• 2021年第42卷第6期文章目次
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      2021, 42(6).

      摘要 (547) HTML (0) PDF 20.52 M (688) 评论 (0) 收藏

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      2021, 42(6).

      摘要 (423) HTML (0) PDF 402.95 K (501) 评论 (0) 收藏

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    • >特约综述
    • 智慧农业的发展现状与未来展望

      2021, 42(6):1-7. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202108039

      摘要 (1445) HTML (1459) PDF 1.92 M (3734) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究我国智慧农业未来发展的目标、任务与政策,本文基于系统工程学视角,阐释了智慧农业的概念与内涵,介绍了国外智慧农业相关战略布局与行动计划,分析了我国智慧农业发展现状、特点以及与国际上的差距,提出了我国智慧农业未来发展目标、重点任务与政策建议。美、德、英、日等国在农业传感器、农业大数据智能、农业智能装备等智慧农业科技领域占据国际前沿;中国在政策引领与规模经营趋势下,常用环境类农业传感器、农业遥感技术、农业无人机、农机北斗导航、农业大数据与智能算法等智慧农业技术研发应用取得了长足进步,部分产品基本实现国产替代。发展智慧农业是“十四五”时期乃至2035年我国农业高质量发展的重要内容,针对我国农田地块细碎化、农业机械化水平不高、农村基础设施薄弱、智慧农业技术有效供给不足、政策体系与市场机制不健全等问题,未来智慧农业的发展亟需在技术攻关、应用示范、政策试验和社会试验等方面共同发力。

    • 我国智能农机的研究进展与无人农场的实践

      2021, 42(6):8-17. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202108040

      摘要 (905) HTML (686) PDF 833.58 K (1277) 评论 (0) 收藏

      摘要:智慧农业是现代农业的高级形式,无人农场是实现智慧农业的重要途径,智能农机是无人农场的物质支撑。本文以植物生产为例,介绍了智能农机的智能感知、自动导航、精准作业和智慧管理4项功能在智慧农业中的地位和关键技术的研究进展;介绍了华南农业大学集成相关智能农机创建水稻无人农场的实践和无人农场的5个特点,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和智能决策精准作业全无人。在2020年的中稻和2021年的早稻生产中,水稻无人农场的稻谷产量均高于当地的平均产量,表明了其巨大的发展潜力。无人农场的建设为解决“谁来种田”和“如何种田”的问题提供了重要途径。

    • 畜禽养殖智能装备与信息化技术研究进展

      2021, 42(6):18-26. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202107050

      摘要 (624) HTML (429) PDF 4.03 M (1002) 评论 (0) 收藏

      摘要:我国现代畜禽养殖正朝着规模化、设施化、标准化和信息化方向快速发展,智能养殖技术装备与信息化技术的研发与应用是促进畜禽养殖行业健康可持续发展的关键,对提升我国畜禽养殖产出效率、降低生产过程对劳动力的依赖、实现绿色高质量转型发展具有重要意义。本文从满足规模化畜禽生产对品质安全、健康管理、提质增效的需求出发,重点介绍了模块化装配式畜禽舍建筑与热环境耦合调控技术、养殖环境参数精准监测与智能调控技术以及畜禽智能化饲喂、饮水、投药设备、畜禽舍清粪工艺与自动清粪装备、畜禽生产信息实时采集与智能管理技术等方面的最新研究与应用进展;指出了畜牧装备产业的薄弱环节和卡脖子问题,并对中国畜牧业机械化与智能装备发展的方向进行了展望,为我国现代畜牧业绿色高质量转型升级与健康可持续发展提供参考。

