物料分选过程中的模式识别技术与智能化

农产品加工过程中涉及物料分选操作,自动物料分选系统的设计与模式识别与智能化技术相关。该文研究了农产品物料分选过程的基本规律,根据非间歇离散型物料分选过程的时间约束以及物料的固有分类特性呈现不可分离性的特点,提出了时间适应度和特征效率的概念。分选系统的时间适应度应该大于零,特征维数最小化的原则是特征效率从正向逼近于１。介绍了异步多维模式分类器的基本结构和实现方法,根据Ｂａｙｅｓ最小错误分类原则或Ｂａｙｅｓ最小风险分类原则,可通过学习程序实现分类阈值的在线寻优。基于人－机智能综合思想,通过建立内环和外环智能体系来控制分选系统工作,在复杂情况下,外环智能体系可将人类自然智能导入系统帮助工作。上述技术在智能化茶叶分选设备上得到成功应用。     

智能农机多机协同收获作业控制方法与试验

为提高多台无人化智能收获机和运粮车协同作业效率,该研究以2台不同型号水稻收获机和1台运粮车为研究对象,开展了智能农机多机协同收获作业控制方法研究。根据协同作业控制决策约束条件,建立协同收获作业中有限个状态过程的改进型连续时间马尔科夫链模型。以减少非作业时间为优化目标,通过模型预测未来一段时间内每台收获机的卸粮时间,动态更新每台收获机的卸粮顺序和时间。仿真试验结果表明：本文控制方法相对于仓满后再召唤运粮车的卸粮方式有效减少了作业时间,协同收获任务的农机平均作业时间减少了13.58%。田间试验结果表明：智能农机多机协同作业控制方法实现了2台水稻收获机和1台运粮车协同自主作业,在场景1中,相对于仓满召唤卸粮模式,收获机1和收获机2非作业时间分别减少了71.25%和42%,收获效率提高了6.65%和5.22%;在场景2中,相对于仓满召唤卸粮模式,收获机1和收获机2非作业时间分别减少了77.64%和37.09%,收获效率提高了12.07%和5.78%。本文提出的控制方法可以实现收获-卸粮转运自主作业,减少了收获机的非作业时间,提高了作业效率,可为无人农场智能收获协同作业提供支撑。     

农业物料电特性研究进展

该文通过对国内外农业物料电特性研究资料的分析，阐述了农业物料电特性的概念、种类及意义，介绍了农业物料电特性的4种测试方式和阻抗特性、介电特性的几种测量方法，并对各种测量方法的优缺点进行了系统分析和总结，概述了国内外对植物、动物及微生物等农业物料电特性的研究状况和应用，指出了目前农业物料电特性研究的不足，为今后研究及发展趋势提出了建议和意见。对进一步深入研究农业物料电特性及其应用具有参考价值和指导意义。     

智能化信息技术与西部农业可持续发展

我们在分析西部地区农业生产现状的基础上，认为智能化信息技术是实现西部地区农业可持续发展的一条捷径，特别是专家系统对提高农民科技文化素质、解决农业科技人员短缺等具有重要作用。在本文中提出了西部地区发展智能化农业信息技术的工作重点，例如研制开发实用性强、适应性广的专家系统；强化农业信息意识、逐步推进信息网络建设；选建一批智能化农业应用示范基地等，同时，西部地区在智能化农业发展过程中要因地制宜，逐步推进。     

超常环境因子对农业物料物性的影响

环境因子与物料的物理特性有着紧密的动态关系。在讨论农业物料物性的基础上, 提出了超常环境因子能够激发超常物性的论点, 列举了一系列具体的农业物料超常物性及其机理分析, 提出了对其深入研究的重要意义。     

