本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)機(jī)械自動化，尤其涉及智能化播種機(jī)械自動化控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，播種是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對種子的發(fā)芽率、作物的生長質(zhì)量及農(nóng)業(yè)產(chǎn)量有直接影響。傳統(tǒng)的播種機(jī)械依賴于固定的播種深度、速度、種子間距和種子投放量，這種方式難以適應(yīng)不同土壤環(huán)境和作物類型的需求，容易造成種子的浪費(fèi)或種植效果不佳。隨著智能化農(nóng)業(yè)的發(fā)展，人們希望通過智能播種系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精確化播種，從而提高資源利用效率并減少對環(huán)境的影響。智能播種機(jī)械自動化控制系統(tǒng)能夠根據(jù)不同區(qū)域的土壤條件和地形變化，自動調(diào)整播種參數(shù)，以適應(yīng)復(fù)雜的農(nóng)田環(huán)境，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、均勻和高效的播種效果。

2、然而，現(xiàn)有技術(shù)中仍存在一些亟待解決的問題。首先，傳統(tǒng)播種機(jī)械對土壤環(huán)境的適應(yīng)性較差，無法根據(jù)土壤的空間變異性、濕度、硬度等因素動態(tài)調(diào)整播種參數(shù)，導(dǎo)致播種深度和間距不夠精準(zhǔn)，影響作物的生長。其次，現(xiàn)有智能播種系統(tǒng)在播種機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷和路徑校正方面存在不足，無法實(shí)時處理復(fù)雜地形或設(shè)備故障，導(dǎo)致播種過程的不穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了智能化播種機(jī)械自動化控制系統(tǒng)。

2、智能化播種機(jī)械自動化控制系統(tǒng)，包括土壤可變性分析模塊、動態(tài)播種模式調(diào)整模塊、土壤結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)模塊、播種控制與優(yōu)化模塊、智能故障診斷模塊和可視化模塊，其中；

3、所述土壤可變性分析模塊用于實(shí)時采集土壤數(shù)據(jù)，土壤數(shù)據(jù)包括土壤濕度、溫度、ph值、鹽分、硬度以及粒徑分布，并借助機(jī)器學(xué)習(xí)算法對采集的土壤數(shù)據(jù)進(jìn)行空間和時間維度上的建模分析，實(shí)時預(yù)測土壤的空間變異性和適播性；

4、所述動態(tài)播種模式調(diào)整模塊與土壤可變性分析模塊聯(lián)動，根據(jù)預(yù)測的土壤空間變異性和適播性自動調(diào)整播種深度、播種速度、種子間距及種子投放量；

5、所述土壤結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)模塊用于在播種機(jī)通過土壤時對土壤的壓實(shí)和松動情況進(jìn)行智能調(diào)整；

6、所述播種控制與優(yōu)化模塊用于根據(jù)土壤可變性分析模塊和動態(tài)播種模式調(diào)整模塊的輸出結(jié)果，綜合調(diào)整播種參數(shù)，播種參數(shù)包括播種深度、播種速度、種子間距和種子投放量；

7、所述智能故障診斷模塊用于實(shí)時監(jiān)測播種機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，檢測出現(xiàn)的故障并進(jìn)行診斷；

8、所述可視化模塊用于實(shí)時展示系統(tǒng)工作狀態(tài)及土壤和播種數(shù)據(jù)，包括土壤濕度、溫度和播種深度，以圖形界面的形式提供給操作人員，幫助進(jìn)行更直觀的決策和調(diào)整。

9、可選的，所述土壤可變性分析模塊包括：

10、所述土壤可變性分析模塊實(shí)時采集土壤數(shù)據(jù)，土壤數(shù)據(jù)包括土壤濕度、溫度、ph值、鹽分、硬度和粒徑分布，所述土壤數(shù)據(jù)通過多個傳感器進(jìn)行采集，所述傳感器包括濕度傳感器、溫度傳感器、ph值傳感器、鹽分傳感器、硬度傳感器和粒徑傳感器；

11、將所采集的土壤數(shù)據(jù)通過無線通信方式傳輸至預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)處理單元；

12、對采集的土壤數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括去噪聲、插值填補(bǔ)缺失值和單位轉(zhuǎn)換；

13、將預(yù)處理后的土壤數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，以統(tǒng)一不同土壤數(shù)據(jù)項(xiàng)的量綱和尺度。

14、可選的，所述土壤可變性分析模塊還包括：

15、通過隨機(jī)森林算法建立空間變異性預(yù)測模型；

16、通過歷史土壤數(shù)據(jù)對空間變異性預(yù)測模型進(jìn)行訓(xùn)練，結(jié)合實(shí)時采集的土壤數(shù)據(jù)，預(yù)測不同土壤區(qū)域的空間變異性指數(shù)；

17、基于預(yù)測的空間變異性指數(shù)，采用多元回歸分析細(xì)化土壤適播性區(qū)域的劃分，識別出適宜播種的區(qū)域，并生成土壤適播性指數(shù)；

