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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

    康乃馨扦插机器人设计与试验

    苏微阙煜赖庆辉杨湛威...
    1-12页
    查看更多>>摘要：针对康乃馨自动化标准扦插作业需求,解决现有人工扦插模式劳动强度大的问题,该研究设计了一种抓取-扦插一体化作业的扦插机器人系统.以康乃馨生根用插穗为对象,根据插穗物料特性参数和高产栽培农艺要求,提出辅助栽植式末端执行器作业方式和抓插协同运动规划模型,基于YOLOv5s深度学习网络构建多目标插穗检测模型,建立扦插机器人运动学模型,提出基于MD-H(modified denavit-hartenberg)规则的逆运动学建模方法和时间最优轨迹规划算法.仿真结果表明,改进后的逆解算法和轨迹规划算法的运行时间与常规算法相比分别降低了 38.3％和72.5％.搭建扦插机器人试验台,进行定位误差及整机性能试验.试验结果表明,抓取作业时X、Y方向的平均定位误差分别为2.33和2.38 mm;扦插作业时X、Y、Z方向的平均定位误差分别为2.21、2.25和2.05 mm;机器人单株平均作业总时间为14.787 s,其中识别抓取平均工作周期为6.803 s,占作业总时间的46.01％,扦插作业的平均工作时间为5.104 s,占作业总时间的34.52％;插深合格率为88％,扦插直立度为92％,漏插率和根部损伤率分别为5％和2％,基本满足自动化标准扦插作业要求.研究结果可为温室标准化扦插设备的研发与应用提供参考.

    机器人扦插康乃馨YOLOv5s改进粒子群算法轨迹规划识别定位

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    基于近红外光谱的便携式油菜籽品质检测装置研制

    彭望王前廖庆喜汪昊...
    13-22页
    查看更多>>摘要：为解决油菜籽收获、运输、存储、销售等过程中对含油量、蛋白质、硫苷等内部品质的检测需求,实现油菜籽多指标、便携式、快速无损的检测目标,该研究设计了一种基于近红外光谱的便携式油菜籽内部品质检测装置,集成微型光谱仪、LCD触摸屏、树莓派处理器、箱体、样品杯和电源,装置尺寸为246 mm×128mm×127mm,可在户外环境稳定工作6 h以上.以不同产区的65个油菜籽品种为研究对象,采集900～1 633 nm的近红外漫反射光谱,使用竞争性自适应重加权、最小角回归、无信息变量消除等降维算法与偏最小二乘、极限学习机、支持向量等回归算法,建立了含油量、蛋白质、硫苷、含水率和芥酸高精度预测模型,决定系数R2分别为0.949、0.861、0.730、0.976、0.862,均方根误差 RMSE 分别为 1.39％、1.46％、20.7 μmol/g、0.36％、3.63％.使用 QT Creator 作为集成开发环境,PyTorch 作为框架,实现了模型的嵌入式部署与应用,实现了油菜籽的多品质参数一键式无损检测.使用Flask、MQTT等技术,开发了 APP端、网页端和小程序端软件,实现了预测数据的多端同步和实时监控.经检验测试,含油量、蛋白质、硫苷、含水率和芥酸的预测决定系数R2分别为0.932、0.855、0.734、0.968、0.761,均方根误差RMSE分别为1.35％、1.67％、19.6μmol/g、0.34％、2.96％,检测过程为13 s,在相对湿度40％～70％、温度15～35 ℃的环境下,装置对含杂量不大于2％、质量3～7 g的成熟期油菜籽具有数据采集稳定性;该仪器可用于对油菜籽的快速无损检测.

    无损检测近红外便携式多指标油菜籽

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    基于温湿度补偿的扬尘监测装置设计与试验

    毛伦聪吕昊暾陈桂斌王宁...
    23-31页
    查看更多>>摘要：针对农田扬尘研究过程中现有扬尘监测装置易受环境温湿度影响,发生零点漂移,导致测量误差大的问题,该研究设计了一种基于温湿度补偿的扬尘监测装置,该装置包括温湿度传感器、质量传感器、数据采集系统等,可实现农田扬尘在线实时监测.通过温湿度与零点漂移相关性试验对采集的4个扬尘监测装置零点漂移与温湿度数据分析,温湿度与扬尘监测装置零点漂移具有显著相关性(皮尔逊系数的绝对值|p|＞0.5),且绝对湿度与零点漂移的相关性表现较相对湿度更加稳定,提出了绝对湿度与扬尘监测装置零点漂移的线性函数,函数的湿度系数与温度呈正相关.温度从40 ℃升至60℃,通过温度与扬尘监测装置输出信号单因素试验表明,零点漂移量是灵敏度变化量的65.7倍,零点漂移是影响扬尘监测装置测量精度的关键因素.建立了基于温湿度的BP网络扬尘监测装置零点漂移补偿模型,试验表明,此模型较基于温湿度的二阶多项式补偿模型数据波动幅度降低了 8.8％,较基于温度的BP网络补偿模型降低了 60.3％.对本文基于温湿度补偿的扬尘监测装置进行田间测量试验,结果表明,本文监测装置较无补偿扬尘监测装置的最终测量误差降低了 57.5％,测量结果波动幅度降低了 34.2％,有效降低了扬尘监测装置的测量误差.研究结果可为农田扬尘在线实时监测研究提供技术支撑.

