基于迁移学习的苹果落叶病识别与应用

为解决现有卷积神经网络苹果叶片病害识别模型泛化能力弱,模型体积较大等问题,该研究提出一种基于改进MobileNetV3苹果落叶病识别模型。以健康叶片和常见苹果落叶病为研究对象,包括斑点落叶病、灰斑病、褐斑病、锈病4种,每种病害2级,共9类特征,通过改进网络的注意力模块、全连接层及算子,结合迁移学习的训练方式,构建苹果落叶病识别模型。在扩充前后的数据集上对比不同的学习方式、学习率和注意力模块等对模型的影响,验证模型的识别性能。试验结果表明:采用迁移学习的方式,在训练50轮达曲线收敛,比全新学习的准确率增加6.74~10.79个百分点;使用引入的ET(efficient channel attention-tanh)注意力模块,网络损失曲线更加平滑,模型的参数量更少,模型体积减小了48%,提高了模型的泛化能力;在扩充数据集上,学习率为0.000 1时,结合迁移学习的训练方式,改进MobileNetV3(ET3-MobileNetV3)苹果落叶病识别模型,平均准确率能达到95.62%,模型体积6.29 MB。将模型部署到喷药设备上,可实现基于苹果叶片病害识别的变量喷施,该研究可为苹果叶片病害的检测与果园的现代化管理提供参考。

农业机械电气自动化系统的远程监控与控制技术研究

农业安全问题是农业生产中的关键问题,农业机械电气自动化系统可以减少农业机械设备的故障频发,增加农业机械的使用寿命,在农业生产中至关重要。基于总线技术、无线通信技术的农业机械远程监控系统是智能化的管理系统,由监控中心、通信网络、农业机械系统终端组成。将监控设备与监控中心建立连接,中心服务器通过移动通信技术获取农业机械传感器信息,并储存在服务器数据库中,通过监控设备实现对农业机械的远程监控。提高了农业生产的安全性和农业机械的工作效率。

中小型青贮玉米收获机械研究现状及发展趋势

随着牛、羊等草食性牲畜的快速发展,畜牧业对青贮玉米饲料的需求持续增长,我国青贮玉米的种植规模也在不断扩大。由于我国耕地类型和地块面积差异较大,青贮玉米的收获需要多种类型的作业机械。为促进玉米青贮收获机械的研发和应用,从畜牧产业适度规模发展的需要和当前我国分段收获与直接收获并存的现实情况出发,采用分作业环节的方式,针对青贮玉米收获机械的共性关键技术:秸秆切割、秸秆切碎揉丝、玉米籽粒破碎、青贮打捆包膜等,分析青贮玉米收获机械生产中的常用结构和最新研究现状。介绍青贮玉米收获机械的研发应用情况,从青贮作业环节中分析总结出存在秸秆切割与粉碎理论研究较少、各装置作业质量研究不足、整机适应性不强等共性问题。提出加强刀具与秸秆互作机理的研究、作业质量的研究、整机适应性的研究,使中小型青贮玉米收获机械在不同规模和作业需求下具有更好的作业性能、作业质量和综合生产效率。

河北省农业科技试验区发展思考与探讨

农业科技试验区以注重科技落地和解决生产难题为核心,发挥引领示范作用,促进农业经济持续增长。在梳理河北省农业科技试验区发展历程和现状基础上,研究其对农业经济发展的推动作用。但近年来河北省农业科技试验区发展缓慢且地位下降,分析其原因,主要存在对试验区的认识有偏差、试验区工作力度减弱和试验区立项难3种问题。针对问题提出恢复农业科技试验区项目支持、注重农业科技试验区科技人才队伍培养和加强试验区科技工作指导的对策建议。

