Способ контроля качества обработки почвы на агроландшафтах в полевых условиях Российский патент 2021 года по МПК G01N33/24 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности, к способам изучения и контроля качества обработки почвы и может быть использовано в почвоведении, земледелии, агроинженерии и мелиорации земель.

Качество обработки почвы - совокупность показателей, характеризующих соответствие состояния почвы после ее обработки агротехническим требованиям (ГОСТ 16265-89 Земледелие. Термины и определения).

К основным показателям качества обработки почвы относятся: глубина вспашки и ее равномерность, коэффициент вспушенности, глыбистость поверхности пашни, гребнистость пашни, прямолинейность вспашки (отклонение от прямолинейности), также учитывается уклон участка поля (Земледелие. Учебник для вузов / Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др. - М.: Издательство «Колос», 2000. - С. 397-398). Для измерения степени крошения почвы при вспашке используют коэффициент вспушенности, то есть отношение глубины рыхлого вспаханного слоя почвы к глубине пахоты по измерению в борозде.

Качество полевых работ зависит от технического состояния почвообрабатывающих и посевных машин, правильной их регулировки, качества предыдущих обработок почвы, почвенных условий, сроков выполнения работ и других условий. Нарушение агротехнических требований к обработке почвы приводит к: ухудшению условий роста и развития культурных растений; снижению урожайности; уменьшению эффективности удобрений и химических средств защиты растений, снижению эффективности мелиорации, возможности развития эрозии почвы, снижению плодородия. Вследствие чего должен быть организован постоянный контроль за качеством полевых работ, и в частности за качеством выполнения отдельных приемов обработки почвы (Земледелие. Учебник для вузов / Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др. - М: Издательство «Колос», 2000. - С. 397-398).

Известен способ контроля микрорельефа участков поля при испытании сельскохозяйственной техники с применением устройства контроля микрорельефа участка, содержащего координатную рейку, два штыря с регулируемыми по высоте пазами, уровень, подвижную каретку с установленным на ней зеркалом с возможностью его поворота и фиксирования угла наклона к направлению лазерного луча, лазерный датчик расстояний, по встроенному уровню которого устанавливают горизонтальное положение координатной рейки регулированием по высоте пазами штырей. Для контроля микрорельефа участка поля перед проходом испытываемой машины на учетной делянке в поперечном направлении погружают в почву два штыря с регулируемыми по высоте пазами. На координатной рейке соответствующим образом располагают подвижную каретку, с установленным на ней зеркалом, и лазерный датчик расстояний, по встроенному уровню которого устанавливают горизонтальное положение координатной рейки регулированием по высоте пазами штырей. При передвижении подвижной каретки, с установленным на ней зеркалом с возможностью его поворота и фиксирования угла наклона к направлению лазерного луча, по координатной рейке поочередно осуществляют измерения расстояний до тыльной стороны зеркала и суммарных расстояний до зеркала и поверхности почвы. Результаты измерений фиксируются памятью лазерного датчика расстояний с последующим переносом данных на персональный компьютер для соответствующей их статистической обработки (Пат RU 145477 МПК G01B 11/30, 20.09.2014).

Недостатком известного способа являются повышенная трудоемкость установки двух штырей по встроенному уровню и определение только поперечного профиля микрорельефа участка относительно прохода испытываемой машины на учетной делянке.

Известен способ определения качества обработки почвы почвообрабатывающей машиной с применением устройства для определения качества обработки почвы, содержащего координатную рейку, на которой установлены неподвижно лазерные датчики расстояний, шарнир с гироскопом, который жестко закреплен на раме почвообрабатывающей машины. Бортовой компьютер и навигатор, являющиеся неотъемлемой принадлежностью устройства, установлены в кабине трактора, работающего совместно с почвообрабатывающей машиной и представляющие собой агрегат. Устройство, прикрепленное кронштейном к раме почвообрабатывающей машины, движется вместе с агрегатом, находясь постоянно над обработанной почвой. Лазерные датчики расстояний при движении агрегата непрерывно измеряют расстояние между координатной рейкой и неровностями почвы, образованными рабочими органами почвообрабатывающей машины, и посылают информацию о результатах измерения в бортовой компьютер. Компьютер, получая в режиме реального времени информацию от лазерных датчиков расстояний и навигатора - о текущих координатах агрегата, используя специальные программы, выстраивает цифровую характеристику неровностей для каждой координатной точки обработанной площади. Полученная информация структурируется программой, например, в 3-D формате, как оцифрованный профиль поля с выделением координат участков, имеющих отклонения по качеству от установленных ГОСТом 26244-84 агротехнических требований (Пат RU 182585 МПК G01B 11/30, 23.08.2018).