    • 免耕播种智能化关键技术研究现状与发展

      2021, 42(6):27-35. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202107026

      摘要 (690) HTML (388) PDF 2.27 M (639) 评论 (0) 收藏

      摘要:近年来,免耕播种机具的发展创新推动了中国保护性耕作技术的快速进步。随着精准农业和测控技术的发展,对行避茬、播量和播深监测控制等技术的研究应用使得免耕播种机具的智能化程度不断提升。本文以免耕播种为例,介绍了机械触觉技术、机器视觉技术以及现代控制方法在免耕播种对行避茬技术中的研究现状,阐述了红外检测技术、电容检测技术和图像检测技术在免耕播种播量监测中的应用现状,介绍了主动和被动2种调节方式在免耕播种播深监测中的研究现状,并从导航融合、算法和传感器研究等方面对未来免耕播种智能化发展方向进行了展望。

    • >研究论文
    • M45型多旋翼植保无人机减量施药对稻飞虱防治效果的影响

      2021, 42(6):36-42. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202103002

      摘要 (609) HTML (276) PDF 1.63 M (714) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究多旋翼植保无人机减量施药对雾滴沉积效果以及稻飞虱防治效果的影响,促进水稻减量施药技术发展。方法 采用M45多旋翼植保无人机开展水稻施药田间试验,选取15.0和22.5 L/hm2 的施药液量,以及人工施药推荐剂量100%、90%、80%的3种减量农药剂量,研究不同施药液量和减量农药剂量对雾滴沉积效果以及稻飞虱防治效果的影响。结果 水稻冠层上部的雾滴沉积量明显优于冠层下部,2种施药液量以及3种减量农药剂量对雾滴沉积量的影响不显著;施药1周后稻飞虱数量显著减少。在相同施药液量条件下,减量农药剂量的变化对稻飞虱防治效果影响不明显。80%的农药剂量能满足稻飞虱防治要求。结论 无人机水稻施药作业中可选择80%的农药剂量进行减量施药。本研究可为水稻减量施药、减少水稻植保作业成本提供有益参考。

    • 油菜播种质量监测系统设计与试验

      2021, 42(6):43-51. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202107029

      摘要 (524) HTML (201) PDF 10.42 M (552) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 为了获取油菜播种质量信息,并实现信息的显示、远程传输与云存储,提出了一套油菜播种质量监测系统。方法 该监测系统由油菜籽传感检测装置、播种监测终端、播种质量信息云存储平台组成。采用多种形式小粒径种子传感检测装置实现对播种质量信息的实时获取,基于射频通信模块实现与播种监测终端的数据交互;监测终端完成信息显示,并通过北斗定位单元对播种质量信息位置进行精确定位;通过无线传输模块,实现油菜播种质量信息数据的远程传输和云存储。搭建油菜播种质量监测系统试验台,通过田间试验验证系统的稳定性和可靠性。结果 设计的油菜播种质量监测系统能通过内嵌的北斗定位单元获取播种机经、纬度信息,同时可利用4G无线传输模块将播种质量信息及定位信息传输至云存储平台。台架试验结果表明,当排种器落种频率为16.5~26.2 Hz时,检测准确率不低于97.1%,采集的油菜播种质量信息均能够传输至播种监测终端并进行显示;播种质量信息均准确上传至云存储平台数据库,传输时长不超过2 s,且与终端显示数据一致。田间试验验证结果表明,排种频率为17.4~25.5 Hz时,检测准确率不低于96.6%,且系统运行正常。结论 该系统为油菜播种过程智能化提升、播种状态图生成及产量预测提供了技术支撑。

