基于FSLYOLO v8n的玉米籽粒收获质量在线检测方法研究

玉米籽粒破碎率和含杂率是评价玉米收获质量的关键指标。针对当前玉米籽粒直收机缺少适用于复杂田间作业环境的收获质量在线检测方法的问题,提出一种适用于小目标、多数量检测目标的玉米籽粒破碎率、含杂率轻量化检测方法。首先,根据图像中完整籽粒、破碎籽粒、玉米芯和玉米叶个体数量与个体质量的关系建立数量-质量回归模型,提出了籽粒破碎率和含杂率评估方法。其次,针对籽粒及杂质大小相近,检测物数量多,检测物面积小的特点,提出一种改进的FSLYOLO v8n算法。算法通过FasterBlock模块和无参数注意力机制SimAM改进主干网络结构,并通过使用共享卷积结合Scale模块对检测头进行改进。此外,使用SlidLoss函数替代YOLO v8n的原类别分类损失函数。FSLYOLO v8n模型的mAP@50为97.46%、帧速率为186.4 f/s,与YOLO v8n相比提高6.35%和45 f/s,且网络参数量、浮点运算量分别压缩到YOLO v8n的66.50%、64.63%,模型内存占用量仅为4.0 MB,其性能优于目前常用的轻量化模型。台架试验结果表明,提出的检测方法能够精准检测玉米籽粒破碎和含杂情况,检测准确率高达95.33%和96.15%。将改进后的模型部署在Jetson TX2开发板上,配合检测装置安装到玉米联合收获机上开展田间试验,结果表明,模型能够精准区分籽粒和杂质,满足田间工作需求。

玉米低损籽粒直收机自动控制系统设计与试验

针对玉米籽粒直收机收获过程中无法自主调整工作参数,导致极端作业条件下收获后籽粒破碎率偏高的问题,该研究以降低籽粒破碎率为目标,设计了一种玉米籽粒直收低损收获自动控制系统。以4LZ-8型玉米籽粒直收机为研究对象,建立了脱粒滚筒转速、凹板间隙和行车速度控制模型,并基于收获参数对籽粒破碎率的回归模型,设计了低损收获自动控制策略。此外,针对传统PID控制系统存在的响应时滞、超调量大、精度差的问题,设计了基于改进粒子群算法的自动控制系统,利用非线性惯性权重递减算法融合布谷鸟算法的随机游走策略,不断更新粒子群的速度和位置,并对改进粒子群算法进行了性能测试,结果表明该算法有效改善了标准粒子群算法容易陷入局部最优值的问题。对低损收获自动控制系统进行的仿真对比试验和田间验证试验结果表明,改进粒子群算法对脱粒滚筒转速、凹板间隙和行车速度具有较好的控制精度、响应速度和稳定性,超调量和超调时间较小,当脱粒滚筒转速为380 r/min、凹板间隙为42 mm、行车速度为2.5 km/h时,自动控制系统在3 s以内调整籽粒直收机作业参数,将籽粒破碎率最终稳定在3.80%左右,满足标准要求。研究成果可为其他作物生产机械的自动化发展提供参考。

洞庭湖平原高产耐密宜机收春玉米品种筛选

为筛选适宜洞庭湖平原种植的高产耐密宜机收的春玉米新品种,以36个新品种和中玉335(对照)为材料,采用大区试验,研究供试品种的产量、抗逆性和机收性能指标。结果表明:36个品种的平均产量为9.06t/hm^(2),比对照品种中玉335增产超过10%的品种有17个;根据收获时籽粒含水量特点,供试品种可分为高含水量、中含水量、低含水量3种类型,其中凉435最高,为33.5%,SAU210最低,为23.7%,有25个品种收获时籽粒含水量低于28%,可满足机收需求;不同籽粒含水量类型品种之间的杂质率、籽粒破碎率差异较大,而抗病性、生育期差异较小。综合考虑品种的生育期、抗逆性、产量和机收相关性状,沣玉4号、DS20101、雅玉158和KD205等品种可作为洞庭湖平原高产耐密宜机收春玉米品种进行示范推广。

稻米爆腰机理与碎米率

碾米过程中产生的碎米率与稻谷中的糙米的爆腰率有重要相关关系。米粒的主要成分是淀粉,淀粉以一定的晶体结构排列在米粒的胚乳细胞壁中,当淀粉在受热和受潮时,淀粉粒膨胀,使米粒产生热应力和水分应力差,当此拉应力大于米粒抗拉强度时,米粒内部就产生裂纹而形成爆腰米粒。稻谷在收获后期、收获后的干燥、贮藏中均会受到温度和水分变动而产生爆腰米粒,稻谷在加工过程中受到机械力的作用也会增加米粒的破碎。所以,降低碎米率应该从稻谷的收获后期就引起注意,防止温度和水分过大的波动,在稻谷加工中米粒应避免拉伸和弯曲的作用。

