发布时间：2020-02-22所属分类：农业论文浏览：1次
摘 要： 摘要:农业机械的作业效率高，是推动农业发展的重要力量。将新型技术应用在农业机械的设计和制造上，可改善机械整体性能并提高智能化水平。农机智能化的核心在于控制环节，表现为控制的实时性和准确性。为此，基于英语语言理解分析农机控制中的介词语义，并用
摘要:农业机械的作业效率高，是推动农业发展的重要力量。将新型技术应用在农业机械的设计和制造上，可改善机械整体性能并提高智能化水平。农机智能化的核心在于控制环节，表现为控制的实时性和准确性。为此，基于英语语言理解分析农机控制中的介词语义，并用于控制喷药机器人的视觉感知、自主行走和精准喷药。介词语义分析首先要建立模块化的语言理解系统，然后从语句中提取介词进行各项特性的筛选和分析，直至完成所有介词的释义。最后，介绍了介词语义分析在3种控制功能中的具体作用，并分别列举代表性的介词，以便提高机械的作业效率，降低操作难度。
关键词:农机控制;英语;语言理解;介词;释义
0引言新时期我国农业生产的模式发生了深刻变化，由以前的个体分散经营过渡到企业和大户的规模化经营。传统农业生产方式的人力需求量大，无法适应农业生产方式的变革，即将随着形势的变化而被淘汰。农业集中经营为农业机械的推广开辟了空间，可以显著提高农业生产中的机械化率。农业机械的作业效率高，是推动农业发展的重要力量。我国在农机领域进行了大量研究，目前已经形成了较为完善的体系，并且在生产中得到了广泛应用。我国近几年的农业机械需求量一直较大，农机制造行业的产值不断增长，表现出旺盛的势头[1]。
与发达国家相比，我国的农业机械研究起步晚，在设计理念和制造工艺上有所欠缺，导致机械整体性能存在差距。因此，必须在农业机械的设计制造环节加大研究和投入力度，才能缩小与世界先进水平之间的差距。当今工业信息领域的新型传感器、芯片和计算机等层出不穷，将这些新型技术应用在农业机械的设计制造上，是改善机械整体性能并提高智能化水平的有效方法。农机智能化的核心在于对农机的控制，表现为控制的实时性和准确性。智能农机相比传统机械具有更好的稳定性和适应性，可以进一步提高农业生产力，对农业的可持续发展具有重要意义[2]。
目前，农业机械的智能化控制需要计算机、信息和通信等多个学科的交叉融合，应用的技术有计算机视觉、大数据、物联网、无线传感网络，控制的功能主要集中在定位导航、环境识别及作业精度方面[3]。金小俊等将计算机视觉技术应用在除草机器人上，根据杂草的颜色特征从土壤背景中分割杂草图像，具有很好的实时性和较高的识别精度，能够辅助机器人准确定位后完成除草动作[4]。罗锡文等基于RTK-DGPS开发农机的导航系统，在拖拉机上进行导航精度的测试，具有很高的定位和导航精度，能控制拖拉机按照设定的路线行驶[5-6]。王林惠等研制了一种基于图像识别的无人机智能喷雾系统，以多个优选的特征参数对农田图像进行分析识别，根据识别结果控制喷头实现精准喷药[7]。张波等为解决恶劣环境中农田信息采集困难的问题，设计了基于无线传感网络的监测系统，搭载该系统的无人机智能化程度更高，并获得了更可靠的传输数据和广阔的覆盖面积[8]。以上研究充分利用科技进步的成果，提高了对农机的控制效率，为现代农业发展提供了有力的支撑。
农机控制在本质上是采集环境信息和机械自身的运行状况，分析后根据作业要求生成控制指令，最后由执行装置按照指令完成对机械的控制。在上述过程中，信息和控制指令是以语言的形式传递的，因此农机控制离不开对语言的理解。语言被人类用来表示特定的信息，可以作为学习和交流的载体。语言理解是以语言学、逻辑学、计算机科学和数学为基础的交叉学科，通过计算机处理语言的音、形和义，依次经过输入、输出、识别、分析和理解后形成操作指令[9]。
目前，语言理解已经作为模拟分析和工序建模的基础，在机械设计制造方面得到了广泛应用[10-11]。
在世界众多的语言中，英语以语法简单和语感自然的优势成为应用最广泛的语言。英语可以将少量的单词通过特定的语法组合在一起表达丰富的内容，在机械控制上体现出优越性。研究英语语言理解在农业机械控制中的作用，可以吸收经验改善我国农业机械性能，还能提高成熟机械在国际市场上的竞争力。
英语的单词有多种类型，其中的介词一般位于名词或代词的前面，用于表示地点、时间、方向和目的等因素[12]。介词属于虚词，本身没有实在的意义，不能单独使用，但在对农机的控制中，介词能为控制指令提供重要的限制条件，它所依附的名词或代词有时是控制执行效果的决定因素。在机械产品设计的研究中，受多词性特征和宾语不确定性的影响，介词语义分析的难度相比其它单词较大[13]。本文对农机控制中的介词语义进行分析，将其应用在喷药机器人的视觉感知、自主行走和精准喷药控制上，以便提高机械的作业效率，降低操作难度。
1农机设备和硬件农机
设备是一个四轮移动的AS-R型喷药机器人，搭载主控模块、视觉感知模块、自主行走装置和精准喷药模块。其中，主控模块可以进行英语语言的理解，设备为戴尔I3668型台式电脑，配置包括Inteli5处理器、8GB内存和1TB硬盘，由机器人的电池提供电源;语言理解的介词语义在visualC++程序中分析，运行环境为Windows10操作系统。
