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期刊信息/Journal information
农业工程学报
中国农业工程学会
农业工程学报

中国农业工程学会

朱明

半月刊

1002-6819

tcsae@tcsae.org

010-65929451，65910066转2503、3503

100125

北京朝阳区麦子店街41号

农业工程学报/Journal Transactions of the Chinese Society of Agricultural EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>《农业工程学报》是由中国农业工程学会主办的全国性学术期刊,自2005年始为单月刊。编委会名誉主任:汪憨华院士,编委会主任兼主编:杨邦杰教授《农业工程学报》为全国中文核心期刊,在最新版的《中文核心期刊要目总揽》中位居"农业工程类"期刊榜首；2001年入选中国期刊方阵"双效"期刊；被中国科协主办的《中国学术期刊文摘》选为首批收录期刊；先后被美国工程索引(EI Page one)、英国国际农业与生物中心(CAB International)、检索系统、数据库收录。
正式出版
收录年代

    山地蕉无人机自主吊运装置研制

    段洁利李伟希李伟钦徐兴...
    1-10页
    查看更多>>摘要：针对目前山地蕉采后运送作业主要依靠人工背运,存在劳动强度大、人力成本高、果实容易损伤以及易发生安全事故等问题,该研究设计了一种山地蕉无人机自主吊运装置,能够实现无人机山地蕉吊运过程中对果轴的自主抓取和卸载,减少人工参与,保障作业人员安全.基于测定的山地蕉蕉穗形态特征参数设计抓取机构、吊具、导向机构以及连接件等,并通过SOL1DWORKS软件建立装置的三维模型,同时搭建了上下位机通讯系统.基于ANSYS Workbench软件的显式动力学分析(explicit dynamics)、静磁分析(magnetostatic)对吊运装置的关键零部件进行仿真和理论计算,确定满足使用要求的电磁铁与舵机型号及参数.室内试验表明,装置的果轴平均抓取成功率为92.59％,果轴平均卸载成功率为96％,平均吊运成功率为88.89％,抓取与卸载的平均耗时分别为63.8和20.8 s/次.无人机搭载吊运装置进行田间试验,平均吊运成功率为83.33％,抓取与卸载平均总耗时90.8 s/次,平均吊运速度0.99 m/s,是人工背运速度(0.17～0.33 m/s)的3倍以上,且由于蕉穗悬空在吊运装置下方不与其他物体接触从而不会对果指造成损伤,满足无人机自主吊运山地蕉的作业需求.研究结果可为快速、低损、安全的无人机山地蕉吊运装置设计提供参考,促进香蕉产业的高质量发展.

    农业机械无人机香蕉吊运装置山地蕉园仿真分析

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    双排交替齿形筛菠萝输送机构设计与试验

    刘天湖陈思远杨国柱张锦翀...
    11-21页
    查看更多>>摘要：针对拨杆喂入式菠萝采收机所存在采摘后的菠萝果实在输送过程中容易堵塞、堆积,并在接果板与挡板输送链之间的间隙中挤压损坏导致的输送成功率低、输送损伤率较高的问题,该研究设计了一种双排交替齿形筛输送机构作为输送过程中的缓冲过渡机构.阐述了双排交替齿形筛输送机构工作机理,并根据运动特点确定了其结构参数,如杆件长度和角度、齿形筛板排列间距等.建立齿形筛板各齿端的运动方程和菠萝果实与齿形筛板的接触力学模型,求解了菠萝果实临界碰撞损伤及临界输送弹跳时双排交替齿形筛输送机构转轴的工作角速度分别为23.13和10.56 rad/s,并确定了接果板倾角、采摘装置转轴转速和输送机构转轴转速为影响该输送机构输送效果的3个主要参数.将这3个参数作为试验因素,以果实输送成功率和果实滞留数作为试验指标,依据Box-Behnken试验原理开展了三因素三水平台架试验,建立了试验指标与各影响因素之间的回归模型,并利用回归模型求得了最优参数组合.田间试验结果表明,接果板倾角为14°、采摘装置转轴转速为27 r/min、输送装置转轴转速为70 r/min时果实平均输送成功率为94.87％、平均果实滞留数为2个,输送作业过程中均无果实受损,可满足菠萝果实输送工作需求,提高菠萝果实采收效率.