玉米籽粒破碎率在线采样装置设计

玉米籽粒破碎率是联合收割机重要参考指标之一,玉米籽粒破碎率的高低不仅直接反映出联合收割机的作业性能,还对玉米种植区域的产量多少、玉米仓储效率及以玉米为主的工业原材料生产有着十分重要的影响,但玉米籽粒破碎率在联合收割机上的在线检测一直是我国农业领域研究的重点及难点。为此,设计并研发出一种玉米籽粒破碎率在线采样装置,用于对联合收割机玉米籽粒破碎率情况进行在线检测,并通过模拟实验平台对采样装置进行安装调试。实验结果表明:采样装置采样效果较好,可初步满足联合收割机田间作业检测的需求。

立式研削式碾米机降低籼稻碎米率的研究

研制了立式研削式碾米试验机，在大量试验的基础上，提出了能降低籼稻碎米率的立式研削式碾米机的优化参数和加工工艺参数，为新型立式研削式籼稻碾米机的开发提供了依据。

贵州春玉米机械粒收适宜品种筛选及影响因素研究

【目的】筛选适宜贵州机械粒收的春玉米品种,并明确玉米机械粒收现状及存在的主要问题,为贵州春玉米机械粒收技术的推广提供理论与技术支撑。【方法】以32个玉米品种为研究材料,采用随机区组设计,于2017—2019年在贵州遵义和安顺进行玉米适宜机械粒收的品种筛选试验,收获时测定籽粒含水率、破碎率、杂质率、损失率和产量等指标,利用相关分析和双向平均作图法进行宜机收玉米品种筛选。【结果】贵州春玉米机收时籽粒含水率、破碎率、杂质率和总损失率均值分别为30.45%、11.71%、1.79%和12.58%,产量均值为8251.49 kg/ha,且品种间差异明显。当前贵州春玉米机械粒收存在收获时籽粒含水率高、破碎率高、损失率大的问题。相关分析结果表明,籽粒含水率偏高是引起机械粒收破碎率偏高的主要原因,通过降低收获时籽粒含水率可降低破碎率、杂质率和损失率,提高机收质量。以籽粒含水率和产量为指标进行筛选,其中11个品种收获时籽粒含水率较低、产量高,比较适宜机械粒收;进一步以籽粒破碎率与总损失率进行筛选,结果表明先玉1171、新中玉801和兴玉3号具有收获时籽粒含水率低、破碎率低、产量高和总损失率低的特点,适宜机械粒收。选择生育期稍短的品种,同时适当推迟收获期,可有效降低收获时籽粒含水率,提高机收质量。【结论】籽粒破碎率高和总损失率大是贵州春玉米机械粒收存在的主要质量问题,籽粒含水率高是导致机收质量差的主要原因,适当延迟收获时间可降低收获时籽粒含水率,提高机收质量。筛选出先玉1171、新中玉801和兴玉3号可作为贵州春玉米适宜机械粒收品种。

Design and experiment of corn low damage threshing device based on DEM

Kernel broken rate is an important index to evaluate the maize kernel direct harvesting quality.In view of the problem of the high kernel broken rate in the present maize harvester,a new threshing cylinder was designed in this study.This device utilized rasp bar to achieve low damaged maize ears threshing.In order to determine the structure and working parameters of threshing device,the“crop-crop”contact model and the“crop-mechanical”interaction system were established and analyzed based on the discrete element method first,and the mathematical expressions of the related kinematic response of maize kernel under the external force were obtained.Then,the structure parameters of rasp bar were studied through EDEM simulation experiment,and the working parameters were determined through test-bed experiment.Finally,the simulation experiment results and test-bed experiment results were verified through field experiment.The results showed that when the threshing cylinder speed was 356 r/min,the concave clearance was 40 mm,the installation distance of rasp bar was 250 mm with 50Mn steel,and the feeding amount was 8 kg/s,the kernel broken rate was 1.93%,which satisfied the requirements of maize harvest standard.This study proved that the DEM(Discrete Element Method)can be adopted to guide the optimization design of mechanical structure,and it has certain value for the research and development of operation equipment of other agricultural crops.

