崔曉慧

(焦作師范高等?？茖W(xué)校 外國語學(xué)院，河南 焦作 454000)

0 引言

我國的糧食作物以稻麥類為主，種植面積大，產(chǎn)量高，在生產(chǎn)過程中需要投入大量的人力和物力。收割是作物生產(chǎn)的最后環(huán)節(jié)，對(duì)糧食的產(chǎn)量和品質(zhì)都有著直接的影響。稻麥類作物的收割時(shí)期短，工作量大，必須掌握合適的收割時(shí)機(jī)才能獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益。作物收割太早會(huì)因未完全成熟而損失日產(chǎn)量，收割太遲又會(huì)遭受鳥鼠蟲害，并增加極端天氣和自然落粒的損失。另外，在部分地區(qū)作物及時(shí)收割也有利于下茬作物的種植順利開展[1]。

稻麥類作物的收割工作量極大，依靠人工難以順利完成，因此收割機(jī)是農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)[2]。在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)時(shí)期，我國的稻麥作物基本采用人工收割。隨著時(shí)代的發(fā)展，廣大種植者逐步認(rèn)識(shí)到農(nóng)業(yè)機(jī)械化的優(yōu)越性，為收割機(jī)的普及創(chuàng)造了條件。在目前的形勢(shì)下，收割機(jī)的應(yīng)用范圍、綜合性能和自動(dòng)化程度已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的一個(gè)衡量指標(biāo)。理想的收割機(jī)應(yīng)該能在較低的損失前提下具有最大的收割效率，良好的性能取決于收割機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作狀態(tài)和操作水平。

我國的稻麥類作物大多采用聯(lián)合收割機(jī)進(jìn)行收割，且向著大型化和高速化的方向發(fā)展，對(duì)收割機(jī)的自動(dòng)控制水平也提出了更高的要求。聯(lián)合收割機(jī)的自動(dòng)控制主要集中在行駛速度、割臺(tái)高度、滾筒轉(zhuǎn)速和喂入深度等方面。行駛速度是聯(lián)合收割機(jī)作業(yè)效率和質(zhì)量最重要的決定因素，最佳的行駛速度在保證合理喂入量的同時(shí)，還能避免谷稈分離效果變差和零部件損壞[3]。國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究，以單片機(jī)和嵌入式微處理器為核心，設(shè)計(jì)出基于喂入量和滾筒轉(zhuǎn)速的收割機(jī)行駛速度控制方法，有效解決了人工控制難度較大的問題[4-6]。

割臺(tái)高度決定了作物的割茬高度，是實(shí)施秸稈還田和后續(xù)耕作須要考慮的因素。割臺(tái)過低，會(huì)降低谷稈分離的效果，且增加滾筒的負(fù)荷；割臺(tái)過高，又有可能漏割穗頭。朱劍等設(shè)計(jì)了一種基于嵌入式的電液比例控制系統(tǒng)，用于對(duì)收割機(jī)的割臺(tái)高度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，提高了自動(dòng)化程度[7]。收割機(jī)的滾筒轉(zhuǎn)速需要與喂入量匹配，才能獲得理想的脫粒能力。李國棟等設(shè)計(jì)PID恒速控制器，按照恒速控制模型使收割機(jī)的滾筒轉(zhuǎn)速能夠保持穩(wěn)定，并且進(jìn)行了仿真驗(yàn)證[8]。喂入深度是半喂入式的聯(lián)合收割機(jī)需要考慮的問題，對(duì)作業(yè)效率和質(zhì)量的影響有限，因此相關(guān)的研究也較少，一般是在滾筒的入口處設(shè)置傳感器進(jìn)行檢測(cè)[1]。另外，張認(rèn)成等還設(shè)計(jì)了聯(lián)合收割機(jī)的智能控制仿真器，通過控制收割機(jī)的行駛速度使?jié)L筒保持額定的轉(zhuǎn)速，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)收割機(jī)的自動(dòng)控制[9]。