18、根據(jù)適播性指數(shù)的評估結(jié)果，輸出適宜播種的區(qū)域及播種參數(shù)，包括播種深度、播種速度和種子投放量，并傳輸至動態(tài)播種模式調(diào)整模塊，以優(yōu)化播種策略。

19、可選的，所述動態(tài)播種模式具體包括：

20、接收土壤可變性分析模塊輸出的適播性數(shù)據(jù)，所述適播性數(shù)據(jù)包含土壤適播性指數(shù)和空間變異性指數(shù)，用于確定不同區(qū)域的播種參數(shù)調(diào)整需求；

21、根據(jù)土壤適播性指數(shù)自動調(diào)整播種深度，適播性指數(shù)越高，播種深度越深，以提高種子與土壤的接觸面積，適播性指數(shù)越低，播種深度越淺，減少種子埋藏深度；

22、依據(jù)土壤空間變異性指數(shù)調(diào)整播種速度，空間變異性指數(shù)越大，表明土壤區(qū)域存在差異性越大，播種速度越低，以確保種子均勻分布，空間變異性指數(shù)越小，播種速度越快，以提高播種效率；

23、基于適播性指數(shù)和空間變異性指數(shù)自動調(diào)節(jié)種子間距，適播性指數(shù)越高且空間變異性越小，則種子間距越小，以增加種子密度，提高單位面積的發(fā)芽數(shù)量，若適播性指數(shù)越低或空間變異性越大，則種子間距越大，避免種子過密影響生長；

24、自動調(diào)整種子投放量，以匹配適播性指數(shù)和空間變異性指數(shù)，適播性越高的區(qū)域種子投放量越多，確保土壤資源得到充分利用，適播性越低的區(qū)域，種子投放量越低，以節(jié)約資源。

25、可選的，所述土壤結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)模塊包括：

26、通過安裝在播種機(jī)上的土壤硬度傳感器實(shí)時檢測土壤硬度數(shù)據(jù)，所述硬度數(shù)據(jù)用于判斷土壤的壓實(shí)或松動情況；

27、將檢測到的土壤硬度數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的土壤硬度標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，在土壤硬度值超出預(yù)設(shè)范圍時，系統(tǒng)識別該土壤區(qū)域?yàn)閴簩?shí)或過硬區(qū)域，需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整；

28、在土壤硬度超出預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)時，自動激活松土裝置，松土裝置根據(jù)土壤硬度的實(shí)際值調(diào)整松土強(qiáng)度和深度；

29、通過土壤硬度傳感器持續(xù)監(jiān)控土壤的硬度變化情況，在達(dá)到預(yù)定硬度時，自動停止松土裝置的工作。

30、可選的，所述土壤結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)模塊還包括：

31、根據(jù)土壤硬度傳感器檢測的土壤硬度數(shù)據(jù)，實(shí)時監(jiān)控土壤的松動情況，判斷土壤是否處于預(yù)設(shè)的硬度范圍；

32、在檢測到土壤硬度低于預(yù)設(shè)范圍時，自動激活壓實(shí)裝置，對土壤進(jìn)行壓實(shí)操作；

33、通過控制系統(tǒng)動態(tài)調(diào)整壓實(shí)裝置的工作強(qiáng)度，根據(jù)實(shí)際檢測的土壤硬度數(shù)據(jù)，逐漸增加或減少壓實(shí)力度，直到土壤硬度達(dá)到適宜播種的預(yù)設(shè)范圍；

34、完成壓實(shí)操作后，土壤硬度傳感器再次檢測土壤硬度，確保土壤硬度處于適播性標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，若硬度符合預(yù)設(shè)范圍，則自動停止壓實(shí)裝置，完成土壤調(diào)節(jié)工作。

35、可選的，所述播種控制與優(yōu)化模塊包括：

36、接收并綜合分析來自土壤可變性分析模塊和動態(tài)播種模式調(diào)整模塊的輸出數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括土壤空間變異性、適播性指數(shù)及動態(tài)調(diào)整的播種參數(shù)初始值；

37、在播種過程中，實(shí)時監(jiān)測播種操作的執(zhí)行情況，包括播種深度、播種速度、種子間距和種子投放量的實(shí)際值，并將實(shí)際值與預(yù)設(shè)的目標(biāo)參數(shù)值進(jìn)行比對，以檢測可能的偏差；

38、當(dāng)實(shí)際播種參數(shù)值與目標(biāo)參數(shù)值之間的偏差超出預(yù)設(shè)容差范圍時，自動觸發(fā)調(diào)整機(jī)制，針對偏差項(xiàng)進(jìn)行微調(diào)；

39、根據(jù)實(shí)時監(jiān)測反饋，優(yōu)化播種路徑，若檢測到播種機(jī)因地形或土壤狀況變化而出現(xiàn)偏離預(yù)設(shè)路徑的情況，自動進(jìn)行路徑校正；