北京春玉米机械粒收质量影响因素研究及品种筛选

2014~2016年在北京密云区和延庆区开展4个点次7组机械粒收试验。结果表明,破碎率均值为8.81%,高于《玉米收获机械技术条件(GB/T 21962-2008)》中规定子粒破碎率应≤5%的标准;杂质率均值为1.25%,总损失率为1.10%,分别低于≤3%和≤5%的国标标准。延迟10 d收获,供试6个品种玉米子粒含水率均值由25.9%降低到20.9%,下降了5个百分点,玉米收获质量得到显著改善,其中破碎率由5.71%下降到3.68%,降低了2.03个百分点。按双向平均作图法筛选出宁玉524,MC703,真金8号,登海9号和联创808等5个适宜机械粒收候选品种,其子粒含水率平均为23.27%,较对照郑单958低4.71个百分点;平均单产1 4921.7 kg/hm2,较郑单958对照高出14.87%。

皖北地区玉米机械粒收质量及影响因素研究

2014-2017年在安徽省的3个市（县）开展7个点次的机械粒收试验，并对其中5个点次试验进行机械粒收质量评价。结果表明，破碎率均值为9．12％，高于《玉米收获机械技术条件（GB／T21962-2008）》中规定的子粒破碎率45％的标准；杂质率均值为3．37％，略高于43％的国标标准；总损失率为1．74％，低于45％的国标标准，子粒破碎率和杂质率偏高是目前安徽省皖北夏播玉米机械粒收存在的主要质量问题。破碎率与子粒含水率呈显著正相关，收获期子粒含水率高是造成破碎率高的主要原因之一。推迟收获期至10月10日以后，参试品种中超过90％的品种子粒含水率可以下降至28％以下。

天津玉米机械粒收初步研究

为明确天津玉米子粒脱水特征及影响机械粒收的主要因素,2015年和2018年在天津武清区开展春玉米和夏玉米田间试验,调查不同玉米品种的子粒含水率和机械粒收后的破碎率、杂质率及田间损失率。结果表明,春玉米收获时子粒含水率为16.4%～23.2%,破碎率为1.5%～3.2%,符合国家机械粒收标准。在本地区10月初播种冬小麦之前完全可以实现机械粒收。夏玉米在传统收获季子粒含水率为27.2%～42.2%,含水率过高导致的高破碎率是限制机械粒收的主要因素。当前种植的主要夏播品种无法满足玉米机械粒收的熟期与水分需求,需筛选早熟、脱水快的品种,或延迟冬小麦播种及采取冬小麦改种春小麦的种植制度调整,实现夏玉米机械粒收。

玉米脱粒破碎率关键影响因子及其最优预测模型研究

子粒破碎率高是当前中国玉米机械收获子粒的重要限制因素,解析破碎率变化原因,建立其简便预测模型是需要解决的重要问题。本文采集7个玉米品种在3个种植密度下组合的果穗,在不同子粒含水率梯度条件下开展单穗脱粒试验。种植密度在6万~9万株/hm^2范围内对子粒破碎率没有影响,品种、子粒的含水率、抗侧压碎力和穿刺强度等的影响均达到统计显著水平。品种对破碎率变化的偏贡献率为12.7%,且品种的偏贡献率<子粒含水率的偏贡献率<抗侧压碎力的偏贡献率<穿刺强度的偏贡献率,种植密度的偏贡献率接近于零。破碎率的最优预测因子是穿刺强度,预测模型:破碎率=10.25×0.990穿刺强度,满足破碎率不高于5%约束的穿刺强度值不得低于60 MPa。研究结果可为玉米破碎率预测、宜机收玉米新品种培育与鉴定、脱粒机具设计与制造提供数据支撑和技术参考。

不同玉米品种籽粒耐破碎性差异及影响因素

为明确不同玉米品种机械收获时籽粒的耐破碎性差异和影响籽粒耐破碎性的因素,以13个玉米品种为材料,设置不同收获时间,对不同玉米品种籽粒的破碎率、含水率和硬度等指标的动态变化特征进行研究,分析籽粒破碎率与含水率和硬度的关系,采用积分法评价不同玉米品种籽粒的耐破碎性。结果表明:随收获时间的推迟,籽粒破碎率先快速降低后稍有升高,籽粒含水率逐渐降低,籽粒硬度逐渐增大,且玉米品种间差异显著。破碎率与籽粒含水率符合二次曲线关系,当籽粒含水率为19.70%时破碎率最低;破碎率与籽粒硬度极显著负相关,其中胚乳穿刺强度与破碎率的相关性最高,当籽粒胚乳穿刺强度为88.35N时破碎率最低;籽粒硬度与含水率呈极显著的负相关关系。降低籽粒含水率进而提高其硬度是增强玉米籽粒的耐破碎能力和降低籽粒破碎率的关键。不同玉米品种籽粒的硬度和耐破碎能力存在显著差异,在含水率相近的条件下,耐破碎能力强的玉米品种均具有较高的籽粒硬度。籽粒硬度指标中的胚乳穿刺强度可作为鉴选宜机械粒收玉米品种的重要指标;参试的所有硬粒型玉米品种、半马齿型‘仲玉3号’、半硬粒型‘辽禾308’、‘先玉1171’和马齿型‘正红6号’的籽粒耐破碎能力强,可作为适宜机械粒收的品种。