基于多目标优化的飞防队作业调度模型研究

针对面向植保服务订单的多飞防队协同作业模式,综合考虑订单时间窗、病虫害侵染状况、多机协同等关键因素,建立以作业总收益最大、作业总时长最小为优化目标的飞防队作业调度模型;设计了订单优先级排序算法和基于带精英策略的非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）的作业路径规划算法,并对调度模型进行了求解。以陕西省武功县植保作业为例,对飞防队作业调度模型及算法进行了验证,实验表明,建立的模型及算法能输出满足时间窗约束的Pareto最优解集,具有良好的搜索性能以及稳定的收敛性能。该研究可为无人机飞防队的调配与决策分析提供科学依据,为农机智能调度系统开发提供参考。     

机群协同作业路径动态优化

随着我国农业机械化不断发展,智能农机应运而生,其作业路径被农机大数据中心实时监测、调控。合理的作业路径不仅可以提高作业效率,而且当车队运行状态或农田环境改变后,能实现精准作业,因此,研究如何动态优化车队协同作业具有十分重要的理论意义和实用价值。以总作业时间和作业时长综合最短为优化目标,同时避免作业冲突,构建机群协同作业路径动态优化模型,设计冲突检测规则,提出一种机群协同作业路径动态优化(DOFOP)算法。试验结果表明,当有农机发生故障时,重新优化后的作业时长、总作业时间比并排作业均减少2.52%,平均作业农田能力AEFC、农田效率FE比并排作业平均提高2.63%、2.59%;当有农机作业速率发生改变时,重新优化后的作业时长、总作业时间比原作业分别降低7.22%、2.73%,AEFC、FE比原作业分别提高7.99%、2.82%;当农田面积发生改变时,重新优化后的作业时长、总作业时间比原作业降低6.26%、0.1%,AEFC、FE比原作业分别提高6.48%、0.1%。当机群作业状态发生改变时,DOFOP算法能有效动态优化机群作业路径,提高机群作业效率,实现机群精准作业。     

方捆秸秆打捆机的关键结构及操作方法说明

秸秆打捆机是农作物秸秆回收的主力机型,能够满足高效优质回收秸秆的生产要求,有利于生产资源的高效利用和农业生产环境的保护。针对现阶段广泛使用的方捆式秸秆打捆机,进行作业原理和机械种类的介绍和特点分析,说明了方捆秸秆打捆机的操作方法和应注意的问题。     

一年两熟地区玉米秸秆根茬处理和小麦免耕作业方式的分析

为了在一年两熟地区大面积推广实施全程保护性耕作小麦免耕播种作业技术,分析了国内外玉米秸秆根茬处理技术和我国一年两熟地区玉米收获后小麦免耕播种的作业方式,指出现有小麦免耕作业方式存在小麦免耕播种机易堵塞、动土量大、刀轴转速高、安全性差的问题;秸秆被重复切断,秸秆覆盖播种带,影响小麦出苗和幼苗的生长;拖拉机进地次数多,压实土壤。提出了利用斜置驱动圆盘刀和驱动双向螺旋刀装置实现粗粉碎秸秆、低速驱动刀推开播种带秸秆和切断根茬的作业方式。     

滴灌区宽窄行玉米免耕播种带秸秆清理装置设计与试验

针对在滴灌区进行玉米免耕播种作业时,窄行内铺设的滴灌带与秸秆残茬易缠绕形成壅堵、影响播种机具通过性和作业质量等问题,提出适用于滴灌区宽窄行玉米免耕播种带的秸秆清理方法。设计了播种带秸秆残茬分区清理装置,该装置通过纵向错位布置拨草机构对播种带秸秆进行清理,对清理装置作业过程和秸秆抛撒轨迹进行了分析,确定了关键影响因素及参数取值范围;运用EDEM离散元仿真技术,以机具作业速度、入土深度和纵向间距为试验因素,以播种带秸秆清理率为评价指标进行了回归正交仿真试验,建立了响应面数学模型,并进行了参数优化和田间验证试验。结果表明,影响播种带秸秆清理率因素显著性由大到小依次为机具作业速度、纵向间距和入土深度;当作业速度为9km/h、纵向间距为1100mm、入土深度为45mm时,装置作业通过性良好,播种带秸秆残茬清理率均值为87.61%,比模型优化理论值低1.8个百分点,播种带清理宽度为508.0~540.4mm,满足滴灌区玉米免耕播种的农艺要求。     