Недостатком известного способа являются определение в динамике только продольного профилирования микрорельефа участка относительно хода почвообрабатывающей машины, а в поперечном - точечно - на расстоянии 5 см, также вследствие появления пылеватых частиц, поднимающихся в процессе обработки почвы, на пути прохождения направленного и отраженного от дневной поверхности почвы лазерного луча, возникает повышенный информационный шум, приводящий к снижению точности получаемых данных.

Технический результат - повышение точности контроля качества обработки почвы на агроландшафтах в полевых условиях.

Технический результат достигается тем, что в способе контроля качества обработки почвы на агроландшафтах в полевых условиях, согласно изобретению, применяют техническое средство профилирования дневной поверхности почвы с размещенным на нем дальномером, которое устанавливают в образованную борозду после прохода машинно-тракторного агрегата, определяют по окружности профили поверхностей необработанного участка, борозды и обработанного участка, по полученным данным определяют глубину вспашки и ее равномерность, применяя метод скользящего среднего для массива данных, устанавливают величину глыбистости и гребнистости поверхности пашни, по уравнениям регрессии полученным по данным вдоль линий наибольшего наклона на необработанном и обработанном участке поля рассчитывают уклон дневной поверхности почвы участка поля и коэффициент вспушенности, а прямолинейность вспашки определяют путем установки дальномера над стенкой борозды на регулируемом расстоянии от стойки профилографа, его поворотом в продольно-вертикальной плоскости и вокруг стойки, измерением угла отклонения борозды на заданном расстоянии длины гона γ_п, при котором произошло скачкообразное изменение данных, определяемое стенкой борозды на заданном расстоянии, и рассчитывают отклонение от прямолинейности вспашки по выражению в %

Δ=sinγ_п,

где Δ - отклонение от прямолинейности вспашки, %; γ_п - угол при котором произошел скачок данных, определяемый стенкой борозды на заданном расстоянии длины гона, м.

Схема реализации способа контроля качества обработки почвы на агроландшафтах в полевых условиях с помощью технического средства профилирования дневной поверхности почвы по окружности с установленным на него дальномером изображена на фиг. 1. На фиг. 2 представлена схема реализации способа контроля качества обработки почвы на агроландшафтах в полевых условиях (в плане). Схема определения прямолинейности вспашки показана на фиг. 3.

Техническое средство профилирования дневной поверхности почвы состоит из основания 1, стойки 2, подвижного плеча 3, лазерного датчика расстояния 4, дальномера 5 и энкодера - углового датчика 6 (см. фиг. 1.). Это устройство подсоединяется с помощью USB-кабеля к ноутбуку (на схеме не показано).

Способ осуществляется следующим образом.

В способе контроля качества обработки почвы на агроландшафтах в полевых условиях, согласно изобретению, применяют техническое средство профилирования дневной поверхности почвы по окружности с вертикальной точностью до 1 мм с размещенным на нем дальномером, обеспечивающим измерения на длину до 150 метров, которое устанавливают в разграничивающую необработанный и обработанный участки поля борозду, образовывающуюся после прохода машинно-тракторного агрегата, определяют по окружности профили поверхностей необработанного участка, борозды и обработанного участка, по полученным данным - зависимости расстояния от датчика расстояния до дневной поверхности почвы от угла поворота энкодера (в виде развертки в декартовой системе координат) - определяют глубину вспашки и ее равномерность, методом скользящего среднего устанавливают величину глыбистости и гребнистости поверхности пашни, по уравнениям регрессии для линий наибольшего наклона на необработанном и обработанном участке поля:

z=k_нy+b_н;

z=k_oy+b_o;

рассчитывают уклон дневной поверхности почвы а участка поля по выражениям:

коэффициенты уравнения регрессии для дневной поверхности почвы обработанного и необработанного участка поля; b_o и b_н - свободные члены уравнений регрессии для дневной поверхности почвы необработанного и обработанного участка поля; α_о и α_н - уклоны дневной поверхности почвы необработанного и обработанного участка поля, град.; α - уклон дневной поверхности почвы участка поля, град.; h - глубина вспашки -расстояние от поверхности необработанного поля до уровня заглубления в почву рабочих органов машин и орудий, м (см. фиг. 1),

а прямолинейность (отклонение от прямолинейности) вспашки определяют путем измерения угла отклонения борозды дальномером на заданном расстоянии длины гона -установкой дальномера над стенкой борозды на расстоянии от стойки профилографа 2, по формуле

D=Rsinγ_д

где D - расстояние от стойки профилографа до стенки борозды в горизонтальной плоскости, м; R - радиус профилирования по окружности, м; γ_д - угол, при котором произошел скачок данных, определяемый стенкой борозды, установленный при профилировании по окружности, град. (см. фиг. 2);

его поворот в продольно-вертикальной плоскости на заданном расстояния по длине гона (около 100 метров и менее для сложных склонов), и вокруг стойки, с измерением угла γ_п, при котором произошел скачек данных, определяемый стенкой борозды на заданном расстоянии (см. фиг. 3), позволяет рассчитать отклонение от прямолинейности вспашки по выражению

Δ=sinγ_п,

где Δ - отклонение от прямолинейности вспашки, %; γ_п - угол при котором произошел скачок данных, определяемый стенкой борозды на заданном расстоянии длины гона, м.

Таким образом, за счет применения инструментального подхода, обеспечивающего точность получаемых данных до 1 мм, достигнут технический результат в виде повышения точности контроля качества обработки почвы на агроландшафтах в полевых условиях.

Использование: для контроля качества обработки почвы на агроландшафтах в полевых условиях. Сущность изобретения заключается в том, что применяют техническое средство профилирования дневной поверхности почвы с размещенным на нем дальномером, которое устанавливают в образованную борозду после прохода машинно-тракторного агрегата, определяют по окружности профили поверхностей необработанного участка, борозды и обработанного участка, по полученным данным определяют глубину вспашки и ее равномерность, применяя метод скользящего среднего для массива данных, устанавливают величину глыбистости и гребнистости поверхности пашни, по уравнениям регрессии, полученным по данным вдоль линий наибольшего наклона на необработанном и обработанном участках поля, рассчитывают уклон дневной поверхности почвы участка поля и коэффициент вспушенности, а прямолинейность вспашки определяют путем установки дальномера над стенкой борозды на некотором расстоянии от стойки профилографа, его поворотом в продольно-вертикальной плоскости и вокруг стойки, измерением угла отклонения борозды на заданном расстоянии длины гона γ_п, при котором произошло скачкообразное изменение данных, определяемое стенкой борозды на заданном расстоянии, и рассчитывают отклонение от прямолинейности вспашки по выражению Δ=sinγ_п в %. Технический результат: повышение точности контроля качества обработки почвы на агроландшафтах в полевых условиях. 3 ил.

Способ контроля качества обработки почвы на агроландшафтах в полевых условиях, включающий применение технического средства профилирования дневной поверхности почвы с размещенным на нем дальномером, которое устанавливают в образованную борозду после прохода машинно-тракторного агрегата, определяют по окружности профили поверхностей необработанного участка, борозды и обработанного участка, по полученным данным определяют глубину вспашки и ее равномерность, применяя метод скользящего среднего для массива данных, устанавливают величину глыбистости и гребнистости поверхности пашни, по уравнениям регрессии, полученным по данным вдоль линий наибольшего наклона на необработанном и обработанном участках поля, рассчитывают уклон дневной поверхности почвы участка поля и коэффициент вспушенности, а прямолинейность вспашки определяют путем установки дальномера над стенкой борозды на некотором расстоянии от стойки профилографа, его поворотом в продольно-вертикальной плоскости и вокруг стойки, измерением угла отклонения борозды на заданном расстоянии длины гона γ_п, при котором произошло скачкообразное изменение данных, определяемое стенкой борозды на заданном расстоянии, и рассчитывают отклонение от прямолинейности вспашки по выражению в %:

Δ=sinγ_п.