    • 气吸式小粒蔬菜种子精量穴播排种器优化设计与试验

      2021, 42(6):52-59. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202108017

      摘要 (627) HTML (211) PDF 1.10 M (711) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 小粒种子具有尺寸小、质量轻、形状不规则的特征,采用传统排种器作业时常发生吸种孔堵塞、种子损伤、播种均匀性差的问题;因此本研究在种子丸粒化技术的基础上设计了一种气吸式小粒种精量穴播排种器。方法 通过测量种子的尺寸大小和摩擦角等相关参数,采用Rocky离散元仿真软件对进种过程进行仿真模拟。为获得该排种器的最佳性能因素组合,进行了二次回归旋转正交试验,应用多目标优化方法对排种器性能影响因素进行优化。结果 通过回归系数的检验得知,影响排种器单粒率与空穴率的因素主次顺序为气压、排种器转速。当转速一定时,随着负压的增加,单粒率随之增加,空穴率随之降低,当负压一定时,随着转速的增加,单粒率随之降低,空穴率随之增加,当负压大于?2 800 Pa时,转速在5~30 r/min的范围内对排种器单粒率和空穴率影响不明显,且此时单粒率均在90%以上、空穴率均在10%以下。结论 通过优化求解,最优工作参数组合为转速15 r/min、负压?2 300 Pa、正压500 Pa。经试验验证,在此条件下该排种器的性能指标为单粒率合格指数平均值96%、漏播指数平均值3.37%、重播指数平均值0.267%,符合国家标准要求。

    • Y型棚架式果园的3WZ-300风送喷雾机设计与试验

      2021, 42(6):60-70. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202105017

      摘要 (631) HTML (233) PDF 1.84 M (688) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 针对Y型棚架式果树的需风特性设计一款风送喷雾机,探究机具对此树形的施药规律,为新式果园栽植工艺的植保机具设计提供参考。方法 结合棚架梨树Y型树冠需风特性,设计一款异形导风管,确定发散型射流口,喷雾范围可全面覆盖冠层,并进行整机配置,风机使用无级调速带轮进行调速。以作业速度、出口风速、出风口与冠层中部高度差作为试验参数,以靶标雾滴覆盖率、靶标雾滴沉积量以及地面雾滴沉积量作为评价指标,设计田间试验。利用Design-Expert软件建立响应曲面分析参数对指标的影响,并对机具作业参数进行优化。结果 优化结果表明:3WZ-300风送喷雾机在作业速度0.8 m/s、出口风速22 m/s、出风口中部与梨树冠层中部高度差为5.1 cm时,靶标雾滴覆盖率为39.79%,靶标雾滴沉积量为9.89 μL/cm2,地面雾滴沉积量为5.41 μL/cm2,有效附着药液占比60.1%。结论 该喷雾机满足果园作业要求,施药效果较好,为棚架式果园喷雾机的设计及机具参数优化提供了参考。

    • 基于NLMS算法的风送式喷雾机窄带有源降噪仿真研究

      2021, 42(6):71-78. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202104038

      摘要 (565) HTML (197) PDF 1.89 M (612) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 研究风送式喷雾机出风口噪声类别,并探索合适的降噪方法以提高降噪效果。方法 通过分析风送式喷雾机出风口噪声频谱,采取窄带有源降噪方法对风机出风口噪声进行降噪,比较了3种常见的降噪算法,综合考虑算法收敛速度和降噪性能,选取NLMS算法作为核心算法;为改善窄带有源降噪系统中由非声学传感器引起的频率失调问题,引入遗传算法对转速器采集参数计算出的初始频率进行优化。将风机噪声作为输入信号,采取197、394、591、788和985 Hz 5个频率通道进行窄带有源降噪仿真。结果 风送式喷雾机噪声以扇叶转动引起的旋转噪声为主。仿真结果表明,经过遗传算法迭代33次调频后的系统性能得到较好的改善,在NLMS算法迭代10 000次时系统收敛,5个频率通道噪声幅值分别降低了0.192、0.041、0.024、0.018和0.210 mm,取得总体约14 dB的降噪效果。结论 NLMS算法对风送式喷雾机噪声有较好的降噪效果,遗传算法能够有效改善非声学传感器引起的频率失调问题。本研究为风送式喷雾机主动降噪方法提供了参考。

