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农业机械学报 2018年第09期杂志 文档列表

农业机械学报杂志特约专稿

玉米播种与测控技术研究进展1-18

摘要：目前,我国玉米播种作业处于机械化水平较高、智能化水平较低的状态,主要表现为＂播种机是播种的主体,而人是播种质量监控的主体＂。要改变这一模式,必须在播种作业中充分采用智能化技术,最大程度代替人的作用。玉米播种包括排种、投种、着床3个过程,本文围绕这一过程,阐述了玉米播种与测控技术的工作原理、技术特点及发展动态。在分析归纳各项播种技术优缺点的基础上,对比国内外玉米精密播种技术的发展现状、差距,并结合精准农业背景下对玉米播种技术提出的要求,展望了我国玉米播种技术的发展趋势。

农业机械学报杂志农业装备与机械化工程

移动机器人低能耗最优路径规划方法19-26

摘要：在移动机器人路径规划中需要考虑距离约束和时间约束,同时,为了使机器人在能量补给不足的情况下更高效地执行更多的任务,降低运动过程中的能耗变得尤为重要。兼顾考虑机器人对降低能耗和路径规划效率两方面的需求,本文提出了一种基于改进AD＊（Anytime dynamic A＊）算法的移动机器人低能耗最优路径规划方法。首先,通过构建机器人动力学模型及其在运动过程中的能耗模型,实现对路径的能耗计算。结合机器人运动学模型,采用基于采样的模型预测算法（Sample based model predictive optimization,SBMPO）生成优化轨迹簇。然后,改进AD＊算法,将距离成本和能耗成本融入搜索节点的评估函数,根据轨迹簇中的节点连接关系和环境地图进行在线规划,以获得能耗最优的路径。最后,通过设计仿真测试场景,将所提出的能耗最优路径规划方法与距离最优规划方法进行规划结果对比,验证了算法的有效性。

基于半监督主动学习的菊花表型分类研究27-34

摘要：鉴于人工和专家分类模式的局限性,基于表型的菊花分类存在效率低下的问题。本文采用基于半监督主动学习技术,在已分类菊花数据的基础上,利用未标号菊花样本数据提供的信息,建立了菊花表型分类模型,提升了分类质量和效率。该模型可以不依赖外界交互,利用未标号样本来自动提升菊花分类的质量。为了训练学习模型,本文收集了菊花的表型特征数据,标注了菊花表型类别,并研究了菊花分类属性特征的编码技术。在此数据集上,采用基于图标号传播的半监督学习技术对未标号的菊花数据进行建模,为了提升半监督分类的有效性,在标号传播的基础上使用主动学习技术,采用熵最大策略来选择难以识别的样本,以改进分类质量。在该数据集上进行了试验验证,并进行了试验对比和分析,试验结果表明,本文方法能够较好地利用未标号菊花样本提升分类的精度,随着标号百分比从6.25%升至23%,识别精度达到0.7以上,标号百分比在81.25%时,平均识别精度和召回率分别达到0.91和0.88。

基于动态多特征变量的黄羽肉鸡跛行状态定量评价方法35-44

摘要：肉鸡步态是肉鸡健康状态的重要表征,为实现黄羽肉鸡跛行步态的无损自动化快速分类识别,提出了一种基于多特征变量的肉鸡跛行定量评价方法。该方法从步态视频中提取肉鸡的速度、步幅、步幅差、步频、投影面积参数,拟合得出速度、步幅与投影面积具有相关性（决定系数分别为0.805 1、0.793 5）,据此定义肉鸡动态理想参数与异常指数,基于C4.5决策树模型,以速度异常指数、步幅异常指数、步幅差异常指数为分类特征,根据鸟类步态评分标准将肉鸡分为GS0-GS4五类,实现对肉鸡跛行状态进行预警和判别。实验结果表明：该模型针对GS0-GS4分类准确率依次为：66%、71%、74%、98%、95%,整体准确率为78%。该模型可作为早期跛行的检测工具,为养殖自动化的实现和动物福利产业的升级提供支持。

玉米秸秆深埋还田机螺旋开沟装置参数优化与试验45-54

摘要：在中国东北地区棕壤土玉米的生产过程中,通过秸秆深埋还田的方法,打破犁底层,在增加深层土壤肥力、蓄水保墒和构建合理耕层结构的同时,解决了秸秆有效处理问题。1JHL-2型秸秆深埋还田机能够对覆盖在地表的秸秆一次性完成粉碎、收集、开沟和掩埋作业。为了解决其开沟阻力大、整机受力不均和前进直线性差等问题,对其螺旋开沟装置进行了参数优化设计。针对开沟过程中叶片易粘土堵塞等问题,对螺旋开沟装置的螺旋叶片表面进行了仿生优化设计。通过动力学分析,确定出螺旋开沟装置的最佳结构参数。以玉米秸秆深埋率、开沟功耗和机组直线行驶最大偏移量为试验指标,以机具前进速度、开沟器转速和开沟深度为试验因素,进行三元二次回归正交旋转组合试验。试验结果表明：螺旋开沟器的最佳工作参数组合为：前进速度1.04 m/s、开沟器转速275 r/min、开沟深度28.5 cm。在最优参数组合下,田间试验验证表明：秸秆深埋率的均值为92.03%,开沟功耗均值为17.7 k W,机组直线行驶最大偏移量为74 mm,满足玉米秸秆深埋还田技术要求。

