大功率农机作业效率与机组合理运用模式的研究

为了科学管理、合理运用大功率农业机械,提高机组的作业效率,在调查测试播种和麦收作业的基础上,对测试机组分别进行了时间利用率和作业效率分析.结果表明:影响播种作业和小麦割晒作业时间利用率与总作业效率的主要因素分别是加种子肥料、故障维修和地头转向,个别机组存在动力匹配不合理的问题.根据调查和分析的结果,针对大功率农机作业中存在的问题提出了机组的合理运用模式.     

基于GPS轨迹的农机垄间作业重叠与遗漏评价

为了有效评估农机作业过程的重漏程度,该文采用地理信息系统的空间分析方法,基于GPS轨迹数据分析农机垄间作业重叠区域面积和作业遗漏区域面积,提出表征农机作业完整性、无重叠的量化评估指标,即作业重叠率和作业遗漏率。基于农田作业机械GPS轨迹的历史数据,分别计算多个地块不同农作管理过程中的作业重叠率和作业遗漏率。其中,小麦收获作业重叠率高于遗漏率,最高作业重叠率达13.30%;施肥作业遗漏率高于重叠率,最高作业遗漏率达13.80%;喷药作业重叠率高于遗漏率,最高作业重叠率达12.93%,上述结果与实际作业情况相符。结果表明,农田作业机械无导航情况下的作业重叠与遗漏显著,导致作业成本高、作业效率低,甚至会影响农田环境安全。该研究方法为农机作业过程监管提供有效地评价技术手段。     

基于北斗的农机作业大数据系统构建

针对全国范围农机作业动态监测和量化统计的应用需求,该研究通过在农业机械上安装北斗终端,制订数据传输规范,完成了基于北斗的农机作业大数据系统建设。该系统由农业机械及北斗终端、农机制造企业物联网平台和农机作业大数据管理服务平台3部分组成。系统共接入农机290 153辆。经数据清洗、轨迹分割和参数提取3个数据处理步骤,可获得农机的工作时长、行驶里程和作业面积等基本统计量。以2021年夏小麦机械化收割为例,利用该系统进行数据获取、处理和统计分析,输出收割机分布热力图和作业重心转移图,进行了收割时长、收割效率与收割面积等统计,分析了小麦主产区对跨区作业的依赖程度。麦收期间在线收割机累计35 243辆,日均18 568辆,收割时长中位数均值为8.3 h/d,收割面积中位数均值为5.5 hm2/d,约75%的小麦收割机进行了跨区作业,跨区距离中位数约为597 km。应用结果表明,农机作业大数据系统可准确开展数据处理和作业统计,可以向农业农村部门、农机制造企业、农机合作社和农机手提供作业动态监测和数据分析服务。     

播种机组纯作业时间利用率与地块条件的匹配模型与试验

机械化播种作业是现代农业生产的重要环节,纯作业时间利用率是衡量播种机组作业效率的重要指标。该研究依据农业机组运行机理,在调查研究的基础上,提出季节时间利用率概念,确定了播种机组的作业时间构成,建立了播种机组纯作业时间、转弯时间、加种肥时间的计算模型和3种加肥方式下的播种机组纯作业时间利用率计算模型,明确各参数随地块面积、地块长度等条件变化的一般规律;以此为基础,在机组正常作业状态下,采用定距离多点多设备同步跟踪测的试验方法获取4种典型播种机组各类作业时间数据,并运用3σ原理剔除无效数据;依据所建模型及有效试验数据,采用Matlab 2012b对4种播种机组的纯作业时间利用率随地块条件变化规律进行模拟仿真,并采用Sigmaplot 12.5软件直观表达试验结果;进而探索了播种机组纯作业时间利用率随地块条件化的原因,确定了目标时间利用率条件下不同播种机组与其所适宜的作业地块面积和地块长度的定量关系:播种机组纯作业时间利用率大于0.6时,约翰迪尔7830机组适合作业地块面积大于等于6 hm^2、地块长度为1 200~1 400 m;维美德171机组适宜作业地块面积大于等于6 hm^2、地块长度为1 000~1 200 m;常发504机组适合作业的地块面积大于等于1 hm^2、地块长度为500~1 500 m;黄海254机组适合作业的地块面积大于等于0.3 hm^2、地块长度200~1 500 m。研究成果可为不同地块条件的播种机组选型提供定量依据。     