    农业机械收获输送机构菠萝试验

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    基于农机智能管理平台的田间燃油配给策略

    马力江东晓辛明翰林嘉豪...
    22-33页
    查看更多>>摘要：在农业规模化生产中,为保证作业效率,农机燃油配给往往需要在田间完成.然而,现有的田间燃油配给方式存在不安全、不及时、缺乏科学系统的配给决策,导致燃油配给效率低、配送成本高等问题.针对上述问题,该研究结合农机燃油需求特点,提出基于农机智能管理平台的农机田间燃油配给策略.首先,以农机智能管理平台的实时数据为基础,基于可信性理论建立农机田间燃油配给的两阶段数学模型:第一阶段预优化,根据平台数据建立具有模糊需求和模糊时间窗的多目标车辆路径规划模型,第二阶段根据实际生产中发生的动态事件更新相关信息,重新规划未配送订单的配送路径;其次,以总配送成本最低及总满意度最高为目标,结合改进遗传算法求解农机田间燃油配给模型.最后,应用嫩江农场的数据进行实证分析,并与农场当前的配送成本等指标进行对比,验证可行性及实用性.结果表明:基于农机智能管理平台实时数据构建的农机田间燃油配给策略可以在降低配送成本的同时,保证较高的订单平均满意度,即时效性,与当前生产方案相比,配送路径减少了 14条,虽然满意度较实际稍低,为72.85％,但总配送成本较当前方案降低了 93.38％.研究结果可为农机田间燃油配给的智能化管理提供科学依据.

    农业机械车辆路径规划多目标优化模糊需求田间燃油配给

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    农用柴油机的DPF再生条件与排放性能智能多目标优化

    王煜华王贵勇陈贵升李进龙...
    34-43页
    查看更多>>摘要：为提升农用柴油机的DPF(diesel particulate filters)再生性能、排放和燃油经济性,该研究提出了基于增强循环训练的智能多目标优化方法.通过BP(back propagation)神经网络构建了 DPF再生条件预测模型,并提出AMSO(adaptive memory gull optimization)算法提高预测精度.基于 NSGA-Ⅲ(non-dominated sorting genetic algorithm-Ⅲ)对多个控制参数进行优化,并通过稳态和WHTC瞬态循环试验验证.结果表明:在稳态试验验证中,优化后DPF入口和出口温度平均增加了 6.10％和2.90％,O2浓度增加了 18.86％,同时,NOx、烟度和BSFC(brake specific fuel consumption)的平均降低分别为10.72％、11.48％和0.24％,确保了 DPF的高效安全再生.在瞬态测试验证中,DOC(diesel oxidation catalyst)入口温度、DPF 入口温度和 O2 浓度明显改善,分别增加了 31.00％、2.60％和 0.50％,同时,NOx和烟度排放分别降低了 10.40％和0.80％,燃油消耗减少了 3.5％.证明了提出的优化方法解决了农用柴油机DPF再生与排放优化问题,为柴油机再生模式下控制参数优化提供指导.

    柴油机排放神经网络多目标DPF再生条件

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    贮料重度对卸料流态及仓壁压力分布的影响

    刘克瑾黄硕硕姚辉江贾玲玲...
    44-53页
    查看更多>>摘要：为了研究贮料重度对仓壁卸料压力和流态的影响,该研究进行了室内试验和数值模拟分析.室内试验采用自主设计的半圆柱形平底圆筒仓,仓壁嵌入定制的压力传感器量测仓壁压力,通过摄像机记录流态演化过程.贮料选用重度不同平均粒径为5.5 mm的陶球颗粒(以下简称陶粒)和大豆,各进行了 5组卸料试验.并进行了离散元(discrete element method,DEM)数值模拟.最后,综合试验结果和数值模拟结果,结合颗粒物质力学基本原理,分析了贮料重度对流态演化及仓壁压力分布的影响.结果表明:陶粒和大豆的流态演变过程相似;静止区边界在卸料前期和中期处于稳定状态,贮料静止区角度为54.03°,高度为0.310 m,卸料后期,表面流动边界面开始与静止区边界面以28.5°相交,并最终滞留在仓底附近形成角度为28.5°,高度为0.120 m的"滞留区";贮料重度越大,仓壁压力变化越剧烈;峰值压力作用点在距离仓壁底部约3/10高度处;在卸料最初(卸料时间5s,占总卸料时长的1.43％),陶粒和大豆的仓壁压力均发生剧烈突增:陶粒峰值增幅为263％,大豆峰值增幅为257％,该现象为实践中筒仓破坏多出现在卸料初期提供了试验支持.基于细观层面的力链网络演化,证实了重度大的陶粒通过力链网络传递到仓壁的压力更大,仓壁压力波动性与力链的断裂、重构和结拱起始、结拱完成和拱塌落有直接的对应关系.研究建立了从细观力链网络传递、力链断裂、重构与宏观仓壁压力分布的直接联系,研究结果可为筒仓结构设计提供理论支撑与试验依据.