基于五杆机构的丹参膜上移栽机构设计与试验55-65

摘要：针对丹参人工移栽作业效率和质量较低、劳动强度较大、现有膜上移栽机不适合丹参裸苗移栽等问题,为保证丹参裸苗机械化移栽立苗率,结合＂丹参大垄双行覆膜高效生产技术＂提出的农艺要求,设计了一种五杆式丹参移栽机构,在建立五杆机构的工况约束条件和自由运动约束条件的基础上,结合机构运动学模型利用Matlab建立人机交互可视化辅助界面;借助辅助界面研究栽植器端点的区域轨迹分布特性和机构参数对栽植器端点运动轨迹的影响规律,根据机构运动轨迹要求,通过数值循环比较得到满足丹参膜上移栽要求的五杆机构各构件参数;运用LA-S系列植物图像分析系统测量丹参植株形态的特征参数并根据特征参数设计鸭嘴栽植器各参数。样机试验结果表明：基于五杆机构的丹参膜上移栽机构在满足丹参移栽农艺要求的同时能保证丹参裸苗移栽的大升程轨迹、立苗率要求和作业质量,丹参移栽机构的立苗合格率为97.3%、立苗优良率为94.0%、漏栽率为2.5%、株距变异系数为6.5%、栽植深度合格率为94.6%。

玉米分层正位穴施肥精播机SPH仿真与试验66-72

摘要：为了有效地将化肥集中施在玉米植株下方根系生长的区域内,以减少化肥用量,设计了一种玉米分层正位穴施肥精播机。在对穴施肥精播机进行实体建模的基础上,结合MAT147土壤材料模型与SPH（光滑粒子流体动力学）算法,运用LS-DYNA模拟并分析了穴施肥系统的间歇排肥机构的落肥状态,以及分层排肥管将化肥施入土壤之后的分布情况。通过土槽和田间试验验证,表明分层正位穴施肥精播机能够精确地将所需化肥按预定比例施入不同深度土层中,化肥分布于种子正下方深度为7-23 cm的土层内,化肥集中在最深施肥层中,并且化肥分布由深至浅依次递减,符合玉米生长过程中的实际需肥规律。

复合切削式烟草中耕培土机设计与试验73-81

摘要：为提高烟草大田中耕培土作业质量和效率,设计了复合切削式烟草中耕培土机。对样机关键部件进行了分析与设计,阐明了复合切削原理,确定了液压传动系统、垄距调节装置、垄形坡度调节装置、垄底宽调节装置结构及工作参数,同时分析了复合切削式培土总成进行培土作业的工作过程,得到满足培土作业的螺旋培土刀的最低转速和几何参数等。田间试验结果表明,当作业速度为2.5-3.2 km/h时,碎土率为90%,培土厚度合格率为95%,培土垄形坡度合格率为93%,培土高度为400 mm,沟面宽度为750 mm,满足设计和实际作业要求。

颗粒肥料离散元仿真边界参数系统化研究82-89

摘要：离散元边界参数对仿真精确性具有重要的影响。为提高离散元仿真精度,以大颗粒尿素颗粒为研究对象,利用Plackett-Burman休止角仿真试验进行了重要边界参数的筛选,确定影响显著的参数依次为尿素颗粒间滚动摩擦因数、颗粒间静摩擦因数和颗粒与ABS板间静摩擦因数,且3种边界参数影响尿素颗粒堆积特性,休止角随着3种边界参数的增大而增大。利用自制静摩擦因数测量仪和虚拟仿真标定方法分别对颗粒与ABS板间的静摩擦因数、颗粒间静摩擦因数和颗粒间滚动摩擦因数进行研究,并对确定值进行了堆积过程的仿真和试验验证,仿真休止角与实际试验休止角相对误差仅为0.36%,不同含水率下的实际试验休止角与标定参数下的仿真休止角相对误差均不大于3.25%,表明仿真确定的边界参数和仿真模型的有效性。

