基于区域生长顺序聚类-RANSAC的水稻苗带中心线检测

为提高水稻苗带中心线检测的适应性和实时性,满足巡田机器人导航的低成本、轻量级计算、高实时性需求,针对水稻苗带中心线检测结果容易受到光照变化和机器震动等原因产生图像噪声影响的问题,该研究以返青期和分蘖初期水稻秧苗为研究对象,提出基于区域生长顺序聚类-随机抽样一致性算法(random sample consensus,RANSAC)的水稻苗带中心线检测方法。首先,对采集的水稻秧苗图像运用归一化超绿特征法(excess green,ExG)和最大类间方差法(Otsu)分割水田背景和秧苗区域,应用先腐蚀后开运算的形态学方法去除秧苗图像噪声点;然后,采用基于水平带的秧苗轮廓质心检测方法提取秧苗特征点,利用区域生长顺序聚类方法将同一秧苗行的特征点聚成一类;最后,通过RANSAC算法拟合苗带中心线,从而得到巡田机器人视觉导航基准线。试验结果表明:该方法对返青期和分蘖初期水稻苗带中心线检测率均在97%以上,比已有YOLOv3算法提高6.12个百分点,比基于区域生长均值漂移聚类算法降低2.41个百分点;平均误差角度为2.34°,比已有YOLOv3算法高1.37°,比基于区域生长均值漂移聚类算法低0.12°,平均每帧图像检测时间为15.53 ms,比已有YOLOv3算法缩短81.19%,比基于区域生长均值漂移聚类算法缩短82.74%,本文方法在保证检测精度的基础上,大幅提升了检测速度,具有良好的适应性和实时性。研究结果可为巡田机器人视觉导航提供参考。

不同行距与苗带宽度互作对宽幅精播小麦产量形成的影响

为探明不同行距、不同苗带宽度互作对小麦产量形成的影响,完善小麦宽幅精播配套栽培技术,选用高产冬小麦品种山农28为材料,采用裂区设计(主区播种行距分别为20、25、30 cm;副区苗带宽度分别为3、5、7、9、11 cm),研究了不同行距与苗带宽度配置对小麦群体动态、干物质积累与转运及产量的影响。结果表明,行距20 cm时,5 cm苗带宽度种植的小麦干物质积累量和产量较高;行距25 cm时,配置苗带宽度9 cm的小麦干物质积累量和产量均达到较高水平;行距30 cm时,苗带宽度11 cm种植的小麦干物质积累量和产量较高。综合分析认为,山农28采用行距25 cm配置苗带9 cm种植,可实现产量构成三因素的协调,获得最高产量。因此,合理的种植苗带宽度和行距配置是实现宽幅播种小麦高产的重要技术途径。

交错苗带式大豆免耕精量播种机设计与试验

针对黄淮海地区的大豆带状种植要求,提出一种新的种植模式,并设计一种交错苗带式大豆免耕精量播种机。对苗带清理整备装置的旋刀的排布进行设计,通过运动学分析,确定旋刀转速应大于等于379 r/min;设计一种窝眼交错分布的排种器,实现交错苗带播种;设计一种伸缩顶杆投种装置,提高投种效率;设计一种播种开沟器,起到开沟和导种的作用,同时保证苗带的宽度;设计一种笼型覆土镇压轮,通过力学分析确定推土板与水平方向的夹角为20°。田间试验结果表明:当前进速度为8 km/h时,交错苗带式大豆免耕精量播种机可靠性合格,通过性良好,播深合格率为92.6%,粒距合格率为94.4%,漏播率为1.8%,重播率为3.8%,晾籽率为0.74%,作业效率为1.92 hm^(2)/h。

宽苗带小麦免耕施肥播种机设计与试验

针对小麦玉米轮作区,玉米收获后小麦种植时间紧张,播种效率低的问题,采用宽苗带播种模式,搅龙型覆土整平机构,设计一种宽苗带小麦免耕施肥播种机,一次进地可同时完成灭茬、施肥、播种、覆土整平、镇压等工作。对苗带灭茬装置的旋耕刀片排布安装进行设计,确定苗带旋耕灭茬的方式;通过EDEM软件对宽苗带分布器排种过程进行仿真,确定分种板的位置参数;对搅龙覆土整平装置进行力学与运动学分析,确定搅龙叶片的螺旋升角取33°。在玉米小麦两熟区进行试验,结果表明,播种深度,种肥高度差和苗带宽度的合格率分别为93.1%,100%和94%,机具通过性良好,各项指标满足农艺要求。