链条输送式变量施肥抛撒机的设计与试验

针对国内变量施肥机作业幅宽小,变量施肥抛撒机缺乏的问题,该文应用变量施肥技术,设计了一种基于处方图的链条输送式变量施肥抛撒机。通过分析肥料颗粒在撒肥盘上的运动和受力,建立了肥料颗粒在脱离撒肥机圆盘过程中的运动方程,设计并确定了变量抛撒控制系统、肥箱、肥门自动开启装置等关键部件的结构及参数。并进行了不同施肥量和抛撒均匀性的试验,结果表明:链条输送式变量施肥抛撒机变量效果较好,且具有较好的抛撒均匀性,在拖拉机速度1.5m/s,实际施肥量与预置施肥量相对误差最大值为7.53%;拖拉机速度2m/s,目标施肥量225kg/hm2,抛撒幅宽设定30m,有效幅宽抛撒变异系数为14.90%,能够较好的满足实际生产要求。     

农业物料碰撞特性试验数据采集系统

介绍了基于计算机的农业物料碰撞特性数据采集系统的组成和测控软件的设计要点。应用结果表明，PCL-1800数据采集卡A/D转换的滞后触发方式和DMA数据传递组合是农业物料碰撞特性数据采集的有效方法。该系统工作可靠，虚拟仪器面板操作简便，实现了农业物料碰撞特性试验数据采集自动化。     

油菜割晒机拨指输送链式输送装置研制与试验

为了解决油菜割晒作业输送铺放难题,研制了油菜割晒机拨指输送链式输送装置,可以实现油菜割晒输送、铺放作业。该研究对拨指输送链式输送装置进行了结构设计,在排禾口处,在保证拨指运动不干涉的条件下,控制拨指回缩的轨道应尽量前伸,以保证在排禾口处拨指一直对油菜茎秆有拨动输送作用。在分析拨禾轮对油菜植株作用过程以及对已割油菜茎秆推送作用的基础上,给出了油菜割晒作业顺利输送时输送装置、拨禾轮、割刀三者之间水平与垂直安装距离以及输送装置安装倾角。拨禾轮中心与割刀的水平距离调节范围应为0～276 mm,割刀和输送装置前端之间的水平距离应根据油菜茎秆高度而定,一般不超过300 mm。拨禾轮中心的高度应大于1100 mm,高度可调。输送装置前端与割刀的垂直距离应小于125 mm。输送装置安装倾角10°～20°。分析了拨指运动轨迹方程,对输送带上油菜茎秆进行了受力分析。给出了油菜茎秆顺利输送铺放时机器前进速度、输送带速度、拨禾轮转速之间的相互关系。拨禾轮圆周线速度与机器前进速度的比值控制在1.1～1.5,输送带速度与前进速度的比值控制在3.2～5.0。田间试验表明,该输送铺放装置性能稳定,作业顺畅,油菜割晒作业总损失率≤0.85%,油菜茎秆铺放角≤32°,铺放角度差≤25°,铺放质量达到要求。     