基于半监督BP_Adaboost的农机作业效益评估

为提升农机管理水平和用户收益,该研究利用影响作业效益的因素,以每台农机一天的作业信息作为一条数据评估农机当天作业效益。作业信息包括农机作业效率、油耗、作业质量、重复作业率、遗漏作业率、有效作业时间占比等。使用半监督BP_Adaboost方法对农机作业效益进行评估,对部分数据进行人工评分,根据评分结果标记农机每天作业效益的好坏,其中一部分作为训练样本,另一部分作为测试样本,再利用BP_Adaboost方法训练模型后对剩余未评分数据预测,以减少训练样本的人工标记工作量和提高模型准确性。从32 000条深松作业数据中选取1 000条样本进行标记,其中500条作为训练样本,500条作为测试样本,使用BP_Adaboost方法得到的模型预测准确率为93.36%,使用半监督BP_Adaboost方法增加训练样本得到的模型预测准确率为97.03%。根据作业效益推荐最优农机机具组合,增强作业能力,提高效益。     

温度对4种不同粪便厌氧消化产气效率及消化时间的影响（简报）

为研究温度和粪便厌氧消化产气效率及消化时间的关系,该试验通过自行研究设计的可控性恒温发酵装置,以猪粪、牛粪、鸡粪和人粪为消化原料,以常温厌氧发酵池的底物为接种物,在25～40℃温度范围内,以5℃为梯度,进行了批量厌氧消化试验,研究了不同粪便厌氧消化的产气量、消化时间和展优消化温度.结果显示,影响猪粪、牛粪、鸡粪和人粪厌氧消化的最优消化温度及相应的消化时间和最大干物质累积产气量分别为(35.9℃,81 d,0.495 L/g),(33.8℃,74d,0.398L名),(32.2℃,73 d,0.324L/g)和(25.1℃,84d,0.294 L/g).不同粪便厌氧消化在其最优消化温度范围内产气速率最大,产气量随着温度的升高而增大;当超出最优温度范围,产气速率减小,产气量下降·消化时间不是随着温度的升高而缩短,单一以温度来断定消化时间的长短是不切合实际的.     

田间作业机组合理编组的理论计算及程序设计

拖拉机与农具组成的田间作业机组,要实现机器本身结构和性能与之配套机具的系统协调,获得最佳的运用效果,要进行合理编组计算。该文规范了机组合理编组的理论计算步骤并用ＴｕｒｂｏＣ语言编写了计算机程序。该程序可完成田间三大类作业的合理编组计算工作,如略加修改可以满足更多种机型完成各种作业的合理编组的计算。经上机运算准确、可靠、快捷、方便。     

拖拉机驾驶员作业强度对其生理负荷的影响（简报）

驾驶拖拉机作业时,驾驶员的作业强度与生理负荷随着拖拉机的转向机构的不同而有较大的差别。该研究基于拖拉机两种不同的转向机构,对被测试人员实际作业时的心率和氧气的消耗量等指标进行测试,获得了不同的转向机构下被测试人员的心理和生理的变化规律。结果表明,被测人员随着不同转向机构其作业的强度也发生了变化。试验结果为设计新型的拖拉机的各系统提供了驾驶人员自身的数据,同时为改进现有的拖拉机的各系统提供重要的理论参考。     

基于农机空间轨迹的作业面积的缓冲区算法

农机规模化管理与市场化作业服务需要准确、实时、便捷的农机作业面积测量方法。该研究基于农机空间运行轨迹,设计了作业面积测量的矢量缓冲区算法和栅格缓冲区算法,并通过农机满幅作业和重叠作业对比试验,检验了上述2种缓冲区算法与距离测量算法分别在R1K(real time kinematic,实时动态差分)、亚米级和单点定位3种不同GNSS(global navigation satellite system,全球导航卫星系统)定位精度条件下的测量相对误差。试验结果表明:当农机具备自动导航满幅作业条件时,距离测量算法在任何定位精度下均能获得较高精度测量结果;缓冲区算法仅在差分定位时测量精度较高。当农机无导航重叠作业时,距离测量算法的误差会随着作业重叠率的增加而显著增大,而缓冲区算法不受作业重叠的影响,测量精度稳定。目前国内仍普遍采用人工操控的农机作业方式,重叠作业不可避免,缓冲区测量算法能够提供更加准确的作业面积测量结果。     