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，推動(dòng)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)?；蛯I(yè)化，需要利用現(xiàn)代技術(shù)設(shè)計(jì)新型水稻收割機(jī)控制系統(tǒng)[10]。自然語言理解是語言信息和人工智能的交叉學(xué)科，以自然語言為載體實(shí)現(xiàn)人類與計(jì)算機(jī)之間的溝通，能夠應(yīng)用于機(jī)械的控制。語言理解賦予計(jì)算機(jī)準(zhǔn)確理解自然語言涵義的能力，在宏觀上使計(jì)算機(jī)執(zhí)行人們所期望的語言功能，微觀上將人類語言映射到計(jì)算機(jī)內(nèi)部。語言理解目前在自然科學(xué)中主要用于機(jī)械設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域，是工序建模和三維重建的基礎(chǔ)[11-12]。

人類的語言種類繁多，而英語憑借語法和語感的優(yōu)越性成為世界上應(yīng)用最廣泛的語言。在自然語言理解研究的起始階段，英語扮演了重要的角色，其在語言輸入、語音識(shí)別和語法分析方面的優(yōu)勢(shì)是別的語言無法比擬的。英語語句是由單詞按照各種關(guān)系組織在一起形成的，對(duì)這些關(guān)系的研究有助于準(zhǔn)確理解英語語義。領(lǐng)屬是英語中普遍存在的一種關(guān)系，關(guān)系的主體是英語所表達(dá)的兩個(gè)名詞，關(guān)系的具體內(nèi)容為領(lǐng)有和屬于。

領(lǐng)屬關(guān)系可以分為靜態(tài)領(lǐng)屬和動(dòng)態(tài)領(lǐng)屬，前者指恒定的領(lǐng)屬關(guān)系，后者指領(lǐng)有者發(fā)生了變化的領(lǐng)屬關(guān)系[13]。聯(lián)合收割機(jī)的部件眾多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，利用語言理解技術(shù)可以降低控制的難度。收割機(jī)作業(yè)過程會(huì)受到各種突發(fā)狀況的干擾，語言理解中的名詞領(lǐng)屬關(guān)系以動(dòng)態(tài)領(lǐng)屬為主，才能應(yīng)對(duì)環(huán)境的變化。因此，本文對(duì)英語語言理解的動(dòng)態(tài)領(lǐng)屬進(jìn)行研究，探討其在收割機(jī)行駛速度、割臺(tái)高度和滾筒轉(zhuǎn)速控制中的作用，以提高控制的精度，降低操作難度。

1 農(nóng)機(jī)設(shè)備和硬件

農(nóng)機(jī)設(shè)備為久保田4LBZ-172B型半喂入履帶式聯(lián)合收割機(jī)，額定功率66kW，采用液壓無級(jí)變速。收割機(jī)的割臺(tái)寬度為1.72m，收割5行，對(duì)水稻和小麥的收割效率達(dá)到0.27～0.53hm2/h。英語語言理解設(shè)備是戴爾I3668-18N2型臺(tái)式計(jì)算機(jī)，配置包括Intel i5處理器、8GB內(nèi)存和1TB硬盤，電源由拖拉機(jī)蓄電池提供。語言理解程序?yàn)関isual C++，軟件運(yùn)行環(huán)境為Windows10操作系統(tǒng)。

2 英語語言理解

英語語言理解是對(duì)英語形式的語言信息進(jìn)行分析，理解其表達(dá)的意義內(nèi)容，并應(yīng)用到機(jī)械的設(shè)計(jì)或控制過程中。英語語義的基本載體是單詞，單詞按照特定的語法依次組成語句、段落和篇章。英語語言理解的整體流程是首先分析單詞的詞法并形成語句，然后對(duì)語句進(jìn)行句法分析和分類處理，修正容易產(chǎn)生歧義的語句以便得到規(guī)范化語句和句群。名詞和動(dòng)詞是兩類最主要的單詞。其中，名詞用于描述機(jī)械本身及組成部件，是動(dòng)態(tài)領(lǐng)屬的主體；動(dòng)詞描述對(duì)機(jī)械控制的執(zhí)行內(nèi)容；是動(dòng)態(tài)領(lǐng)屬產(chǎn)生的原因。各類單詞詞義分析成功后開始段落和篇章分析，圍繞核心事件進(jìn)行語用建模和理解，最終得到英語語言表達(dá)的內(nèi)容，形成相應(yīng)的農(nóng)機(jī)控制指令。在詞義和篇章分析失敗的情況下，語言理解會(huì)返回到句法分析的環(huán)節(jié)，變換新的核心事件重新分析直至成功。