不确定采摘环境下改进RRT算法的机械臂路径规划研究

由于果蔬采摘环境的不确定性和复杂性,机械臂在复杂环境中完成采摘,其路径规划需考虑实时避障。为实现采摘机械臂在不确定环境下安全采摘,提出一种改进RRT的动态避障算法,以提升机械臂在不确定采摘环境的适应性。针对基本快速扩展随机树算法(Rapidly-exploring Random Trees,RRT)在动态环境下迭代时间长、路径长、适应性差等问题,在RRT算法的基础上,引入目标导向策略,把终点以一定概率作为随机采样点的采样方向,提高算法的迭代效率;引入动态检测机制,对已完成规划的初始路径进行实时检测,使算法适应动态变化的环境。通过仿真分析改进RRT算法,结果表明:改进RRT算法的路径减少16%,迭代时间缩短86.5%;同时,动态检测机制使算法适应动态环境。

鲜烟叶主脉力学特性试验研究

为研究鲜烟叶在机械手有序抓取过程中的破碎机理,以寸三皮黄烟品种为研究对象,利用万能试验机对新鲜烟叶主脉进行径向、侧向的压缩和剪切力学试验,得到不同作用位置的载荷-位移曲线,并利用Origin软件拟合烟叶主脉最大破碎力和剪切力的离散点变化规律曲线。结果表明,烟叶主脉径向和侧向压缩的最大破碎力均值为75.25 N,抗压强度均值为1.175 MPa,压缩弹性模量均值为5.79 MPa;径向和侧向最大剪切力均值为23.04 N,剪切强度均值为0.295 MPa,剪切模量均值为0.56 MPa。对烟株中部叶和下部叶的压缩和剪切力学特性进行比较,发现中部叶破碎和剪切需要施加更大的力。为机械手有序抓取烟叶提供理论基础和设计依据。

旋风分离式集沙仪在地表输沙率测定中的应用

集沙仪是测定地表风沙流结构的关键设备。旋风分离器的收集率随土样粒径增大而提高,最高可达99%。在室内风洞模拟试验条件下,该集沙仪可精确测定在各种风速条件下的输沙率,并通过指数函数描述出输沙率随风速增大而增大的关系。裸地的输沙率随着高度的增加而递减,而20%、40%、50%覆盖度水平下的输沙率随高度的变化则遵循递增-递减-平缓的变化规律。因此,旋风分离式集沙仪可收集不同高度的风蚀物,用于不同地表风蚀状况的对比分析,能为土壤风蚀相关研究提供一定的理论参考依据。

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/hm^(2),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17988 kg/hm^(2),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。

基于碰撞特性的鲜食玉米摘穗装置对比试验

【目的】探究缓冲弹簧和柔性触穗表面两种摘穗机构在摘取果穗中的低损作用及机制。【方法】以传统玉米收获用板式摘穗机构和具有缓冲弹簧加柔性触穗表面的柔性摘穗机构为2种摘穗结构,以刚性触穗表面、柔性橡胶触穗表面、柔性发泡材料触穗表面为3种触穗表面,得出6种摘穗机构,进行鲜食玉米果穗碰撞试验,采集和分析碰撞时间、碰撞加速度峰值,计算碰撞冲量,统计籽粒破碎率。【结果】柔性摘穗机构能够有效降低鲜食玉米果穗受到的碰撞时间,从而降低鲜食玉米果穗的籽粒破碎率。缓冲弹簧可缩短鲜食玉米果穗的碰撞时间,当柔性摘穗机构表面为柔性橡胶和柔性发泡材料时,碰撞时间分别比板式摘穗机构降低了66.2%、70.1%和70.1%。碰撞冲量分别降低了67.6%、77.9%和79.7%。籽粒破碎率降低了71.2%、51.3%和83.6%。对于柔性摘穗机构,鲜食玉米果穗与柔性橡胶、柔性发泡材料触穗表面的碰撞时间比刚性触穗表面分别延长了58.7%和63.2%。碰撞加速度峰值分别降低了62.5%和68.7%。碰撞冲量分别降低了42.4%和54.5%。籽粒破碎率分别降低了47.4%和68.4%。【结论】通过降低收获过程中鲜食玉米果穗受到的碰撞时间和碰撞加速度,从而有效降低了鲜食玉米果穗的籽粒破碎率,为鲜食玉米低损收获机的研制提供理论依据和设计参考。