基于蚁群算法的公共自行车调度路径研究

为研究公共自行车系统的调度路径问题,构建了单调度中心软时间窗调度路径优化模型,模型以整个调度路径总长度最小为目标,在模型中将未能在软时间窗内完成调度任务的调度路径进行惩罚,惩罚以一定比例的距离形式加到路径总长度内。然后利用MATLAB对蚁群算法进行编码来求解模型,并且通过案例对模型进行了验证。案例结果表明:该模型能较大程度上减少不必要的调度绕行,从而提高了公共自行车系统调度任务的效率,有利于公共自行车系统的发展。     

基于蚁群算法的多机协同作业任务规划

为了实现对农田动态环境中多机协同导航作业的调度管理,开展了基于蚁群算法的多机协同作业任务规划研究。将多机协同作业任务规划分为2个环节:任务分配和任务序列规划。首先,采用全局与局部相结合的方法,综合考虑路径代价和任务执行能力,建立了多机协同作业任务分配模型;然后,通过对比分析任务序列规划问题和旅行商问题,利用蚁群算法建立了农机作业的任务序列规划模型;最后,利用Matlab平台对基于蚁群算法的任务序列规划进行了仿真试验,根据涿州试验农场的实际地块信息,设置多组不同的任务集合,分析蚁群算法优化路径、各代最佳路径长度和平均长度以及适应度进化曲线。仿真结果表明,基于蚁群算法进行任务序列优化可以有效地降低路径代价,提高作业效率,算法运行时间均小于1 s,满足多机协同作业的实时性需求。     

农业机器人全覆盖作业规划研究进展

随着自动导航技术的发展,农业机器人已经应用到农业生产的各个方面。农业机器人可以代替人类从事喷药、施肥、收获等活动,减轻了劳动强度,提高了作业效率。全覆盖作业是智能机器人研究的核心内容之一,涉及农业、军事、生产制造和民用等多个应用领域。全覆盖作业规划作为农业生产作业的关键技术,有助于提高作业质量和资源利用率。但在全覆盖作业中,仍然存在障碍物识别不准确,阻碍农机工作路径;工作区域面积遗漏,路径重复问题,造成资源浪费;单机器人工作效率较低,无法处理复杂的全覆盖作业问题。本文从全覆盖作业规划中存在的问题入手,从环境模型构建、机器人路径规划、多机器人协作任务分配3方面进行综述。其中,准确可靠的环境地图信息有助于规避静态障碍物、提高作业可靠性;高效优化路径信息有助于减少遗漏面积,提高作业效率;最佳的任务分配方案有助于减少作业时间和资源浪费。首先对环境建模方法进行了分析和对比,揭示其局限性并提出优化方法;在环境建模方法的基础之上,对国内外全覆盖路径规划算法现状进行综述,指出相关算法的特点;然后,针对多机器人协作全覆盖任务规划的研究,探讨了相关任务分配算法的研究进展;最后对移动机器人全覆盖作业规划未来的发展方向进行了展望。该研究将有助于进一步提高农业生产中全覆盖环节的工作效率和农业作业质量,减少资源浪费,为我国实现农业规模化生产提供重要依据。     

新疆北疆莫索湾垦区残膜机械化回收现状与对策

文中以新疆北疆莫索湾垦区第八师149团为例,针对土壤耕层废旧地膜残留情况,结合当前残膜回收困难、回收利用率低的现状,提出了在秋季秸秆粉碎前带秆搂膜、春季搂膜和田间机械作业配备扎膜轮等机械回收方法,以及将残膜造粒加以循环利用的对策与建议。     

联合收割机与运粮车协同作业调度技术研究

针对联合收割机作业路径规划不合理、联合收割机与运粮车无法协同优化调度等问题,以最小化联合收割机总非生产性作业时间和非生产性作业等待时间为目标,构建多机型多任务协同优化调度模型,设计多机协同优化调度算法(MMCOSA)。首先通过对传统蚁群算法(ACO)进行改进,计算得到联合收割机的静态路径规划方案,然后采用相对距离最近策略实现联合收割机与运粮车协同作业动态优化。试验结果表明,采用MMCOSA算法计算得到的联合收割机总非产性作业时间和非生产性作业等待时间均比传统ACO算法的结果平均缩短17.5%和19.02%,MMCOSA算法不仅加快收敛速度,而且缩短作业时间,为农忙时节联合收割机与运粮车的协同调度问题提供有效的解决方案。     