农业机械污染排放控制技术的现状与展望

农业机械作为一种重要的非道路机械类型,其主要动力源为柴油机,而柴油机固有的燃烧方式会导致其颗粒物(PM)和氮氧化物(NOx)等污染物排放严重,开展农业机械污染排放控制技术的研究对人体健康和环境保护均具有重要意义。该文从农业机械排放法规、降低农业机械污染排放的单项技术路线、满足更高排放限值要求的组合技术路线3个方面进行阐述。农业机械排放法规分析了欧盟、美国和中国法规对排放限值和测试循环的要求以及各国法规的差异。中国目前正在实施的农业机械国III排放标准,与欧盟的Stage IV和美国Tier IV标准相比,排放限值相对宽松;欧盟农业机械排放法规的NRSC测试循环主要包括8工况循环和5工况循环,而中国和美国规定,19 k W以下的非恒定转速的农业机械柴油机也可使用6工况循环进行测试;欧盟和中国规定污染物测量的最终结果为冷启动循环结果的10%和热启动循环结果的90%的加权,而美国将冷启动循环结果的比例调低至5%。单项技术路线对油品技术、机内净化技术和机外排气后处理技术进行了介绍。其中,油品技术包括提升燃油和润滑油品质、采用替代燃料等;机内净化技术包括农业机械柴油机本体优化设计、增压及增压中冷、燃油喷射优化和废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)等;机外排气后处理技术包括柴油机氧化催化转化技术(diesel oxidation catalyst,DOC)、柴油机颗粒捕集技术(diesel particulate filter,DPF)和选择性催化还原技术(selective catalytic reduction,SCR)等。组合技术路线总结了满足国III和国IV阶段以及国外最新排放标准的技术路线。"优化燃烧+SCR"技术路线的柴油机比采用"EGR+DPF/CDPF"技术路线的柴油机节省5%~7%的油耗,若扣除尿素消耗,前者仍有一定节油优势;模块构建和单体式后处理系统等先进的农业机械污染排放控制技术是满足Stage IV/Tier IV和Stage V的重要技术路线。最后,针对农业机械污染排放控制技术研究,进行了总结和展望。为满足未来国IV排放标准,加装机外排气后处理催化器已经成为一种重要手段;开发低成本、高净化效率的集成式机外排气后处理催化器,是未来农业机械污染排放控制的重要研究方向。     

双排交替齿形筛菠萝输送机构设计与试验

针对拨杆喂入式菠萝采收机所存在采摘后的菠萝果实在输送过程中容易堵塞、堆积,并在接果板与挡板输送链之间的间隙中挤压损坏导致的输送成功率低、输送损伤率较高的问题,该研究设计了一种双排交替齿形筛输送机构作为输送过程中的缓冲过渡机构。阐述了双排交替齿形筛输送机构工作机理,并根据运动特点确定了其结构参数,如杆件长度和角度、齿形筛板排列间距等。建立齿形筛板各齿端的运动方程和菠萝果实与齿形筛板的接触力学模型,求解了菠萝果实临界碰撞损伤及临界输送弹跳时双排交替齿形筛输送机构转轴的工作角速度分别为23.13和10.56 rad/s,并确定了接果板倾角、采摘装置转轴转速和输送机构转轴转速为影响该输送机构输送效果的3个主要参数。将这3个参数作为试验因素,以果实输送成功率和果实滞留数作为试验指标,依据Box-Behnken试验原理开展了三因素三水平台架试验,建立了试验指标与各影响因素之间的回归模型,并利用回归模型求得了最优参数组合。田间试验结果表明,接果板倾角为14°、采摘装置转轴转速为27 r/min、输送装置转轴转速为70 r/min时果实平均输送成功率为94.87%、平均果实滞留数为2个,输送作业过程中均无果实受损,可满足菠萝果实输送工作需求,提高菠萝果实采收效率。     

揉碎玉米秸秆螺旋-气力耦合输送装置设计

为解决揉碎玉米秸秆螺旋输送过程中的生产率低、功耗大、易堵塞及机件磨损严重等问题,该文设计了一种螺旋-气力耦合输送装置,并以揉碎玉米秸秆为原料开展了试验研究。螺旋-气力耦合输送装置主要由螺旋输送装置和气力辅助输送系统组成。其中气力辅助输送系统主要由喷射角度可调的Y型喷嘴座、喷嘴、最大出气压力为1.6 MPa的空气压缩机、直径为10 mm的PPR(polypropylene random)管和15°弯管及压力表等组成。螺旋输送装置主要由机壳、螺旋叶片和中心轴等组成,其关键参数为:螺旋叶片外径为250 mm,中心轴直径为60 mm,螺距为335 mm,螺旋槽用U型机壳。以比功耗、轴向推力、螺旋叶片及机壳各部位所受压力作为输送性能指标,对施加气流前后各部位所受压力进行测试。结果表明,当螺距为335 mm、螺旋轴转速为100 r/min、喂入量为70 kg/min、气流速度为10～50 m/s时,随着气流速度的增大,输送装置的比功耗先减小后增大。当气流速度为20 m/s时比功耗最小,为10.78 W/kg,比无气流时的比功耗减小了8.3%,轴向推力、叶片和机壳各部位所受压力随着气流速度的增大而减小,且均小于不加气流时的值。     