苹果机械化采收发展历程、模式及其技术现状

经过近千年的进化发展,苹果伴随着品种及树形的改良,经历从自然熟落到人工采摘,从辅助工具、辅助收获平台、振动捡拾到智能机器人采收的发展历程及相应的不同的机械化作业模式。介绍苹果机械化采收的发展历程及技术现状、不同收获模式下所使用的机具设备以及不同收获模式所应用的场景与条件,为我国苹果主产区因地制宜地选择适合当地苹果收获作业模式提供借鉴。如人工或机器人采摘适用于苹果鲜售市场,非选择性振动捡拾收获方式适用于苹果的二次加工领域;而为提高机器人的作业效率,需要对苹果树的树形进行结构简化改良,需要考虑农机与栽培农艺的结合。

无人驾驶农机避障路径跟踪仿真与验证

【目的】为便于验证无人驾驶农机避障路径跟踪的效果,减少实际无人农机试验次数与消耗,设计一种无人驾驶农机避障路径跟踪仿真验证方法,构建一个仿真验证应用系统。【方法】以无人农机为基础,集成真实复杂地形环境仿真、实际作业农机仿真和路径规划算法植入,构建一个一体化仿真验证应用系统。基于三维SLAM技术,采集环境点云数据,实现农田地形环境仿真建模,构建阿克曼转向机械结构的农机仿真建模,提出一种基于农机动力学约束的TEB局部路径规划算法;在仿真验证应用系统中实现路径规划跟踪及避障,并通过多次测试验证该算法的有效性。【结果】避障路径跟踪有效性对比测试和避障路径跟踪平顺性验证测试结果表明,无人农机行驶过程中可有效动态避障,最短有效避障距离为4.1 m。路径跟踪控制效果良好,障碍物距离大于5.0 m时,可控平均误差≤0.4305 m,均方根误差≤0.3151 m;障碍物距离在4.5~5.0 m时,可控误差均值≤1.3538 m,均方根误差≤1.6126 m。【结论】本文提出的改进TEB算法具有较强的作业能力以及较高的作业精度,满足农业机械导航避障路径跟踪仿真验证的需求,该算法可应用于无人农机在实际农田环境的避障路径跟踪。该应用系统易于扩充,为精准农业中针对各种复杂作业环境的农机运作状态的优化设计研究提供基础。

黑龙江省保护性耕作技术实施效果统计分析

为跟踪东北黑土地保护性耕作行动计划实施状况,促进保护性耕作技术规范应用,对黑龙江省机械化保护性耕作技术实施情况进行抽样评估具有重要意义。为此,采用五点取样法实测调查抽样县(区)实施保护性耕作地块的保护性耕作方式、动土情况及秸秆覆盖率,调查并对比分析保护性耕作地块与相邻的非保护性耕作地块玉米株高、杂草及病虫发生情况。结果表明:黑龙江省采用免耕播种和少耕播种方式实施保护性耕作技术,在玉米生长中后期动土率低于50%的实施保护性耕作技术地块占总调研地块的75%,秸秆覆盖率大于30%的实施保护性耕作地块比例占60%;实施免耕或少耕等保护性耕作技术地块的玉米株高、杂草及病虫发生机率与相邻非保护性耕作地块差异不大,整体效果较好,尤其在遭受大风和强降雨灾害地区,实施保护性耕作技术种植的玉米抗倒伏优势明显;实施保护性耕作技术可以减少机械生产作业环节,降低农业生产成本,有效保护黑土资源,在黑龙江省具有较好的推广前景。