3 動(dòng)態(tài)領(lǐng)屬分析

領(lǐng)屬關(guān)系是英語短語之間最重要的一種關(guān)系，對(duì)這種關(guān)系的理解是英語語言理解的關(guān)鍵。領(lǐng)屬是指兩個(gè)英語名詞之間一方領(lǐng)有另一方，或者一方從屬于另一方。從農(nóng)業(yè)機(jī)械控制的角度來看，領(lǐng)屬的主體可以是機(jī)械部件、屬性、狀態(tài)或性質(zhì)。無論哪一種，領(lǐng)屬者都是為被領(lǐng)屬者提供認(rèn)知的框架。對(duì)領(lǐng)屬關(guān)系的研究既可以從英語句法形式上進(jìn)行，也可以從英語語義上進(jìn)行。

在領(lǐng)屬關(guān)系中，大部分領(lǐng)有者和領(lǐng)有物之間的關(guān)系穩(wěn)定且不發(fā)生轉(zhuǎn)移，如物品與性質(zhì)，屬于靜態(tài)領(lǐng)屬；還有一種是原領(lǐng)有者的領(lǐng)有物可以變?yōu)楝F(xiàn)領(lǐng)有者的領(lǐng)有物，如物品與擁有者，屬于動(dòng)態(tài)領(lǐng)屬。事物間的可讓渡性是動(dòng)態(tài)領(lǐng)屬發(fā)生的內(nèi)因，主要由英語定語和中心語的性質(zhì)決定。

動(dòng)態(tài)領(lǐng)屬關(guān)系涉及到至少3個(gè)名詞，分別為原領(lǐng)有者、現(xiàn)領(lǐng)有者和領(lǐng)有物，3個(gè)名詞之間通過相應(yīng)的動(dòng)詞聯(lián)系在一起，聯(lián)系動(dòng)詞主要為給予類和索取類動(dòng)詞。在英語語言理解的過程中，根據(jù)動(dòng)態(tài)領(lǐng)屬語句特征進(jìn)行總結(jié)歸納，然后在系統(tǒng)中建模。動(dòng)態(tài)領(lǐng)屬事件模型放置在系統(tǒng)的知識(shí)庫中，需要理解的語句被切分后在系統(tǒng)中匹配分析，根據(jù)設(shè)定的模式對(duì)符合模型的語句直接處理，從而獲得語句的涵義。

英語語言輸入后，系統(tǒng)根據(jù)知識(shí)庫生成動(dòng)態(tài)名詞和事件，找出語句中的動(dòng)態(tài)領(lǐng)屬并進(jìn)行分類。每種類型的動(dòng)態(tài)領(lǐng)屬分別進(jìn)行不同的領(lǐng)屬轉(zhuǎn)移分析，再通過領(lǐng)有物和梯度樹來確定讓渡值，最后與知識(shí)庫匹配，將各事件關(guān)聯(lián)起來完成對(duì)篇章的分析理解，如圖1所示。

4 控制功能

收割機(jī)的作業(yè)過程中，其運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境條件都是不斷變化的，因此對(duì)收割機(jī)的控制也是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程。收割機(jī)的控制過程中存在許多領(lǐng)屬關(guān)系的讓渡和轉(zhuǎn)移，即動(dòng)態(tài)領(lǐng)屬事件。伴隨著控制操作動(dòng)作的執(zhí)行，領(lǐng)有物的關(guān)系從原領(lǐng)有者上主動(dòng)或被動(dòng)地轉(zhuǎn)移到現(xiàn)領(lǐng)有者上，實(shí)現(xiàn)領(lǐng)屬關(guān)系的變更，如圖2所示。