21世纪农产品深加工技术发展趋势与对策

阐述了当前世界发达国家和中国农产品深加工技术的现状，着重介绍了几种目前世界发达国家普遍采用的先进农产品深加工技术，对21世纪世界农产品深加工技术的发展趋势作了基本预测，并提出了相应的对策。     

夹持输送式残膜回收装置的设计与试验

针对现有残膜回收机存在残膜回收率低、残膜缠绕和脱膜困难的问题,依据残膜特性,设计了一种气力脱膜的夹持输送式残膜回收装置,该置主要由起膜机构、输送机构和气力脱膜机构组成,通过介绍夹持输送式残膜回收装置的工作过程,分析讨论确定起膜铲、夹持输送结构和脱膜机构的结构和工作参数,选取刮板和输送带的材料以及刮板组件和输送带的位置关系;分析起膜铲铲起残膜过程和残膜沿起膜铲上升的高度,分析夹持输送残膜时残膜受力,确定输送残膜所需夹持力的最小值为4.58 N。田间试验表明：起膜铲可以将地表残膜铲起,铲起的残膜在刮板的作用下可以顺利喂入夹持输送机构,残膜在输送过程中可以被稳定夹持,气力脱膜机构可以将夹持输送的残膜顺利脱下,防止残膜粘附缠绕,当机具作业速度为5～5.5 km/h时,残膜平均回收率达到92.5%,平均脱膜率达到97.8%。该研究可为研制残膜回收机提供参考。     

世界农业工程学科研究进展及发展趋势

为准确了解世界农业工程学科的演进发展过程,把握学科未来发展方向,为中国农业工程学科发展提供借鉴,为农业强国建设和中国式现代化提供学科支撑,该研究基于Web of Science核心数据,精选世界农业工程领域的30种期刊,采用文献计量学方法和可视化图谱软件,绘制了1965－2021年6个时段（1965－1970年、1971－1980年、1981－1990年、1991－2000年、2001－2010年、2011－2021年）的世界农业工程学科研究相关图谱。结果表明：世界农业工程学科主要研究内容经历了从水、土壤、多孔介质、畜禽粪污处理及环境污染控制等传统学科领域到生物质资源生产、预处理、厌氧消化,藻类培养,木质纤维素利用,人工神经网络、人工智能、物联网、计算机信息、光谱、大数据、“3S”等技术在农业中应用（精准农业、智慧农业、垂直农业等）等学科交叉研究的深度转化。从研究产出量看,20世纪,美国在世界农业工程研究领域处于领先地位,其次为加拿大和英国;21世纪,中国、印度和巴西跻身前列,2011－2021年中国跃升至首位。农业工程交叉学科的特点日趋突出,相关学科交叉研究期刊的载文量和影响力逐渐提升。基于这种发展趋势,对中国农业工程学科未来发展提出建议：根据中国式现代化发展需求和农业强国建设需求,系统布局和规划学科整体发展;加强与发达国家和新兴发展中国家在农业、生物系统工程、环境工程、水土资源、计算机、电子信息技术等领域合作;以农业强国建设目标引领农业工程学科发展。研究为新时期中国农业工程学科创新发展提供了重要参考,为中国式农业现代化提供了有力的科技与人才支撑。     