保护性耕作条件下的深松技术试验（简报）

针对立柱式深松机在作业过程中存在的缠绕堵塞、牵引阻力大等问题,该研究提出在原深松铲前方加装一个松土铲或圆盘刀两套研究解决方案,研制了机具,并进行了田间对比试验研究。试验结果表明,带圆盘刀式深松机性能较好,相比立柱式深松机和带松土铲深松机,牵引阻力、油耗及松土沟的沟宽都有所降低;对作物残茬和杂草切割效果明显。带圆盘刀式深松机能有效地抑制作业后土壤水分的蒸发,可广泛用于秸秆覆盖条件下的深松作业。     

基于前沿面理论的中国农业机械生产配置效率分析

定量分析农业机械生产配置效率,可以为科学制定和正确执行中国农业机械化政策提供重要的理论支撑。该文利用1991-2009年中国大陆31个省(市、区)的农业投入和产出的面板数据,采用随机前沿分析方法对农业机械生产配置效率进行了测算,并分析了其变化趋势和空间分布特征。结果显示:1991-2009年间中国农业机械生产配置效率平均为64.65%,呈现出波动之中上升的趋势;各区域的平均值显示,东北地区最高,华东地区次之,西北地区最低,西南地区、华北地区和中南地区位于中间;农业机械生产配置效率的演进规律在各区域之间呈现多元化。     

基于区块链的农机跨区域调度模型构建与应用

由于各区域之间的调度策略与农产品种类存在差异使得相互之间难以管理,因此农机跨区域调度呈现无中心的管理模式。且由于区域之间距离较远导致个体农户与调度方之间难以建立信任关系,从而无法充分利用已有的农机资源,难以有效降低各区域农机的购买成本。针对上述问题,该研究构建了基于区块链的农机跨区域调度系统。首先,对农机的调度成本进行分析,建立以农机数量、农机需求量与机手数量为约束条件的农机跨区域调度模型;然后以调度成本最小化为目标,采用基于最短距离的农机跨区域调度匹配方法求解农机调度方案,并通过区块链智能合约自动执行调度匹配算法;最后根据江苏省宜兴市与安徽省广德市的农田与农机数据以及随机生成的调度任务进行仿真试验,并与区域内的调度成本与农机利用率进行对比。结果表明：区块链的去中心化特点可以满足无中心的跨区域调度需求,其身份认证机制与高透明度、不可篡改的技术特性可为用户提供技术上的信任保障。在各区域农机总量充足的情况下,跨区域调度可以减少农机购买成本,并将农机利用率提升至90%,相较于域内调度,跨区域调度的投入成本随着任务数的增加而下降,当任务数为10时,成本下降大约21.3%。研究结果可为农机跨区域调度模式的建立提供科学依据。     

农机购置补贴对农户购机投入模型与影响分析

农业机械购置补贴是一项重要的现行农业政策,但现有文献对补贴效果的时空差异、农机类型差异和内生性问题讨论不足。为了更准确地评估政策效果,并分析政策效果的时空差异和农机类型差异,该研究基于国家油菜产业体系18省（区）农户固定观察点3 287个农户2008－2018年之间15 089个样本的大样本调查数据,采用非平衡面板固定效应模型、面板高维固定效应模型、Box-Cox模型和分位数回归模型,考察了农业机械购置补贴对农户农业机械购置金额投入在不同年度、地形区域和不同类型农机具之间的差异化影响,并分别采用面板工具变量固定效应模型、面板Tobit固定效应模型和Heckman样本选择模型进行了稳健性检验。结果显示：1）农机补贴金额对农户农机购置投入金额的边际效应为2.530 8,激励效应显著,有效带动了农户购机投入;2）补贴在平原县的边际效应为1.408 5,在丘陵山区县的边际效应为3.108 2,在平原地区和丘陵山区之间存在显著差异;3）补贴的激励效应在年度间存在明显波动,部分年份表现为挤出效应;4）补贴效果总体上随着农机具价值增加而增强,对大中型农机具的政策效果更高。因此,建议未来继续实施农机补贴政策,并继续坚持向非平原地区和大中型农机具适当倾斜,对农机生产企业研发丘陵山区机械化所需机型和大型先进农机具给予适当研发补贴,鼓励各地在农机补贴新产品补贴试点目录中及时纳入丘陵山区适用机型和大型先进农机具,加快新产品转化和推广应用步伐,同时,根据补贴实施情况和农机化发展情况不断调整完善补贴方式。     