甘蔗收获机切段装置设计与试验90-95

摘要：针对甘蔗收获机切段装置存在的切段机理理论缺乏、切段损失大、对切段装置要求多样化等现状,对比分析了切段装置前置式、中置式、后置式3种形式的收获流程,并基于对前置切段式结构的理论分析,推导前置切段式切段长度的经验公式,设计了切段装置试验台和切段装置前置式收获机割台。进行了切段过程高速摄影试验,获知蔗段在切段过程中的运动规律、蔗叶与蔗茎的分离形式、断口糖分损失的主要形式及原因,通过田间正交试验确定了影响蔗段合格率因素主次顺序为：交错深度、行驶速度、切段辊转速,当交错深度为4 mm,行驶速度为2 km/h,切段辊转速为300 r/min时,割台蔗茎合格率达到93%。通过统计学分析计算,得出了长度系数为0.7,其长度分布近似符合正态分布规律。

柔性差速带式单株大豆脱粒装置设计与试验96-104

摘要：针对育种单株大豆脱粒过程中的大豆籽粒混杂和机械损伤等问题,设计了一种柔性差速带式单株大豆脱粒机的脱粒装置。为寻求脱粒装置的结构与工作参数对其性能的影响规律和最优参数组合,采用4因素5水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以脱粒间隙、上下带速度差、下带速度和脱粒行程为影响因素,以大豆籽粒的未脱净率、夹带损失率、破碎率和平均生产率为评价指标,对其进行优化试验研究。结果表明：对于籽粒含水率16%-18%的收获期大豆种子,当脱粒间隙7.55-13.00 mm、上下带速度差0.59-0.70 m/s、下带速度0.84 m/s、脱粒行程660 mm时,脱粒装置的未脱净率低于1.2%、夹带损失率低于0.9%、破碎率低于0.8%、平均生产率高于35 kg/h。

残膜回收型全膜覆土垄播马铃薯挖掘机设计与试验105-114

摘要：针对西北黄土高原旱区地膜全域覆盖、种行覆土垄播马铃薯机械化收获易堵塞、分离效果差、可靠性低、残膜污染等问题,设计了残膜回收型全膜覆土垄播马铃薯挖掘机,一次性完成排堵挖掘、薯土分离、薯膜分离、集薯铺条、膜秧分离和残膜回收等工序。通过理论分析和数值仿真,对仿生挖掘装置、曲柄摇杆防堵机构、薯土分离装置、薯膜分离装置、膜秧分离及残膜回收装置等关键部件进行解析和结构优化,确定了性能参数。田间试验表明：明薯率为97.4%,伤薯率为1.3%,破皮率为1.8%,残膜回收率为87.5%,生产率为0.17 hm-2/h,各项指标均满足国家及行业标准要求。

电动胶辊旋转式油茶果采摘执行器设计与试验115-121

摘要：油茶果机械化采摘是目前亟待解决的难题,其中花苞损伤又成为机械采摘难以克服的问题。设计了一种电动胶辊旋转式油茶果采摘执行器,分析了胶辊机构采摘油茶果的过程和原理,得到了油茶果碰撞脱落的临界条件。通过对采摘头回转架组件参数设计,确定了回转架组件上对辊间距有效调节范围为20-65 mm,初步拟定回转架转速范围为20-40 r/min。在江西农业大学油茶林进行了油茶果采摘试验,并对电动胶辊旋转式油茶果采摘执行器作业中油茶花苞损伤进行了研究。结果表明：当胶辊直径为30 mm,间距为25 mm,胶辊旋转速度为30 r/min,胶辊线速度为0.833 m/s时,直径大于25 mm的油茶果能全部被采摘,漏采率为13.6%,且未开的花苞未见明显损伤。

猪舍轨道式自动送料系统设计与试验122-129

摘要：针对现有绞龙和塞盘等管道式输送粉状饲料方式存在残留量不易清理、送料量计量困难等问题,设计了一种由称量平台、送料车、平移轨道、高架轨道和控制系统组成的饲料自动输送系统。通过研究在送料车遍巡舍内圈栏位的基础上舍内圈栏与目标巡航时间的关系,确定送料车和轨道等硬件设计方案以及技术参数,结合称量传感器负反馈控制方法,设计WiFi无线控制系统,实现送料车装料和卸料的自动巡航控制,称量平台自动计量装料量,以及平移轨道机构对接称量平台与舍内双列圈栏轨道。以粉状饲料作为试验材料在中国农业大学上庄试验站进行了现场试验,结果表明：称量系统测量值与实际测量值的相对标准偏差平均值之差小于1%,系统测量值的最大相对标准偏差小于2.5%,满足精确供料要求;自动控制系统能够控制送料车按设计要求完成装料、巡航送料和卸料,具有实际应用价值。