    • 刮板输送式大棚有机肥排肥装置的设计与试验

      2021, 42(6):79-87. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202102008

      摘要 (523) HTML (254) PDF 1.11 M (552) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 解决现有有机肥排肥装置排肥稳定性差的问题,提高大棚内有机肥施撒机械化水平,设计一种刮板输送式大棚有机肥排肥装置。方法 以苏南地区草莓种植大棚为例,依据大棚基本尺寸参数和草莓种植农艺要求,确定排肥装置设计的主要要求。结合散体力学理论对设计的排肥装置关键结构和参数进行分析和确定,确定影响排肥量稳定性的主要因素为排肥轴转速和排肥器开度。搭建室内有机肥排肥试验平台,进行转速与排肥量单因素试验和两因素五水平的响应面试验。结果 转速与排肥量相关性试验结果表明,在试验设定的转速和开度范围内,不同开度条件下,转速和排肥量均呈良好的线性关系,整体的决定系数大于0.9857,排肥量可通过实时调节开度和转速实现调节。响应面试验结果表明,排肥范围内排肥量稳定性较好,排肥轴转速对于排肥稳定性变异系数的影响大于排肥器开度。当排肥器开度为30.42 mm、排肥轴转速为51.5 r/min时,排肥稳定性变异系数结果最优,为1.84%。验证试验结果表明,变异系数相对误差不大于5%,变异系数相对误差均值仅为2.95%,符合要求。对比验证试验表明,常用的螺旋式有机肥排肥器的排肥稳定性变异系数均值为6.12%,本文设计的刮板输送式有机肥排肥器有效提高了有机肥的排肥稳定性。结论 设计的刮板输送式排肥装置具有较好的排肥性能,能够满足设施大棚内有机肥施肥作业要求。

    • 香蕉假茎自动对靶精准施肥装置的设计与试验

      2021, 42(6):88-99. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202107022

      摘要 (571) HTML (317) PDF 1.44 M (627) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 针对华南地区蕉园施肥模式不能满足农艺要求、施肥效率低以及施肥机械自动化程度低等问题,设计一种香蕉假茎自动对靶精准施肥装置。方法 根据蕉园实际沟施过程和农艺要求,确定装置的控制原理和关键部件的安装位置,并基于此建立施肥时间滞后模型;对外槽轮排肥器结构进行创新设计,建立排肥机构单圈排肥量和周期排肥量的数学模型,并通过EDEM仿真对肥料运动特性进行验证。采用响应曲面优化方法对排肥机构的工作参数进行优化,满足香蕉在不同生长时期的需肥要求,并以施肥量变异系数、施肥长度变异系数和假茎中心偏移距离为评价指标,进行最优参数组合下的田间试验,进一步验证精准施肥装置的工作性能。结果 确定排肥机构最优工作参数为:排肥轴转速85 r/min,槽轮内芯初始有效工作长度6 mm。田间试验结果表明,施肥量变异系数和施肥长度变异系数均小于4%,假茎中心偏移距离平均值最高为7.4 cm,满足农艺要求。结论 该施肥装置工作性能可满足香蕉施肥要求,本研究可为蕉园精准施肥装置的设计提供参考。

    • 基于摆动冲击试验的青香蕉碰撞损伤敏感性评估

      2021, 42(6):100-108. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202107032

      摘要 (563) HTML (230) PDF 1.12 M (641) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 评估一束适收期青香蕉果穗内梳层节点、节点嵌套的内外排层、果指表面区域和冲击水平对果实碰撞损伤敏感性的影响,为后续生产处理环节中确保果指质量的针对性防护提供参考。方法 嵌套、单因素和正交试验设计结合单因素及多因素方差分析,确定显著影响果实碰撞损伤敏感性的因素及主次关系。设计和搭建摆动冲击试验台,开展果实的碰撞损伤试验。通过测量碰撞部位的损伤体积和吸收能量,计算果实的碰撞损伤敏感性(单位吸收能量下的损伤体积)。结果 嵌套试验结果表明:梳层节点对损伤敏感性无显著影响;节点嵌套的排层对其影响极显著;根据多重比较分析结果节点嵌套排层的14个水平可分为4组。单因素试验结果表明:果指表面区域对损伤敏感性的影响极显著,近果顶端>果指中部>近果柄端;损伤敏感性随冲击水平的提高而显著增加。正交试验结果表明:影响果实碰撞损伤敏感性各因素的主次顺序为冲击水平>生长位置>果指表面区域。结论 一束香蕉梳层节点嵌套的内外排层及果指表面不同区域的碰撞损伤敏感性具有统计意义上的差异。