基于GNSS农田平整全局路径规划方法与试验

针对全球导航卫星系统(Global navigation satellite system,GNSS)农田平整系统缺少作业指导且效率低等问题,提出了一种基于GNSS农田平整全局路径规划方法。分析农田实际平整条件,创建适用于土地平整的农田地形环境模型,生成农田地势信息图,研究整块农田地势高程分布特征,以平地作业中空载、满载的无效作业状态最少,转向操作与重复行走最少为条件,生成遍历整个农田的土地平整路径,并通过拉力传感器实时监测铲车载荷。仿真试验结果表明,相对于常规平整方法,所提方法空载、满载率显著减小,达到目标平整度时间节省50%以上。该方法可以规划有效路径,减少无效作业时间,平地效率提高30%以上。     

全喂入联合收割机秸秆中带粮问题诊断与处理

1秸秆带粮的位置描述在多年的农机实际操作中,了解到全喂入联合收割机在收割不同农作物时,经常因为某个机械部件调整不当,从而出现严重的秸秆带粮问题,不仅减少了农民的收入,而且也给农机手作业收费带来麻烦,减少收入。针对不同农作物,秸秆带粮的主要位置有以下几处。     

玉米秸秆焚烧还田一体机的设计与分析

我国现有的秸秆收割机械大多只具有一些基础的功能,不能一次性完成收割、粉碎、打包等作业流程,极大地影响了秸秆回收再利用的效率.通过深入地调研和讨论,设计了一款新型玉米秸秆焚烧还田一体机.设计的玉米秸秆焚烧还田一体机具有以下优点:可以一次性完成对玉米秸秆的收割、粉碎、焚烧、还田等作业,提高了秸秆回收的作业效率,减少了对环境造成的污染;与传统秸秆收割机械相比,设计为内部电能循环,能有效节约能源并增大了动力;与国内目前大多数秸秆回收机轮式行走装置相比,采用履带式行走装置,可大大减小路况对机具作业的影响;创新设计了焚烧炉装置,可实现秸秆的炉内集中焚烧,规避了野外焚烧的火灾风险;对粉碎系统、打捆打压系统、传动带及液压控制系统进行了一体化创新设计,使得该机能够适用于不同环境、不同玉米品种的秸秆回收作业,还可用于收割水稻、小麦、棉花、芦苇等其他作物秸秆.     

浅析对复式作业机的技术研究与创新

随着我国农村经济和农业机械化的快速发展,水稻、小麦及玉米等农作物秸秆的有效利用率急剧下降,大量的秸秆被废弃或焚烧,严重造成了资源浪费和环境污染,直接影响到人民的生活和交通安全,亟需寻找农作物秸秆的出路问题。目前推广的秸秆还田机械无法解决大面积旱地秸秆埋草还田问题,在技术性能和数量上远远落后于市场需求,不能满足联合收割机作业后的秸秆还田需求。我国当前应用的耕整地机械为单式驱动圆盘犁、铧犁和旋耕机,作业工序单一,无秸秆掩埋功能,作业效率低,作业成本高,拖拉机进地次数多,容易使土壤板结,从而直接影响到农民种田效益。通过广泛调研耕作和秸秆还田机械的基础上,对驱动圆盘犁埋草旋耕碎土复式作业机进行了技术研究,该机可一次完成驱动圆盘犁深耕、秸秆深埋及浅旋碎土整地作业。     

免耕播种机侧向清秸覆秸秸秆比例回收装置设计与试验

为解决中国麦玉豆主产区在利用秸秆促进作物绿色增产增效、保护耕地的同时,轻简化回收多余秸秆促进其资源化利用等问题,基于原茬地免耕精量播种机侧向清秸覆秸原理,设计了一种秸秆比例回收装置,借助秸秆被免耕播种机播前清理具有的机械能使其沿导流板滑移至机械能耗尽,弹齿“顺势”将其抛送至挤压装置进行回收。应用高速摄像技术探明了秸秆侧向抛撒运动规律,通过理论分析确定了影响装置工作性能的关键结构与作业参数及其取值范围,并采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、滚筒转速和弹齿偏角为试验因素,以秸秆回收比率和含杂率为评价指标,实施参数组合优化试验,结果表明：在参数组合为作业速度5.4～7.2 km/h、滚筒转速95 r/min、弹齿偏角49°时,秸秆回收比率大于94%、含杂率小于5%。研究结果为研制原茬地免耕播种秸秆覆盖还田同步比例回收复式作业机提供了理论和技术支持。     