基于人工神经网络的管道泵进水流道性能优化130-137

摘要：立式管道泵是一种具有进口弯管的单级单吸离心泵,常被应用于安装空间受限的地方。由于进口的特殊结构,该泵不可避免地产生了一定程度的能量损失,从而降低了整体的效率。为了提高管道泵的性能,基于人工神经网络进行了肘形进水流道的优化研究。进水流道的形状可由流道中线和各截面的形状控制,选择五阶贝塞尔曲线拟合流道中线,三阶贝塞尔曲线拟合截面控制参数沿流道中线的变化趋势。考虑到泵实际安装需求,选取进水流道的11个参数为优化变量,泵效率为优化目标。采用拉丁方试验设计方法设计了149个进水流道方案,应用人工神经网络建立了泵效率与11个设计变量间的高精度非线性数学表达式,采用粒子群算法对数学表达式进行了优化,得到了肘形进水流道的最优参数组合。研究结果表明：计算结果与试验结果在小流量和设计流量下呈现出很好的一致性;人工神经网络（ANN）能够准确反映泵效率和设计变量之间的关系,优化后预测值与计算值之间的偏差为0.32%;优化后的模型相对于原始模型效率提高了1.17个百分点,扬程提高了0.23 m,高效运行区得到拓宽;相比于原始进口管,优化后进口管内流动得到改善。

立式管道泵流动噪声特性与仿生降噪研究138-145

摘要：为了研究立式管道泵内部声场特性,减少管道泵运行时的噪声,基于CFD＋Lighthill声类比理论对管道泵内部流场与声场进行仿真求解,并借鉴猫头鹰羽毛端部锯齿结构进行仿生优化,以期达到降噪目标。针对0.8Qd、Qd及1.2Qd3个运行工况,选用RNG k-ε模型分别对立式管道泵进行非定常数值模拟,获得3个工况下管道泵内部压力脉动数据。提取非定常计算所得的脉动力,导入声学软件LMS Virtual.lab中进行声场计算,得到各工况下管道泵进、出口声压级、泵体内部的声压分布及主要噪声源分布。结果表明：管道泵内部流动诱导噪声与压力脉动密切相关,主要是由叶轮与泵体的动静干涉引起,其频率特性与压力脉动相似,声压分布集中在轴频、叶频及其倍频,叶频时声压级最大。流量越大,管道泵进、出口声压级越大。基于仿生学原理,参考猫头鹰体表覆羽样本利用相似准则设计仿生锯齿叶片,展开仿生降噪研究,选择齿距、齿宽、齿高3个因素,设计了16组正交试验模型,计算得到各工况下泵内部流场和声场数据。选取最优降噪模型与原模型进行对比分析,结果表明：仿生叶片尾缘锯齿结构能够起到降低压力脉动、稳定流场、降低噪声的作用,其中设计工况下噪声降幅明显,叶频处噪声降低8 d B。

农业机械学报杂志农业信息化工程

基于决策树和SVM的Sentinel-2A影像作物提取方法146-153

摘要：以河南省濮阳县为研究区,以2017年8月6日遥感影像为基础数据源,基于地面样方和样本点数据分析构建植被指数阈值分割分类决策树,结合支持向量机（Support vector machine,SVM）分类方法实现了秋季主要作物种植面积遥感识别,并与其他方法分类结果进行了精度验证与对比。结果表明,与最大似然法（Maximum likelihood,ML）和SVM法相比较,决策树和SVM相结合能较好地解决线状地物和小地块作物提取不全以及＂椒盐＂现象等问题,可以对秋季复杂作物进行有效识别,作物分类提取总体精度和Kappa系数分别为92.3%和0.886。利用中分辨率单时相遥感影像,结合波谱特征和植被指数能有效提高复杂作物分类精度,为区域复杂作物分类提取提供技术参考和借鉴价值。

多光谱影像混合像元解混的加权变异系数分析法154-159

摘要：影像上同物异谱或同谱异物的现象会造成同一混合像元端元在影像上的光谱不唯一。端元差异问题将给端元选择和提取造成困难,并最终影响混合像元分解的精度。为了尽可能减小端元类内差异、扩大类间差异,针对传统算法无法避免端元在不同波段的光谱数值尺度相差很大且定权自动化程度低的缺陷,将变异系数概念引入端元差异问题研究中,提出一种适用于多光谱数据的基于加权理论的加权变异系数分析法（Weighted coefficient of variation analysis,WCVA）。分别从理论和实验两方面论证了WCVA的可行性与优越性。在对比实验中,利用同一地区的TM和Geo Eye多光谱影像,从可视化端元空间分布、算法效率和混合像元最终解混精度比较了WCVA和最佳指数因子（Optimal index factor,OIF）结果。实验证明利用本文提出的WCVA方法获得的波段组合具有更高的解混精度（0.183和0.160）。同时运算效率明显高于OIF。因此WCVA不仅能够有效解决端元差异问题,提高混合像元解混的精度,而且具有较高的运算效率。