    • 基于星基增强精密单点定位的农机自动导航系统开发与测试

      2021, 42(6):109-116. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202107016

      摘要 (452) HTML (309) PDF 1.74 M (557) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 开发基于星基增强精密单点定位的农机自动导航系统。方法 以国产雷沃TX1204拖拉机为平台,采用国产星基增强定位板卡的输出数据作为农机位置反馈量,设计位速卡尔曼滤波器对定位数据进行滤波处理,开发预瞄跟随PID路径跟踪控制算法进行导航控制,整定不同行驶速度条件下的模型控制参数,采用地基增强RTK高精度定位接收机输出数据作为参考量,搭建农机自动导航测试系统并开展系统性能测试。结果 在直线跟踪误差方面,所开发的农机自动导航系统平均误差为?0.0009436 m,标准差为0.02452 m,最大误差绝对值为0.08472 m;在邻接行误差方面,平均误差为0.0007128 m,标准差为0.02986 m,最大误差绝对值为0.15444 m。这一精度可满足大部分农机自动导航作业需求。结论 将国产星基增强精密单点定位技术用于农机自动导航是可行的;本文设计的预瞄跟随PID路径跟踪控制模型和提出的不同速度条件下PID参数与前视距离的整定方法,提高了系统对不同速度的自适应能力。

    • 农机虚拟装配分类检测网络数据集构建方法

      2021, 42(6):117-125. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202104005

      摘要 (616) HTML (198) PDF 1.31 M (492) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 虚拟装配在工业中可节约生产成本,提升机械部件生产效率。现有的虚拟现实引擎缺乏自动建立碰撞体功能,无法完整还原实际装配过程中的物理属性;通用化构建零件网格实体是提升虚拟装配实用性、精确性及通用性的重要途径。方法 以批量农机部件为样本对象,设计批量预处理算法及改进采样相关算法,通过构建三维模型样本的图片数据集,训练人工智能分类检测网络,从图片中分类并检测相关参数,实现自动构建碰撞体功能。结果 经过优化算法处理训练得到的分类检测网络从图片分类零件种类的精度在98%以上,从图片检测零件各项碰撞体构建参数的精度在98%以上;未经优化处理训练的网络不收敛。结论 本研究方法可以有效提升人工智能分类检测网络的识别精度及训练效率,结合碰撞体参数化构建程序,可提升碰撞体建模精度。

    • 基于自适应升温模拟退火算法的农业机器人全区域覆盖策略

      2021, 42(6):126-132. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202104022

      摘要 (681) HTML (244) PDF 1.17 M (555) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 提出一种复杂农田环境下农业机器人全区域覆盖策略,以便合理规划农业机器人的工作遍历路径。方法 根据农田实际生产环境定义农业机器人复杂工作环境模型,并在此基础上建立一级分区与二级分区的概念。引入遗传算法变异操作的思想,建立基于贪婪机制的模拟退火算法优质可行解生成方法;建立解集多样性的概念,设计基于自适应升温的模拟退火算法改进方法,以此求解分区间的最佳遍历顺序问题。通过A*算法与八邻域搜索法相结合进行农业机器人跨区域衔接路径规划,依此,实现机器人覆盖全区域。结果 仿真结果表明,改进的模拟退火算法所规划的路径长度分别比传统遗传算法和模拟退火算法减少了14.7%和10.1%,收敛时的迭代次数分别减少9.8%和59.1%;农业机器人全区域覆盖仿真试验中遍历路径重复率为14.86%。高地隙喷药机器人现场遍历试验中,路径重复率为15.83%。结论 研究结果可为农业机器人在复杂农田环境中全遍历覆盖提供研究思路。