基于农产品进出口贸易视角的农业机械化发展研究

为推进全程全面绿色高效农业机械化发展,基于农产品进出口贸易的视角分析农业机械化存在的短板弱项问题。目前我国农业存在贸易逆差逐年增加、主要农产品贸易逆差扩大、劳动密集型农产品比较优势逐渐消失、主要农产品自给率较低等发展现状。在农业机械化方面,小农经济及二元经济结构现状制约着适度规模经营的发展进度,农业规模化种植的生产效益还未充分体现;全程全面高质高量农业机械还不充分;全程农业机械化种植农艺技术推广应用还需加强。农业机械化发展应立足于保障粮食安全与提高农业经营主体经济效益的基本定位,关键在于提高农产品生产效率,改善农产品质量,提高农产品国际竞争力。基于上述分析,提出推进适度规模经营、推动短板弱项农业装备创新发展、优化农业机械化支持政策、推进先进适用农艺技术推广应用、强化农产品初加工装备研发及推广等发展建议。

鲜食玉米收获机高净度清选智能测产装置研究

为改善国内小区鲜食玉米育种测产机械装备缺乏、小区鲜食玉米种子清选和测产过程完全依靠人工的现状,设计一种小区鲜食玉米种子高净度清选智能测产装置。该装置采用双层网筛、风力清选、智能测产流程完成高净度清选及测产作业,实现种子高净度清选和智能测产的作业要求。以上筛夹角、下筛夹角和螺旋分离装置入口风速为试验因素,以作业时千克籽粒含杂率为试验指标进行正交试验,建立因素与指标的响应面数学模型,并进行试验验证。结果表明:上筛夹角为14.0°,下筛夹角为4.0°,螺旋清选装置入口风速为27.0 m/s时为最佳作业组合,此参数组合下,鲜食玉米籽粒千克籽粒含杂率为1.2%,籽粒残留清理合格率为99.69%,测产平均误差为0.412%,籽粒含水率测量平均误差为3.57%,玉米种子千粒质量测量平均误差为0.276%。为小区鲜食玉米种子的高净度清选以及智能测产提供研究基础。

人工智能技术在农业机械化中的应用研究进展

人工智能技术的飞速发展加快了农业现代化的步伐,在学科交叉融合领域出现了“农业人工智能”模块,这对现代农业发展具有重要意义。通过查阅相关文献,介绍了农业人工智能发展现状及人工智能技术在农业机械化中的应用,包括农作物识别、检测,农作物病虫害诊断,农作物生产精准管理和农产品质量分拣等方面,综述了人工智能在以上应用中的关键技术及其在国内外的研究进展。

果园水肥药与防霜冻一体化系统装置的设计

针对我国果园生产中存在的水资料浪费、过度施肥、不科学施药、霜冻危害等问题,面向果园管理的水肥药节约省力需求,设计了一种果园水肥药与防霜冻一体化装置。以现有的果园灌溉系统为基础,构建水肥药、防霜冻和灌溉融合应用模式,实现了滴灌施肥、喷灌施药和防霜冻等果园农事功能。装置具有人工控制、定时定量、模型控制等多种控制方式,减少了设施设备成本,提高了果园现有设备的综合利用率,可精准控制水、肥、药的使用量,节约了农业资源。

并联式智能采茶机器人关键技术与装备研发与应用

本项目拟研发一种适用于高端名优茶叶采摘的智能采茶机器人:利用图像识别和人工智能算法,精准辨识芽叶的颜色、形状等信息,做到对茶叶嫩芽精准识别;通过自适应控制等控制系统设计方法与神经网络算等相结合,使机械臂更加灵活精准采摘茶叶;设计自适应式底盘,可根据坡度调整机身姿态,适应复杂茶厂地貌。并结合GPS-RTK技术和惯性导航系统,实现茶园路径规划、自主巡航、自主避障等多种功能,实现全天候自动化作业。提高名优茶采摘产能,为今后开展全自动茶叶采摘技术设备的研发提供理论和实践参考。