圖1 動(dòng)詞領(lǐng)屬事件的分析流程

圖2 農(nóng)機(jī)控制中的動(dòng)態(tài)領(lǐng)屬事件

本文中，英語語言理解動(dòng)態(tài)領(lǐng)屬應(yīng)用的收割機(jī)控制功能包括行駛速度、割臺(tái)高度和滾筒轉(zhuǎn)速。收割機(jī)作業(yè)時(shí)需要保持最合適的喂入量，而喂入量由行駛速度決定。安裝在輸送器底板上的壓力傳感器測(cè)定喂入量，輸入分析系統(tǒng)中與額定喂入量比較。系統(tǒng)根據(jù)兩者之間的差異產(chǎn)生控制指令，通過電磁閥調(diào)節(jié)無級(jí)變速器，實(shí)現(xiàn)對(duì)收割機(jī)行駛速度的控制。割臺(tái)高度控制則是以超聲波傳感器測(cè)量割臺(tái)實(shí)際高度，與設(shè)定的高度值比較，電液比例方向閥根據(jù)比較的結(jié)果控制割臺(tái)的升降。收割機(jī)的滾筒轉(zhuǎn)速通過PID技術(shù)進(jìn)行控制，即比較滾筒的實(shí)際角速度和設(shè)定角速度差值，通過比例、積分和微分變換使?jié)L筒保持恒速轉(zhuǎn)動(dòng)。

上述3種控制功能涉及到大量的機(jī)械部件和動(dòng)作，執(zhí)行過程中會(huì)出現(xiàn)多個(gè)動(dòng)態(tài)領(lǐng)屬事件。在這些動(dòng)態(tài)領(lǐng)屬事件中，領(lǐng)有物為信息、數(shù)據(jù)和指令等抽象事物，原領(lǐng)有者一般為各類傳感器等數(shù)據(jù)采集裝置，而現(xiàn)領(lǐng)有者大多為控制執(zhí)行裝置。作為核心的信息分析裝置則兼有兩種功能，讓渡轉(zhuǎn)移動(dòng)詞也有主動(dòng)和被動(dòng)兩種形式。3種控制功能代表性動(dòng)態(tài)領(lǐng)屬事件中的相關(guān)主體如表1所示。

將應(yīng)用了英語語言理解功能的聯(lián)合收割機(jī)進(jìn)行水稻收割試驗(yàn)，設(shè)定喂入量2.5kg/s，割臺(tái)高度15cm，滾筒角速度50rad/s。在作業(yè)過程中，作物密度時(shí)常發(fā)生變化，機(jī)械速度也能進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，傳感器檢測(cè)的喂入量維持在2.40～2.55kg/s之間，割臺(tái)高度維持在14.0～15.0cm之間。當(dāng)作物密度發(fā)生變化時(shí)，滾筒轉(zhuǎn)速的突變較大，但是經(jīng)過5s的調(diào)整后便能很快恢復(fù)到設(shè)定的速度上來，維持在47～52cm/s之間。因此，英語語言理解提高了收割機(jī)這3種功能的控制精度，使操作的難度得以降低。

表1 不同控制功能的代表性動(dòng)態(tài)領(lǐng)屬事件

5 結(jié)論

英語語言理解是對(duì)英語形式的語言信息進(jìn)行分析，理解其表達(dá)的意義內(nèi)容。英語語義的基本載體是單詞，單詞按照特定的語法依次組成語句、段落和篇章。領(lǐng)屬是兩個(gè)英語名詞之間的領(lǐng)有和從屬關(guān)系，若領(lǐng)屬關(guān)系發(fā)生轉(zhuǎn)移，則屬于動(dòng)態(tài)領(lǐng)屬，可以應(yīng)用于機(jī)械的設(shè)計(jì)或控制過程。本文研究了英語語言理解動(dòng)態(tài)領(lǐng)屬在收割機(jī)行駛速度、割臺(tái)高度和滾筒轉(zhuǎn)速控制中的作用，列舉了代表性的動(dòng)態(tài)領(lǐng)屬事件。試驗(yàn)結(jié)果表明：英語語言理解可以提高收割機(jī)的控制精度，降低操作難度。