玉米秸秆集行全量覆盖还田苗带条耕保护性耕作技术模式

保护性耕作是一种以农作物秸秆覆盖还田、免(少)耕播种为主要内容的现代耕作技术体系,能够有效减轻土壤风蚀水蚀、增加土壤肥力和保墒抗旱能力、提高农业生态和经济效益。介绍了玉米秸秆集行全量覆盖还田苗带条耕保护性耕作技术模式的优势、主要机具装备、作业流程及要点、重点注意事项等内容,为保护性耕作技术的推广应用提供参考和借鉴。

组合式灭茬、苗带旋耕整地机设计与试验

为解决高寒垄作地区保护性耕作残茬处理的问题,结合中国北方旱作农业的特点,设计一种与60~75 kW拖拉机配套使用的组合式灭茬、苗带旋耕整地机。该机采用垄上灭茬—垄中带状旋耕—耕后回土镇压的耕作方法,能够一次完成灭茬、旋耕、碎土、埋茬和镇压等多项作业。阐述整机结构及工作原理,对关键工作部件进行设计和运动分析。并以作业速度、旋耕深度和刀轴转速为影响因素,对其工作性能进行试验研究。田间试验结果表明:刀轴转速466 r/min、作业速度1.3 m/s、旋耕深度26 cm,得到较优工作参数,此时根茬粉碎率为93.68%,符合保护性耕作要求内容。

旱作物垄间覆膜苗带地温与气温的关系

2004年春在黑龙江省甘南县进行大豆垄间覆膜增温效果试验。通过对地温、气温关系的分析,得出不同膜宽苗带各土层深度地温与气温间的数学关系。地面温度与气温呈对数关系,剖面其他各层地温与气温之间均呈线性关系。覆膜宽度超过40cm,各种膜宽的膜外苗带地温与气温的关系比较稳定,增加膜宽增温作用不明显。

基于预处理苗带甘薯裸苗自动移栽机设计与试验

甘薯种植多以裸苗移栽为主,对机械化移栽要求较高。针对国内甘薯移栽设备自动化程度低,作业时需要人工喂苗导致劳动强度大、机械化栽插质量不高的问题,结合甘薯裸苗栽植农艺要求,基于预处理苗带喂苗装置和挠性圆盘栽植装置设计了一种甘薯裸苗自动移栽机,结合甘薯裸苗移栽机喂苗装置、挠性圆盘栽植装置和浇水装置自动作业控制需要,设计了基于CAN总线的甘薯裸苗自动移栽机控制系统,能够一次性完成旋耕、起垄、开沟、自动有序喂苗、定株距栽插、镇压覆土、自动浇水、修垄等作业。田间试验表明,机具在目标株距25 cm以及作业速度0.25、0.35、0.45 m/s的情况下,栽植株距变异系数和栽植深度合格率均达到了标准要求,栽植株距变异系数和栽植姿态合格率受作业速度影响较大,栽植深度受作业速度变化影响较小,在作业速度为0.25 m/s时,栽植株距变异系数平均值为10.16%,栽植深度合格率平均值为95.56%,作业性能优于0.35 m/s和0.45 m/s,栽植姿态合格率平均值为90%。本研究为甘薯裸苗机械化、自动化移栽机械的理论研究和设计提供了新的参考。

苗带覆土提高紫花苜蓿越冬率的调查研究

充分研究了苗带覆土对提高紫花苜蓿越冬率的效果。栽培品种为肇东苜蓿。在第一个栽培年度,在苜蓿停止生长至耕地封冻前,对紫花苜蓿苗带进行覆土作业的,较对照提高越冬率65.05％,差异极显著(P<0.01)。为防止采种田紫花苜蓿越冬期株数剧减,提供了新的栽培技术措施。

玉米苗带深松技术模式试验与研究

目前国家加大了对深松整地的补贴力度,使该项技术得到进一步的推广与应用。为了更好地探索低耗高效的深松整地作业模式,设计并开展了玉米苗带深松试验。在作物生长的不同时期采集相关数据,考察苗带深松对玉米产量的影响,以分析其推广应用的可行性。

