. – 2020. – Т. 30, № 4. – С. 524–549.

Автор прочитал и одобрил окончательный вариант рукописи.

Поступила 10.07.2020; принята к публикации 20.08.2020;
опубликована онлайн 30.12.2020

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Мухин, В. А. Влияние способов посева зерновых колосовых культур на площадь питания растений / В. А. Мухин, А. А. Кромм, С. Г. Щукин // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. – 2005. – № 6. – С. 71–78. ‒ Рез. англ.

2. Василенко, В. В. Распределение семян и растений сахарной свеклы при пунктирном высеве / В. В. Василенко, С. В. Василенко // Техника в сельском хозяйстве. – 1999. – № 1. – С. 6–9.

3. Технология внесения пестицидов и удобрений беспилотными летательными аппаратами в цифровом сельском хозяйстве / Л. А. Марченко, А. А. Артюшин, И. Г. Смирнов [и др.]. – DOI 10.22314/2073-7599-2019-13-5-38-45 // Сельскохозяйственные машины и технологии. – 2019. – Т. 13, № 5. – С. 38–45. – URL: https://www.vimsmit.com/jour/article/view/355 (дата обращения: 12.10.2020).

4. Личман, Г. И. Космический мониторинг в системе точного земледелия / Г. И. Личман, Н. М. Марченко // Сельскохозяйственные машины и технологии. – 2010. – № 1. – С. 27–31.

5. Патент № 167927 Российская Федерация, МПК A01C 7/08 (2006.01). Система контроля и управления посевным комплексом : № 2015147700 : заявл. 06.11.2015 : опубл. 12.01.2017 / Скрынник Б. С. ; патентообладатель ООО «Центр точного земледелия Аэросоюз». – URL: https://new.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPM&DocNumber=167927&TypeFile=html (дата обращения: 12.10.2020).

6. Navigation Algorithm Based on the Boundary Line of Tillage Soil Combined with Guided Filtering and Improved Anti-Noise Morphology / W. Lu, M. Zeng, L. Wang [et al.]. – DOI 10.3390/s19183918 // Sensors. – 2019. – Vol. 19, Issue 18. – Pp. 3918. – URL: https://www.mdpi.com/1424-8220/19/18/3918 (дата обращения: 12.10.2020).

7. Mitterer, T. Artificial Landmarks for Trusted Localization of Autonomous Vehicles Based on Magnetic Sensors / T. Mitterer, H. Gietler, L.-M. Faller [et al.]. – DOI 10.3390/s19040813 // Sensors. – 2019. – Vol. 19, Issue 4. – Pp. 813. – URL: https://www.mdpi.com/1424-8220/19/4/813 (дата обращения: 12.10.2020).

8. Li, Y. 3D Autonomous Navigation Line Extraction for Field Roads Based on Binocular Vision / Y. Li, X. Wang, D. Liu. – DOI 10.1155/2019/6832109 // Journal of Sensors. – 2019. – Vol. 2019, Article ID 6832109. – 16 p. – URL: https://www.hindawi.com/journals/js/2019/6832109/ (дата обращения: 12.10.2020).

9. Application of a 3D Tractor-Driving Simulator for Slip Estimation-Based Path-Tracking Control of Auto-Guided Tillage Operation / X. Han, H.-J. Kim, Ch. W. Jeon [et al.]. – DOI 10.1016/j.biosystemseng.2018.11.003 // Biosystems Engineering. – 2019. – Vol. 178. – Pp. 70–85. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1537511017309005?via%3Dihub#! (дата обращения: 12.10.2020).

10. LiDAR-Only Based Navigation Algorithm for an Autonomous Agricultural Robot / F. B. P. Malavazi, R. Guyonneau, J.-B. Fasquel [et al.]. – DOI 10.1016/j.compag.2018.08.034 // Computers and Electronics in Agriculture. – 2018. – Vol. 154. – Pp. 71–79. ‒ URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168169918302679?via%3Dihub (дата обращения: 12.10.2020).

11. Curved and Straight Crop Row Detection by Accumulation of Green Pixels from Images in Maize Fields / I. Garcia-Santillan, J. M. Guerrero, M. Montalvo, G. Pajares. – DOI 10.1007/s11119-016-9494-1 // Precision Agriculture. – 2018. – Vol. 19. – Pp. 18–41. – URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s11119-016-9494-1 (дата обращения: 12.10.2020).