基于多学科技术融合的智能农机控制平台研究综述

农业机械的自动化和智能化包含内容广泛,有农机定位与导航,动态路径规划,机器视觉和远程监控等,牵涉到大量的工程技术学科,包括导航、图像、模型与策略、执行器以及数据链等。农机定位与导航一般采用基于农机运动学模型结合GPS(global positioning system)/IMU(inertial measurement unit)组合导航信息,在导航路径规划算法指引下实现农机轨迹跟踪的方法。建立的农机运动学模型精度,GPS数据的连续性以及惯导器件误差系数漂移等因素都会影响该方法的有效性。路径跟踪通常采用各种现代控制理论与方法,而面对复杂的田间作业环境变化,农机的自主避障以及动态路径规划能力也会影响轨迹跟踪精度。机器视觉的稳定性和目标特征信息分离度影响着农机环境感知能力,目前目标识别主要采用hough变换,hough变换的全局检测特性决定了该算法运算量较大,需要探究改进特征提取算法。远程监控农机作业是智能农机发展的一个方向,构建无线导航,控制和视频数据传输网络有助于提高农机的智能化水平,可以采用分布式哈希表(distributed hash table)来研究网络覆盖和互联技术。该文融合多个学科,从高精度定位与导航技术、复杂环境及工况下农机运动精确自主控制技术、稳定清晰的机器视觉感知技术和基于4G网络和新一代物联网的高覆盖数据传输技术几个方面,论述了智能农机在光机电液多个学科领域内的研究现状,并指出采用北斗地基增强网络和网络RTK(real-time kinematic)技术、惯导定位误差精确建模与补偿、环境感知与自主避障、立体结构自组网技术以及多机协作是现代农业机械的发展方向。以期为现代化智能农业机械的设计提供参考。     

中国大田无人农场关键技术研究与建设实践

智慧农业是现代农业的发展方向,无人农场是实现智慧农业的重要途径。为了探索和推广无人农场在现代农业中的应用,华南农业大学对大田无人农场的关键技术进行了深入研究,包括无人农场作业环境、作业对象和作业机械装备信息的数字化感知技术;土地整治、耕整、种植、播种、田间管理和收获方案的智能化决策技术;农机自动导航和农机精准作业的精准化作业技术;农作物生长、农机运维和农场经营管理的智慧化管理技术。2020年在广东增城创建全球首个水稻无人农场,实现了五大功能,包括耕种管收生产环节全覆盖,机库田间转移作业全自动,自动避障异况停车保安全,作物生产过程实时全监控,智能决策精准作业全无人。取得了显著的经济、社会和生态效益,2021 年广东增城水稻无人农场种植的优质丝苗米十九香产量达到9934.35 kg/hm²,比当地的平均产量高32%;2023年湖南益阳千山红镇再生稻无人农场两季产量达到18625.5 kg/hm²,说明了人不下田也能种地,也能种好地。截至2023年11月,在国内15个省启动了 30 个无人农场的建设,包括水稻、小麦、玉米和花生4种作物,实践结果证明了无人农场和智慧农业发展的巨大潜力,为解决“谁来种地”和“如何种地”提供了重要途径。     

基质块苗移栽机挡销式自动送苗分苗装置设计与试验

针对叶类蔬菜自动移栽送-分苗成功率低和伤苗率高的问题,该研究以甘蓝基质块苗为对象,设计了一种输送带+挡销组合式送-分苗装置,结合甘蓝基质块苗力学特性,开展送-分苗过程理论分析,确定装置稳定送-分苗条件和关键机构工作参数。搭建试验台进行单因素试验,确定关键因素参数范围,选取前输送带电机转速、后输送带电机转速和挡销频率为主要试验因素,以分苗成功率和基质块破损率为评价指标进行Box-Behnken中心组合试验,建立二阶回归模型,分析各影响因素对指标的影响关系并进行综合优化。试验结果表明：前输送带电机转速104 r/min、后输送带电机转速75 r/min、挡销频率1.85 s/次时送分苗效果较优,台架验证试验分苗成功率92.73%、基质块破损率4.09%,田间验证试验分苗成功率91.81%、基质块破损率4.62%,两指标的两次验证试验与优化结果相比误差值均小于2%,表明该装置具有较高的稳定性。该研究可为蔬菜自动移栽装备的设计提供参考。