    筒仓散体材料流态离散元法力链网络卸料压力卸料试验重力密度

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    东北黑土区侵蚀农田土壤质量指数构建及其空间分异

    彭珏龙凌郭忠录王军光...
    54-64页
    查看更多>>摘要：侵蚀的空间异质性会改变土壤性质,导致土壤质量在空间分布上的差异.为明确中国东北侵蚀农田黑土土壤性质在不同空间位置上的分布规律,该研究基于纬度变化,从寒温带到中温带跨区选择了4个丘陵区(从北到南依次为九三、克山、海伦、宾县)的农田黑土坡面作为试验对象,划分了坡面位置(坡顶、坡上、坡中、坡下和坡底)和土壤深度(0～20 cm和＞20～40cm),分析了不同空间位置对侵蚀农田黑土土壤物理、化学和生物特征对不同空间位置的响应规律,并基于最小数据集(minimum data set,TDS)构建土壤质量指数(soil quality index,SQI-TDS),对侵蚀农田黑土土壤质量进行综合比较.研究表明,4个丘陵区黑土土壤性质在不同区域、坡位和土壤深度下的存在明显的空间变异(P＜0.05).全氮和有机碳含量随纬度升高而增加,且随坡位降低而逐渐减小,在坡底处增加.平均重量直径在九三最高,克山次之,海伦和宾县较小.土壤细颗粒在坡底沉积促进了新的团聚体形成,以致团聚体稳定性在坡面位置上表现为随坡位的降低呈先减小后增加的"V"型变化.SQI-MDS均值从北至南整体呈降低趋势,其中宾县的土壤质量指数最低,较其他3个地区显著降低22.66％～26.52％.在不同坡位上,SQI-MDS表现为以坡底、坡顶、坡上、坡中和坡下次序降低.该研究量化了东北侵蚀农田黑土土壤综合质量,结果可为侵蚀农田黑土修复和可持续发展提供科学依据.

    土壤侵蚀农田黑土质量最小数据集

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    荒漠草原生长季不同时间尺度水热通量变化特征及其影响因子

    韩信张宝忠车政王军...
    65-75页
    查看更多>>摘要：荒漠草原水热通量变化特征及其影响因素分析对提高区域水热交换规律认识和了解其在气候变化中的作用具有重要意义.该研究基于内蒙古荒漠草原2018和2019年4-10月涡度相关系统与相应的环境因子观测资料,分析了荒漠草原不同时间尺度水热通量(感热通量(sensible heat flux,H)和潜热通量(latent heat flux,LE))及能量占比(H/LE)的变化特征及其环境因子调控机制.结果表明:1)H为该生态系统的主要能量消耗形式,且同一环境因子在不同生育期对H、LE、H/LE的影响存在差异;2)小时尺度上,H、LE呈单峰型变化,峰值均主要出现在12:00-14:00之间,且LE峰值出现时间较H滞后1～2h.H的主要影响因素为平均风速(wind speed,Ws),相对湿度(relative humidity,RH)、饱和水汽压差(vapor pressure deficit,VPD)和空气温度(air temperature,Ta),相关系数(correlation coefficient,r)绝对值大小分别为 Ws(0.72)＞RH(0.66)＞VPD(0.61)＞Ta(0.38).LE 的主要影响因素为 Ta、VPD、地面温度(soil temperature,Ts)和降雨(precipitation,P);3)日尺度上,H、LE呈明显的季节变化,H的主要影响因素是RH、Ws、Ts、Ta、P和VPD,LE主要影响因素为RH、Ws、Ts和Ta;4)月尺度上,H、LE近似呈单峰型变化,夏季能量消散方式以LE为主,H的主要影响因素为RH、Ws和VPD,其中VPD正效应最强(r=0.75),P对LE的正效应最强(r=0.75),而RH对H/LE的负效应最强(r=-0.76).研究结果有利于准确理解多时间尺度下荒漠草原H和LE对环境因子的响应,同时可为草原生态功能区的植被恢复、生态环境保护提供理论依据和技术支撑.