大学生首创北斗农机自动驾驶仪

正扬州大学机械学院张瑞宏教授指导的学生团队成功研制北斗农机自动驾驶仪。该产品是基于北斗导航的农机自动驾驶仪,安装于农机上使农机具备自定位和自行走能力,通过综合控制农机的转向和速度,使其按照规划路径行驶,实现农机定位耕种,进行农机定位耕作等精准化作业。据了解,北斗农机自动驾驶仪通过高精度的     

玉米秸秆残茬侧向抛出动力学模型建立与试验

针对目前国内外免耕播种机及秸秆回收机均只能实现单一作业工序的现状,为实现2BMFJ系列原茬地免耕覆秸精量播种机增设秸秆同步回收装置,通过综合考虑空气阻力、土壤干涉及其他不可控因素,分析了被2BMFJ系列原茬地免耕覆秸精量播种机清秸装置抛出机组侧向的秸秆的空间运动轨迹,对秸秆被侧向抛出过程进行动力学分析,建立了含有修正系数的秸秆被侧向抛出的动力学模型及秸秆空间运动轨迹的参数化方程,并利用高速摄影技术,通过三因素五水平二次回归正交中心组合试验建立了修正系数回归模型。利用秸秆侧向抛出动力学模型,对秸秆回收装置与清秸装置进行匹配,并进行了田间试验,结果表明:平均秸秆回收率为91.21%,不清洁度为6.08%。     

天气变化情形下基于动态时间窗的收获机应急调度技术

在小麦收获时期,若遇到天气变化,小麦可收获时间窗会发生改变,若还按原调度方案,将造成大量农田延迟收获,从而给农户带来损失。为避免或降低因天气变化给农户带来损失,本文考虑天气变化导致的农田收获时间窗变动的应急调度问题。基于天气变化导致的农田可作业时间窗实际缩短的情况,综合考虑收获机转移时间、提前到达等待时间和延迟时间,建立因天气变化导致的时间窗变动的收获机多目标应急调度模型,引入农田收获应急度函数,确定应急农田,将可作业时间窗和下雨时间有交集的农田重新根据应急度排序进行优先调度。针对此模型特点对遗传算法进行改进,设计基于改进遗传算法的收获机应急调度算法,采用两级多段编码方式及单点交叉方式,使算法可以有效避免局部最优,能够很好地实现全局收敛。通过动态改变原收获机收获路线,为应急农田优先提供收获服务,从而提高农机合作社服务能力,减少农户损失。实例仿真结果证明了模型和算法的可行性。     

湖南大力推广秸秆还田机械化技术

<正>2015年7月14日,湖南省农业机械化技术推广站在长沙县黄花镇举办了"湖南省农业机械化秸秆还田现场推广演示"活动,全省14个市州农机推广站及试点地区负责人到现场观摩学习,目的是进一步推进农业机械化秸秆还田技术在全省的普及应用。此次现场推广演示的装备与技术有:秸秆捡拾打捆机械及作业;水稻联合收获秸秆粉碎机械及还田作业;旋耕机械及秸秆还田旋耕作业;水稻秸秆粉碎机械及制肥作业等。带秸秆切碎装置的半喂入和全喂入水稻联合收     

基于遗传变邻域搜索算法的农机跨区调度优化研究

智慧农业的快速发展促使多区域互联农机的调度追求更高的实时性，为更合理配置农机资源，农机跨区作业已成为完成“三夏”机收任务的主要服务模式。基于小麦收获机跨区作业真实场景，研究了带时间窗的多库、多机型的农机跨区调度问题，同时考虑经济成本和环境成本，建立以最小调度成本为目标的跨区调度模型。根据问题特征，设计遗传变邻域搜索算法(Genetic algorithm variable neighborhood search, GAVNS),该方法通过交叉、随机扰动、自适应邻域选择等操作，使解的搜索更加高效和灵活。对我国黄淮海平原72个小麦生产区县的作业需求进行计算与分析：不同算法相比，本文设计的算法得到最优解的迭代次数更低、收敛速度更快，求得的目标函数值较遗传算法、变邻域搜索算法分别降低16.41%、11.15%;对比不同调度模式，开放路径模式更有利于提升跨区调度服务效率，较闭合路径模式，调度成本降低17.76%。