40、在播種完成后，對播種參數(shù)的實(shí)際執(zhí)行情況進(jìn)行總結(jié)和評估，分析偏差數(shù)據(jù)并生成播種質(zhì)量報(bào)告，報(bào)告內(nèi)容包括播種深度、播種速度、種子間距和投放量的實(shí)際執(zhí)行值與目標(biāo)值的差異。

41、可選的，所述智能故障診斷模塊包括：

42、通過集成的傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時監(jiān)測播種機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，傳感器網(wǎng)絡(luò)包括電流傳感器、溫度傳感器、振動傳感器、壓力傳感器及位置傳感器，分別監(jiān)控電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、傳動系統(tǒng)負(fù)荷、機(jī)械振動、液壓壓力及播種機(jī)的行駛位置；

43、對采集到的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)去噪、標(biāo)準(zhǔn)化及異常值檢測；

44、基于預(yù)處理的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，分析各項(xiàng)指標(biāo)的正常范圍，基于支持向量機(jī)算法建立故障診斷模型；

45、根據(jù)故障診斷模型的識別結(jié)果進(jìn)行故障分類，并生成故障診斷報(bào)告；

46、故障診斷完成后，系統(tǒng)根據(jù)診斷結(jié)果提供相應(yīng)的修復(fù)建議或自動啟動修復(fù)程序。

47、可選的，所述可視化模塊包括：

48、實(shí)時接收并整合來自各模塊的數(shù)據(jù)，包括土壤可變性分析模塊提供的土壤數(shù)據(jù)，動態(tài)播種模式調(diào)整模塊提供的播種深度、播種速度、種子間距和種子投放量數(shù)據(jù)，以及智能故障診斷模塊提供的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障診斷報(bào)告；

49、對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，篩選并分類展示的關(guān)鍵參數(shù)，關(guān)鍵參數(shù)包括播種深度、播種速度、種子間距、種子投放量和故障診斷報(bào)告；

50、通過可視化界面以多種形式實(shí)時展示土壤和播種數(shù)據(jù)，多種形式包括圖表、數(shù)值和圖形形式。

51、可選的，所述可視化模塊還包括：

52、提供數(shù)據(jù)查詢功能，允許操作人員調(diào)取并分析任意時間段內(nèi)的土壤和播種數(shù)據(jù)的變化情況，幫助決策和播種策略優(yōu)化；

53、集成交互式功能，允許操作人員通過可視化界面手動調(diào)整播種數(shù)據(jù)；

54、提供遠(yuǎn)程監(jiān)控與操作功能，通過無線網(wǎng)絡(luò)連接遠(yuǎn)程終端，使操作人員在控制室或移動設(shè)備上實(shí)時查看播種數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。

55、本發(fā)明的有益效果：

56、本發(fā)明，通過土壤可變性分析模塊、動態(tài)播種模式調(diào)整模塊、和播種控制與優(yōu)化模塊的相互配合，能夠根據(jù)實(shí)時采集的土壤數(shù)據(jù)（如濕度、溫度、ph值、硬度等）及其空間變異性和適播性，動態(tài)調(diào)整播種深度、播種速度、種子間距和種子投放量，這種自動調(diào)整機(jī)制確保播種機(jī)能夠適應(yīng)不同區(qū)域的土壤條件，從而提高了種子的發(fā)芽率和播種效率，減少了種子浪費(fèi)，提升了資源利用率，使整個播種過程更加智能化和精確化。

57、本發(fā)明，智能故障診斷模塊和土壤結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)模塊能夠?qū)崟r監(jiān)控播種機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，包括電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、傳動系統(tǒng)負(fù)荷和傳感器數(shù)據(jù)等。當(dāng)出現(xiàn)故障或異常時，系統(tǒng)可以及時診斷并提供修復(fù)建議或自動啟動修復(fù)程序，此外，通過土壤結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)模塊對土壤硬度的實(shí)時監(jiān)測與調(diào)節(jié)，確保播種區(qū)域的土壤壓實(shí)或松動情況符合適播要求，進(jìn)一步保障了播種機(jī)的工作穩(wěn)定性和土壤環(huán)境適應(yīng)性，從而有效降低了故障率，確保了播種的連續(xù)性和高效性。

58、本發(fā)明，通過可視化模塊，系統(tǒng)將土壤狀態(tài)、播種參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信息以圖形化界面實(shí)時展示，便于操作人員直觀地監(jiān)控并管理播種過程。該模塊還支持歷史數(shù)據(jù)查詢和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，操作人員可以根據(jù)實(shí)時數(shù)據(jù)和歷史趨勢快速做出決策，并在必要時手動調(diào)整播種參數(shù)。此交互式控制設(shè)計(jì)不僅簡化了操作，還大幅提升了決策效率，幫助操作人員在復(fù)雜環(huán)境下更靈活地管理播種機(jī)，實(shí)現(xiàn)高效作業(yè)。