超大颗粒肥水田气力深施加速器设计及参数优化

为解决水稻撒施追肥存在的肥料流失、利用率低及机械深施肥工作部件易堵塞、伤根等问题,该研究设计了一种用于水田深施追肥机的超大颗粒肥气力式加速器。该加速器利用双螺旋高压气流,在其与肥料上端构成的近封闭空间内加速超大颗粒肥,实现其高速射入泥壤,并可避免肥料颗粒与管壁碰撞;出口设置渐扩管扩散气流,可减轻对泥壤的冲击,提高施肥位置的稳定性。根据超大颗粒肥参数与加速器功能要求,确定了加速器的结构参数,并根据肥料入泥深度所需的射出速度,分析确定了加速器的工作参数。在此基础上,基于Fluent软件的六自由度重叠动网格建立了加速器仿真模型,以进口气流速度、螺旋角和加速管直径为试验因素,进行单因素仿真试验与三因素三水平Box Behnken组合仿真试验,研究各因素对肥料射出速度与气流扩散率的影响。多因素试验分析及响应面分析结果表明,加速器的最佳工作参数为进口气流速度47 m/s、加速管直径21 mm、螺旋进气口螺旋角43°。在此条件下进行台架验证试验,得到肥料射出速度均值为12.61 m/s,出口气流扩散率均值为85.5%,肥料入泥平均深度为4.7 cm,达到了水稻追肥要求。该研究可为超大颗粒肥水田气力深施追肥机设计提供参考。

丘陵山区机械化灌溉现状与发展思考

针对目前丘陵山区机械化灌溉装备与技术单一,适应性差,缺少绿色化、智能化的灌溉模式等一系列问题,系统阐述了目前相关研究的现状和未来的发展趋势;全面了解目前丘陵山区机械化灌溉水平是后续开展相关研究的关键.通过分析目前丘陵山区机械化灌溉的现状,适应丘陵山区机械化发展的要求,在机械化灌溉方面从国家政策入手到丘陵分区,结合丘陵山区的灌溉特点、目前的灌溉现状和相关经济因素进行了系统的总结.根据中国丘陵山区的国情以及相关政策,对丘陵山区机械化灌溉提出了相应的建议.可为未来丘陵山区机械化灌溉改造提供参考,补齐丘陵山区机械化灌溉装备与技术的短板,还可提高对丘陵山区机械化灌溉方面的重视,提升丘陵山区农业的灌溉水平,促进农业跨领域深度联合,推动农业可持续和现代化发展.

我国肉羊养殖生产全程机械化现状及发展建议

通过国家肉羊产业技术体系、地方畜牧主管部门等组织,对全国13个省市、自治区的113家规模化羊场全程机械化养殖情况进行调研,结果存(出)栏羊规模1万只以上的有20家,占比17.70%,其中3万只以上大型养羊企业8家,仅占7.08%;中小规模羊场(5 000只以下)75家,占比66.37%。按照羊场养殖规模分别对饲草料加工、饲喂、饮水、清粪、消毒、装卸羊等各生产环节机械化水平进行统计分析,自动化饮水占比最高为63.9%,其次为机械化清粪(62.9%)、消毒机械化(42.4%)和TMR饲喂(41.3%),舍内有害气体检测占比最低,仅为8.3%。养殖各生产环节机械化水平随着养殖规模的扩大而提高。影响养殖各生产环节机械化水平的因素主要是肉羊生产本身效率和效益较低,标准化、产业化生产水平低等,表现在不同地域、不同养殖环节机械化水平差异大,肉羊机械装备基础研究薄弱、科技创新能力差,产品标准化程度低,售后维修配套服务差等,建议加强宣传和示范推广工作,加强行业监管,逐步建立与养殖机械化发展水平相适应的监督服务体系,加大基础研究,增强科技创新能力,研究制定相关行业标准,推动行业标准化生产。