基于不同农业经营主体的农业绿色生产机械购置行为

农业绿色生产是农业绿色发展的重要内容,而绿色生产机械的购置与运用是农业绿色生产的关键,基于不同农业经营主体的农业绿色生产机械购置行为研究,有助于提升相关政策的有效性和针对性。文章基于计划行为理论,提出了理论假设,构建了结构方程模型,通过社会调查获得数据,运用AMOS软件,对模型进行了检验,对假设进行了验证。计算结果显示,"行为态度"、"主观规范"、"知觉行为控制"3个潜变量和"购置意愿"潜变量之间的路径系数分别为-0.208、0.5、0.434,"购置意愿"和"购置行为"之间的路径系数为0.693,"身份"、"经营规模"个体特征变量和"购置意愿"之间的路径系数分别为0.146、0.053。研究认为,农业经营主体购置农业绿色生产机械的行为意愿受主观规范影响最大,也比较显著;感知行为控制的影响次之,行为态度和购置意愿关系失调。购置意愿和购置行为呈显著正向关系。农业经营主体的个性特征对购置意愿的影响存在差异,其中,身份和经营规模显著影响购置意愿,文化程度和年龄对购置意愿的影响不显著。因此,应培育农业绿色生产机械购置与使用主体,强化绿色生产宣传和典型示范,完善绿色生态导向的补贴政策,形成绿色生产机械有效需求和有效供给,推动绿色生产机械的购置与使用,助力农业绿色发展。     

小麦播种自走式农用移动平台设计与试验

针对农业生产劳动力短缺、人工成本增加和作业效率不高等问题,该研究设计了一种自走式农用移动平台,可更换搭载不同农具进行田间无人驾驶作业,以机器换人完成精度高、强度大、重复性强的农业工作.以小麦播种为例,基于全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)定位测速技术、...     

农机跨区作业紧急调配算法适宜性选择

目前农机跨区紧急作业中供需信息不对称,农机部门缺乏科学合理的紧急调配方案,无法在紧急状况下指导农机进行及时有效的调配。针对上述问题,该文研究了农机跨区作业紧急调配模型和算法。首先分析了多机多任务紧急调配过程,建立了以最小化调配成本和损失为目标的紧急调配模型,提出了基于距离最近优先的多机多任务紧急调配算法(shortest-distance first algorithm,SDFA)和基于贡献度最大优先的多机多任务紧急调配算法(max-ability first algorithm,MAFA),前者是搜索当前距离最近的农田和农机,进行优先分配,后者是搜索当前贡献度最大的农田和农机并进行优先分配。采用该文算法对河北省邯郸市2017年的真实数据以及随机生成的农田和农机实例库进行计算与分析可知,当农机数量充足时,算法MAFA的平均调配成本要比SDFA的平均调配成本降低4.34%。当农机不足时,SDFA的平均损失和平均调配成本要比MAFA的平均损失和平均调配成本分别下降了12.79%和4.11%。进一步验证可知,当农田数量为6时,上述2种算法比笔者之前提出的基于非合作博弈紧急调配算法(non-cooperative game algorithm,NCGA)的平均运算性能均提升25%以上,当农田数量为30时,性能均提升41%。该研究可为农机管理部门紧急调配与决策分析提供科学依据。     

改变我国植保机械和施药技术严重落后的现状

中国已经加入了WTO,农业生产标准化是必然之路,但我国落后的植保机械和农药使用技术与之不相适应,带来了诸如农药有效利用率低、农产品中农药残留超标、环境污染等问题。植保机械不同于其他的农业机械,发达的欧美国家在上个世纪70年代就将植保机械列入特种农业机械行列,有其专门管理部门和机构。该文根据我国植保机械和施药技术的现状,提出了减少农药用量、保障农产品安全的关键在于改变我国植保机械和施药技术严重落后的现实,并提出解决相关问题的对策。