    荒漠草原不同时间尺度水热通量影响因子

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    适用于植物生长的透明土制备及其性能试验

    刘功明黄建坤杜金阳张健...
    76-84页
    查看更多>>摘要：植物根系可以增强土体的抗剪强度,预防浅层滑坡.以熔融石英砂、正十二烷为主要成分的透明土技术为可视化观察植物根系提供技术支撑,但是植被难以在其中生长,无法克服根土耦合和观测的难题.该研究改进透明土配制工艺,提出既能模拟土壤力学性能又能适应植被生长的透明土方案.以侧柏根系为例,通过直剪试验分析含液率和含根率对根土复合体抗剪强度的影响,并以透明素土为对照.进一步采用粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术分析透明素土及根土复合体边坡模型在坡顶加载工况下的宏细观力学特征.研究表明:1)改进透明土能适应植被生长并观测根系形态,并能模拟根土复合体的力学性能,当含液率≥20％时,具有良好透明度,能观测植物根系形态.2)随着含液率的增加,透明土黏聚力下降,当含液率从0升至25.8％时,透明土的黏聚力下降了 64.09％.当含根率从0增至0.6％时,黏聚力增加了 127.50％.根系的加入,增加了透明土的黏聚力,但随含根率的增大,对黏聚力增益效果逐步减弱.3)根系的存在极大减小了边坡在坡顶荷载作用下的微观形变,有效预防潜在滑坡的发生.研究成果可为根系固土研究提供材料制备工艺和思路.

    土壤透明土根系固土根土复合体直剪试验PIV技术

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    串联网式过滤器拦截特性和过滤时间分析

    刘贞姬杨昊李俊峰雷辰宇...
    85-93页
    查看更多>>摘要：针对网式过滤器在实际灌溉水源条件下易堵塞、使用寿命短等问题,该研究将泵前和泵后网式过滤器串联组合,通过室内原型试验分析各级过滤器对泥沙和木屑的拦截规律.结果表明:过滤器拦截泥沙和木屑的分布情况与各级滤网孔径有关,当水源杂质以泥沙为主时,建议选取0.32和0.20 mm孔径滤网的泵前和泵后过滤器进行过滤,当有机物杂质含量较高时,采用0.25～0.32 mm滤网孔径的泵前过滤器有利于延长过滤时间.对水头损失随过滤时间的变化规律进行分析,明确了水源条件和滤网孔径对过滤时间的影响,极差和方差分析结果表明:不同进水流量条件下,初始水头损失和水头损失峰值分别集中在2.43～5.87和13.92～28.92 m,杂质含量对水头损失影响较小;进水流量越大,过滤器过滤时间越短.建立水头损失计算公式和过滤时间拟合经验公式,拟合与试验结果误差小于7％.各因素对过滤时间影响程度由大到小依次是杂质含量、滤网孔径、含沙量、进水流量.基于多层感知机(multilayer perceptron,MLP)神经网络模型对过滤时间进行预测,预测值与实测值误差基本在10％以内,均方误差和平均相对误差分别为0.32％、5.85％,该模型适用于对复杂水源条件下过滤时间的预测.研究结果可为灌溉工程中串联网式过滤器各级滤网参数的合理配置提供参考.

    灌溉过滤器滤网过滤时间拦截特性杂质含量MLP神经网络

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    基于RIME-CNN-SVR模型的麦田土壤水分反演

    王然赵建辉杨会巾李宁...
    94-102页
    查看更多>>摘要：土壤水分监测对于农业生产和作物产量预估具有重要意义.近年来深度学习技术在土壤水分反演领域得到广泛应用,但大多侧重于模型结构增强和优化,对模型超参数优化研究探索不足.该研究提出了一种基于霜冰优化算法(rime optimization algorithm,RIME)的卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)超参数优化模型,结合极化分解技术来校正植被对土壤水分反演精度的影响,以提高冬小麦农田土壤水分反演性能.首先利用RIME优化CNN超参数以构建RIME-CNN模型,然后使用RIME-CNN模型对特征参数进行自适应提取和挖掘,之后对这些特征参数进行正则化处理并输入到支持向量回归(support vector regression,SVR)模型,构建RIME-CNN-SVR模型进行土壤水分估算.为验证所建RIME-CNN-SVR模型的有效性,利用合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)数据结合光学遥感数据,在河南省开封市冬小麦农田区进行试验验证和精度分析.结果表明,该方法在不增加模型结构复杂性和可学习参数的前提下,显著提升了模型的预测性能,决定系数可达0.72,均方根误差为2.78％,平均绝对误差为2.20％.该研究可为农业生产提供一个更为准确、可靠的土壤水分监测手段.

    土壤水分卷积神经网络支持向量回归霜冰优化算法极化分解合成孔径雷达

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