基于动态网格和分区域聚类的玉米苗带识别算法研究

针对基于计算机视觉的玉米苗带中心线提取受自然环境干扰严重的问题,提出基于6×6动态网格与分区域特征点聚类的玉米行定位算法。首先将获取的玉米苗带图像进行像素归一化,采用改进的过绿特征和最大类间方差法分割玉米苗带与土壤背景,得到二值图像;然后通过动态网格扫描二值图像,获取候选玉米苗带特征点,并对候选玉米苗带特征点采用分区域聚类算法,得到玉米苗带特征点;最后通过最小二乘法对特征点进行线性拟合得到玉米苗带中心识别线。田间试验表明,该算法具有较好的抗干扰性能,能够很好的适应较为复杂的田间环境。玉米苗带识别准确率为93.4%,处理一幅分辨率为1920像素×1024像素的图像平均耗时320 ms。

苗带少耕对黄淮海夏玉米产量形成与根冠特征的影响

为探讨苗带少耕方式对夏玉米根冠特征和产量的影响,于2019年玉米季分别在泰安市马庄镇岳洋农业专业合作社和德州市农业科学院试验田进行玉米贴茬直播(CK)和苗带少耕(MT)两种耕作方式对比试验。结果表明,耕作方式影响吐丝期和灌浆中期的单株玉米根系总干重,泰安点和德州点均表现为MT> CK,吐丝期MT较CK分别增加8.92%、7.38%,灌浆中期分别增加5.40%、5.44%,且苗带少耕较CK能够显著增加21~60 cm土层根系干重。两试点,21~40 cm土层MT根长比CK分别增加7.16%、9.95%,根表面积分别增加9.66%、10.94%;41~60 cm土层MT根长比CK分别增加17.79%、6.76%,根表面积分别增加26.54%、33.07%。两试点叶面积指数灌浆中期分别提升5.15%、10.23%。两试点大喇叭口期单株干物质积累量分别增加44.0%、32.8%,吐丝期分别增加5.78%、8.21%,灌浆中期分别增加24.96%、16.15%,成熟期分别增加11.64%、15.02%。上述农学指标的改善在保障玉米群体密度的同时,两试点穗粒数分别增加14.92%、14.44%,千粒重分别增加19.96%、10.46%,产量分别增加8.57%、11.48%。本研究表明,玉米苗带少耕能够改善土壤理化性状、促进根系下扎和伸长、提升干物质积累量,从而增加穗粒数和千粒重,进而提高产量。

基于偏移补偿模型的极值点聚类苗带识别算法研究

为实现田间管理机械自动导航驾驶,提高苗带轨迹识别精度,提出了一种基于偏移补偿模型的极值点聚类苗带识别算法。首先,以舵机调平单元为基础,利用激光雷达采集苗带数据构建2.5 D点云图像,通过建立偏移补偿模型获得矫正参数。然后,通过极值检测算法获得聚类要素点,结合偏移补偿模型进行分层聚类。最后,通过最小二乘法对获取的苗带聚类点进行线性拟合,实现苗带轨迹的重构。通过对前视范围2000~3000 mm且标准行距为220 mm的机插秧水稻进行点云信息Matlab仿真,获得的苗带轨迹与真实苗带轨迹相比,最大横向偏差为16 mm,最大中位偏差为6 mm,运算耗时1.50 s。相比斜率虚化聚类苗带识别算法,最大横向偏差减小了29 mm,运算耗时减少0.14 s,提高了轨迹重合精度,增强了算法的实时性,可为水田管理机械低伤苗导航行驶提供理论依据。

苗带覆土提高紫花苜蓿种子田越冬率的调查研究

充分研究了苗带覆土对提高紫花苜蓿越冬率的效果。栽培品种为肇东苜蓿。在第一个栽培年度 ,在苜蓿停止生长至耕地封冻前 ,对紫花苜蓿带进行覆土作业的 ,较对照提高越冬率 6 5 .0 5 % ,差异极显著 (P <0 .0 1)。为防止采种田紫花苜蓿越冬期株数剧减 ,提供了新的栽培技术措施。

