近日，中国热科院农机所在木薯种植智能化监测关键技术研究方面取得重要进展。研发的一种面向精准农业的基于光纤传感器和旋转编码器的实时切种式木薯种植机种植质量监测系统显著提升了木薯种植的智能化和精准化水平，为木薯种植的智能化管理与精准作业提供了技术支撑，进一步推动了精准农业在木薯生产机械化领域的发展与应用。
木薯在全球粮食安全和经济社会发展中发挥着至关重要的作用。木薯种植机在作业时，操作员无法直接监测种植质量，种植过程人工操作不当或机器出现异常会造成种茎漏播或切段粘连而重播等问题，导致木薯产量降低。因此，开发高效的种植质量监测系统至关重要。
本研究通过分析2CM-2B型木薯联合种植机切种装置工作过程，选择以对射式光纤传感器与旋转编码器作为主要的监测元件，以木薯联合种植机为载体设计种植质量监测系统，根据木薯实时切种作业中可能出现的3种作业情况，确定监测系统针对各栽植状态的监测算法，准确监测木薯种植机的栽植参数，包括栽植总量、通过的种茎量、漏播的种茎量和切段粘连种茎量。在监测过程中，通过提取和处理旋转编码器脉冲信号来创建一个监控窗口，并根据监控窗口内的脉冲宽度信息计算每个相对切割操作后种植的种茎数量，每个监控窗口相互独立，实现稳定的种植质量实时监测。若出现漏播或切段粘连故障，监控窗口内的脉冲宽度会显示异常，系统会立即触发声光报警，确保作业过程的高效与精准。
研究分别进行了室内台架试验及室外田间试验。室内试验结果显示，当模拟对向切种刀转轴转速为10-30r/min时，左右两行播种量监测值与实际值的之间的平均绝对误差2.67，平均相对误差1.33%。经Duncan多重比较分析可得，对向切种刀转轴转速对监测精度影响不显著。系统故障报警成功率达到了100%，故障报警平均响应时间小于0.4s。室内台架试验表明，监测系统的监测精度较高且相对稳定，故障报警及时且准确，播种速度对其影响不大。田间试验结果显示，田间自然光照条件对监测系统的工作没有影响，在田间复杂环境下可以正常使用。当种植机前进作业速度为2~4km/h时，播种量监测的相对误差区间为0.48%~1.46%，平均相对误差为0.91%，报警成功率为100%。田间试验结果表明，监测系统的监测误差在合理范围内，可满足各种运行速度木薯种植质量的实时监测需要。
种茎切割装置和排种装置布局
种植质量监测原理图
种植质量监测主系统硬件
种植质量监测系统构成
2CM-2B型木薯联合种植机配备智能化监测系统进行田间测试
相关成果以“Design and validation of a real-time cassava planter seed quality monitoring system based on optical fiber sensors and rotary encoders”发表于《Frontiers in Plant Science》。中国热科院农机所颜彬研究实习员和崔振德副研究员为论文共同第一作者，中国热科院农机所邓干然研究员和李国杰副研究员为论文共同通讯作者。该研究得到中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（1630132022002）、国家木薯产业技术体系（CARS-11-GDDGR）、广西科技重大专项（桂科 AA23073003）等项目资助。