12. Combining Computer Vision and Deep Learning to Enable Ultra-Scale Aerial Phenotyping and Precision Agriculture: A Case Study of Lettuce Production / A. Bauer, A. G. Bostrom, J. Ball [et al.]. – DOI 10.1038/s41438-019-0151-5 // Horticulture Research. – 2019. – Vol. 6, Article ID 70. – URL: https://www.nature.com/articles/s41438-019-0151-5 (дата обращения: 12.10.2020).

13. Unmanned Aerial Vehicle Remote Sensing for Field-Based Crop Phenotyping: Current Status and Perspectives / G. Yang, J. Liu, C. Zhao [et al.]. – DOI 10.3389/fpls.2017.01111 // Frontiers in Plant Science. – 2017. – Vol. 8. – URL: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2017.01111/full (дата обращения: 12.10.2020).

14. Robot Navigation in Orchards with Localization Based on Particle Filter and Kalman Filter / P. M. Blok, K. Boheemen, F. K. Evert [et al.]. – DOI 10.1016/j.compag.2018.12.046 // Computers and Electronics in Agriculture. – 2019. – Vol. 157. – Pp. 261–269. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168169918315230?via%3Dihub (дата обращения: 12.10.2020).

15. Fernandez, B. A Simplified Optimal Path Following Controller for an Agricultural Skid-Steering Robot / B. Fernandez, P. J. Herrera, J. A. Cerrada. – DOI 10.1109/ACCESS.2019.2929022 // IEEE Access. – 2019. – Vol. 7. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/8763950 (дата обращения: 12.10.2020).

16. Патент № 127497 СССР, МПК A01C 7/18 (2000.01), A01B 69/00 (2000.01). Способ ультразвукового управления сеялками при квадратно-гнездовом посеве : № 625573 : заявл. 16.04.1959 : опубл. 01.01.1960 / Кобаков О. С., Костин Ю. П., Шварцман Л. М. ; патентообладатель Суханова М. В. – 2 с. – URL: https://new.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=127497&TypeFile=html (дата обращения: 12.10.2020).

17. Патент № 843811 СССР, МПК А01 С7/04. Способ посева семян кукурузы : № 2752031 : заявл. 12.04.1979 : опубл. 07.07.1981 / Прокопов О. И., Зиязетдинов Р. Ф. ; заявитель и патентообладатель Башкирский сельскохозяйственный институт. – 4 с. – URL: https://new.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=843811&TypeFile=html (дата обращения: 12.10.2020).

18. Патент № 106630 СССР, МПК A01C 7/18 (2000.01). Устройство для высева сельскохозяйственных культур по квадратно-гнездовому способу : № 454858 : заявл. 13.03.1956 : опубл. 07.07.1957 / Балановский П. А., Домонтович М. В. ; заявитель и патентообладатель Балановский П. А., Домонтович М. В. – 4 с. – URL: https://new.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=106630&TypeFile=html (дата обращения: 12.10.2020).

19. Лобачевский, П. Я. Закономерности подачи технологического материала дискретными дозаторами / П. Я. Лобачевский // Вестник российской сельскохозяйственной науки. – 1999. – № 6. – С. 33–35.

20. Патент № 2363131 Российская Федерация, МПК A01C 7/18 (2006.01). Квадратно-гнездовая сеялка : № 2008113792/12 : заявл. 08.04.2008 : опубл. 10.08.2009 / Лобачевский П. Я., Попов А. Ю., Несмиян А. Ю. [и др.] ; патентообладатель ФГОУ ВПО АЧГАА. – 7 с. – URL: https://www.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=2363131&TypeFile=html (дата обращения: 12.10.2020).

21. Патент № 2369069 Российская Федерация, МПК A01C7/18. Квадратно-гнездовой способ посева : № 2008120457 : заявл. 22.05.2008 : опубл. 10.10.2009 / Лобачевский П. Я., Попов А. Ю., Несмиян А. Ю. [и др.] ; патентообладатель ФГОУ ВПО АЧГАА. – 5 с. – URL: https://www.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=2369069&TypeFile=html (дата обращения: 12.10.2020).

22. Зубрилина, Е. М. Распределение семян двух культур в рядке при совместном высеве / Е. М. Зубрилина // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2002. – № 7. – С. 13–15.

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.