玉米苗带秸秆还田旋耕施肥播种机设计与试验

为解决麦茬地小麦收获后留茬高、秸秆覆盖量大而导致的土地板结、整地质量差、出苗不整齐和全幅灭茬、整地动力消耗大等问题,设计了一种新型苗带秸秆还田旋耕施肥玉米播种联合作业机,可一次完成苗带秸秆还田、苗带旋耕、施肥、播种和覆土镇压等多道工序。田间性能试验表明:该机结构合理,通过性良好,秸秆粉碎长度小于10cm的达到90%以上,播种深度、施肥深度变异系数分别为21.5%、19.8%,粒距变异系数为27.7%,播种机作业性能满足设计要求。

稻草还田苗带轮作栽培技术的研究

:1994～ 1996年连续 3年采用以稻草还田增加土壤有机质含量进行苗带轮作 ,是降低使用土地面积、减少化肥、农药使用量的栽培技术 ,充分发挥品种高产潜力 ,提高光合速率 ,确保水稻群体发育获得高产。通过 3年的研究表明 :①连续使用稻草还田改善了土壤的团粒结构 ,降低了土壤容重 ,有机质含量明显提高 ,水稻根系活力增加 ,每平方米的稻田杂草量减少。②不同比例的苗带轮作水稻叶面积比普通栽培指数高 ,干物质积累快 ,平均每穴穗粒数增多。③不同苗带轮作比例不同 ,而产量有明显的差异 ,以 2∶1轮作方式最为合理 ,公顷产量可达 8 5t左右。④不同苗带轮作产量虽比普通栽培方式平均减产 6 6 % ,但由于当年轮作水稻种植面积平均减少 2 5% ,农药、化肥使用量降低 30 % ,其成本的降低费用比稻谷减产的部分高出 2 3%。

基于YOLO的玉米全膜双垄沟种床苗带识别方法

玉米苗期是玉米全膜双垄沟种床苗带中耕管理与追肥的关键时期,为进一步提升玉米全膜双垄沟智能机械化生产水平,基于深度学习的目标检测YOLOv3-SPP网络模型与YOLOx-Darknet53网络模型开展了玉米全膜双垄沟种床苗带识别方法研究。研究结果表明,YOLOx-Darknet53网络模型与YOLOv3-SPP网络模型的mAP分别为95.56%和94.72%,前者比后者高0.84%,使用100幅图像测得前者检测速度FPS为44.1,而后者为19.1,前者检测速度明显快于后者。研究方法与结论可为玉米全膜双垄沟种床苗带识别方法与玉米全膜双垄沟智能农机装备的有效结合提供理论支撑。

玉米苗带清茬施肥播种联合作业机研制

针对秸秆还田后秸秆量增加拥堵玉米播种机械,碎秆与土壤的混杂减弱了镇压效果,造成播深不一致、出苗不整齐及缺苗断垄等问题,提出了在收获后秸秆覆盖的田间清理出一条带状播种区,然后在苗带上进行免耕施肥、播种作业的苗带清茬方案,研制了一种苗带清茬施肥播种联合作业机。着重介绍了机具结构及工作原理,对关键作业部件进行了设计,试制了样机并进行了田间试验验证。结果表明:整机结构稳定,通过性良好,播种深度、施肥深度合格率分别达到了92.3%、94.3%,粒距合格率达到了93.0%,能够有效解决秸秆还田后的弊端,实现秸秆还田与保护性耕作双重效益。

2BMMD-4苗带清整型棉花精量免耕播种机性能及效益分析

介绍了2BMMD-4苗带清整型棉花精量免耕播种机的主要结构及性能,对其进行效益分析。结果表明,该机型结构新颖,在小麦收获后秸秆覆盖的地表一次进地完成苗带清整、侧深施肥、精量播种、覆土镇压等工序,经济、社会、生态效益显著,是黄河三角洲区域实施麦棉连作的必要机具保障,有助于解决该区域粮棉种植存在的争地矛盾,助力国家棉花稳定供给和粮食生产安全。

水稻苗带轮作低成本栽培技术

水稻苗带轮作是在常规栽培的基础上,由原来的行距30cm放宽到40～50cm+30cm的宽窄栽培方式。宽行覆盖稻草,通过稻草还田有效地减少化肥、农药的使用,减少污染和降低成本,增加土壤有机质含量,培肥地力。宽窄行栽培可充分利用边际效应,发挥品种的高产潜力,提高光能利用率,确保水稻群体发育获得高产。研究表明:苗带轮作栽培产量有明显的差异,以宽行距50cm时,穴插5株产量最高;苗带轮作栽培较普通栽培每667m2降低成本25.5%,经济效益增加显著。