视觉模块为尼康COOLPIXP60型数码相机和天创UB570型图像采集卡，相机设置在机器人前方，拍摄形成JPEG格式图像，经过图像采集卡转换为数字信号后由主控模块进行视觉分析。机器人的行车控制器接收主控模块发来的规划路线及转向指令，由角度传感器测定行驶方向，液压阀控制车轮的偏转实现自主行走。精准喷药模块包括药液箱、隔膜泵、离心喷头和喷药控制器。工作时，隔膜泵将药液从药液箱输送到喷头，喷头由单个电磁阀控制，在主控模块发来的脉冲信号调制下开启。机器人的左右两边分别安装1套喷药装置，每套装置包含4个喷头。
2语言理解和介词语义分析
语言理解的实质是分析并理解语言所表达的信息，从而辅助进行机械的设计和控制。英语的基本单元是单词，其语义也包含在单词中。但是，单词仅代表最基本的语言信息，需要按照特定语法依次构成语句、段落和篇章后才能成为完整的信息载体。英语语言理解起始是基于单词的词法分析，根据各个单词的类型和意义上升到语句层面。语句同时进行句法分析和分类处理，句法分析进一步理解语言含义，而分类处理则修订不规则语句，以此获得规范化语句及句群。英语的单词类型包括名词、动词、副词和介词等，对它们分别释义是语言理解的关键步骤。单词分类释义完成后开始段落和篇章分析，这是基于核心事件的语用建模来进行语言理解，在此基础上获得语言表达的意义，即用于农机控制的相应指令。在这个过程中若出现单词释义和篇章分析不成功的情况，则在句法分析阶段重新组建核心事件的模型，再次进行分析直至成功。英语语言理解过程如图1所示。
介词语义分析首先要建立模块化的语言理解系统，系统中的各个模块相互协调，并且具有与其它模块之间连接和调用的接口。语义分析模块是语言理解系统的核心，其功能是对包括介词在内的各类单词进行语义分析。名词和动词的语义分析中都包含介词的语义，因此介词分析模块被分散到系统的各个部分中。含有介词的语句进入系统后，首先经过词法和句法分析生成动态名词，然后利用介词分析模块处理;依次提取语句中的介词，含有被动介词的进入被动句分析模块，不含被动介词且没有搭配词的进入单介词分析模块;含有搭配词的进入搭配词分析模块，之后根据是否含有嵌套结构及介词槽的特性以此类推进行分析，直至完成该语句中所有介词的分析，如图2所示。
3控制功能
喷药机器人的参数设定和操作指令都以英语语言作为形式，主控模块对表达参数和机械运行状况的单词词义和语句句义进行分析，完成语言理解并获得控制指令的内容，输出相应的信号来实现各项控制功能。机器人的行驶路线和驾驶指令通过英语文字输入，由语言理解系统识别和释义，执行装置根据控制指令完成操作。作为一个独立的单词类型，介词语义分析在喷药机器人的视觉感知、自主行走和精准喷药控制中发挥着重要的作用。
视觉感知功能首先采集田间图像，通过3×3的中值滤波法预处理去除噪音，然后针对相机俯视角造成的相同大小物体像素点数不同的问题矫正图像的畸变。以亮度I分量对图像进行灰度化处理，最后选择阈值分割方法来分割图像，将目标从背景中提取出来。
自主行走功能是根据农田形状和作业目标计算获得最合理的作业路径，在喷药覆盖整个农田的前提下尽量减少行驶距离。采用相应的定位技术获得机器人的位置，根据偏离预定路径的距离实时修正行驶方向;行驶方向通过方向盘控制，方向控制器与方向盘连接;方向控制器安装方便，与语言理解设备的兼容性较好。
精准喷药功能是将视觉感知的图像划分为4行×4列的网格，以每个方格内的杂草覆盖面积为参数形成处方图。喷药控制器根据处方图控制相应喷头的开启程度，实现对网格内区域的精准喷药。
喷药机器人的这3种控制功能涉及各个模块，相互之间联系复杂。控制动作要在特定的时间和各种前提条件下进行，具有各自的执行主体和控制对象。因此，准确理解介词的语义对程序编写至关重要，表1中列举了3种控制功能的代表性介词。
4结论
基于英语语言理解分析农机控制中的介词语义，并用于控制喷药机器人的视觉感知、自主行走和精准喷药3种功能。介词的语义分析首先要建立模块化的语言理解系统，然后提取语句中的介词，依次进行被动介词、搭配词、单介词、嵌套结构和介词槽等特性的筛选和分析，直至完成所有介词的释义。最后，介绍了介词在3种控制功能中的具体作用，并分别列举了代表性的介词，以便提高机械的作业效率，降低操作难度。
相关论文推荐：农机技术新应用方式有何意义
摘要：完善农机推产工作要针对你现阶段我国农业绍齐和农业经济结构未来的调整趋势,为农民的未来服务。农机的推广的未来规划,和要推产的项目以及具体的实施力祛要根据我国农丰寸绍齐发展的整体趋势为标准。因为农机推广对农村经济发展来说,不仅仅是其中一项工作,而是需要服务于整个农村绍齐发展的体系建设,因为他不仅仅会影响农丰寸的社会经济活动,而且会对整个衡寸的个个方面都会产生重要的影响。因为农机对于一个普通的农村家庭来说是一项巨大的支出,所以在进行农机推广的工作中,要结合当地的经济发展水平,农业结构,地理环境,衡寸人口的恻矫口未来地方农业发展的要求和农业绍齐结构调整的需求进行。这些都是制约农机推产工作的重要因数,只有在推产的过程中考虑到这些因数的作用,才育镇正的做到让农机为翩浸务,而不是成为农民的负担。
SCISSCIAHCI