    信号处理扬尘温湿度补偿零点漂移田间试验

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    基于异速生长法则的油茶树主干自然频率经验公式推导及应用

    张诗怡唐乐为吴明亮李正超...
    32-41页
    查看更多>>摘要：为克服油茶果人工采摘率低,该研究根据油茶树体合轴分枝生长方式,结合树体异速生长法则,建立油茶分形树体理想模型,提取二分叉基本单元.基于经典质量-弹簧分析方法,建立3种不同质点分布的二分叉基本单元动力学模型,推导一阶自然频率计算表达式.以湖南省华鑫油茶品种为应用实例,通过测量油茶树形态学参数,辨识面积缩减系数和异速生长系数,采用水浸法和三点弯曲试验分别测量油茶树枝密度和弯曲弹性模量.计算不同分枝角度下二分叉基本单元的一阶自然频率理论值.创建二分叉基本单元ANSYS有限元仿真模型,通过模态分析得到自然频率仿真值,质量均分在刚性杆两端的动力学模型的自然频率ANSYS仿真值与理论计算值较接近,平均相对误差为7.3％.基于带端部质点的悬臂梁一阶自然频率计算公式,采用参数辨识方法推导二分叉基本单元一阶自然频率经验公式,自然频率的经验公式计算值与仿真值最大误差仅为0.41％,验证了经验计算公式的准确性.研究结果可为油茶果振动式采摘装置的激振参数设置供理论依据.

    频率振动油茶异速生长法则经验公式二分叉基本单元

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    粮食平房仓太阳能光伏-地源热泵供冷系统仿真研究与试验

    闫喜龙陈雁戴诗渝杜潇...
    42-50页
    查看更多>>摘要：为解决粮食平房仓通风能耗大、储粮成本高的问题,该研究提出太阳能-地源热泵供冷系统,研究太阳能光伏-地源热泵供冷系统在粮食平房仓建筑中的可行性以及节能效果,以实现"零能耗"和"零排放"绿色储粮.基于粮食平房仓实际尺寸,建立了空气源热泵与太阳能光伏-地源热泵供冷系统仿真模型,并通过与仓房实测数据的对比进行了模型验证,从运行性能、光电适配性、经济性、节能以及环保效益等方面对供冷系统进行了分析.结果表明:系统运行1a后性能系数(coefficient of performance,COP)最大值为4.76,最小值3.3;运行10 a后COP最大值为3.96,最小值3.07;系统年实际发电量与库区用电量之比为192％～270％;投资回收期为7.8 a;与传统空气源热泵系统相比,太阳能-地源热泵供冷系统节能率达59％,研究结果可为粮食平房仓供冷系统优化提供理论依据和设计参考.

    光伏太阳能粮食平房仓太阳能-地源热泵供冷系统低温储粮

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    基于AquaCrop和WinSRFR组合的夏玉米沟灌方案优化

    聂卫波马云鹏冯正江李格...
    51-61页
    查看更多>>摘要：确定作物合理的灌溉制度和灌水技术要素组合是科学管理农业水资源的基础,可有效缓解水资源短缺矛盾和保障区域粮食安全.基于此,该研究利用在陕西省杨陵区(2022年)和武功县(2017年)进行的夏玉米田间试验,分别对AquaCrop模型和WinSRFR软件进行校准和验证,确定了研究区夏玉米典型水文年(丰水年、平水年和干旱年)的灌溉制度;通过反演沟灌土壤入渗参数和田面糙率,结合确定的灌溉制度,优化了沟灌灌水技术要素组合(入沟流量和灌水时间),并量化评价了优化灌溉制度和灌水技术要素组合对夏玉米的增产能力.结果表明,AquaCrop模型能准确模拟研究区夏玉米生长过程,其中产量模拟值与实测值的相对误差绝对值均值分别为1.85％(校准)和7.47％(验证);研究区夏玉米丰水年(灌浆期)和平水年(拔节期)需灌水1次,干旱年(拔节期和灌浆期)需灌水2次,单次灌水量均为55 mm;反演所得研究区沟灌土壤入渗参数k和α取值范围分别为是55.416～98.437 mm/hα和0.351～0.858,田面糙率n均值为0.056;合理的入沟流量和停水时间取值范围分别为2.2～3.3L/s和35～16min,可获得高灌水质量(综合灌水质量指标Ci≥85％);以2022年夏玉米优化的灌溉制度和灌水技术要素优化组合为基础,模拟所得夏玉米产量为7.819 t/hm2,与无灌溉(5.972 t/hm2)、现状条件(7.424 t/hm2)和仅对灌溉制度优化(7.659t/hm2)情景相比较,分别提高了 30.9％、5.3％和2.1％,且所需灌水量较现状条件可减少59 mm.研究结果可为研究区域夏玉米灌溉制度制定和沟灌方案设计提供理论基础和技术支撑.

    作物模型沟灌优化入沟流量停水时间灌水质量

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    基于LSSVM-GA的沟灌入渗参数与糙率估算与验证

    周雯白丹李一博马鑫...
    62-69页
    查看更多>>摘要：入渗参数和糙率是沟灌设计和管理中需要确定的重要基本参数.该研究基于WinSRFR软件模拟结果构建样本集,通过最小二乘支持向量机(least squares support vector machines,LSSVM)回归模型来映射水流推进时间、消退时间与入渗参数、糙率之间的非线性关系,并在此基础上提出了结合最小二乘支持向量机和遗传算法(least squares support vector machines-genetic algorithm,LSSVM-GA)的参数估算方法,即利用LSSVM回归模型构建目标函数,并利用GA获得入渗参数和糙率的最优值.在4组尾端封闭沟试验基础上,将LSSVM-GA法与多元非线性回归(multiple nonlinear regression,MNR)及 WinSRFR 中的 Merriam-Keller post-irrigation volume balance analysis(MK-PIVB)进行对比,结果表明,LSSVM-GA法估算的参数对进退水过程的拟合效果较优,其模拟的推进和消退过程均方根误差分别介于1.06～2.12 min和2.28～3.11 min之间,表明LSSVM-GA在估算入渗参数和糙率方面的可靠性,这有助于获得更精确的灌水技术要素,进而提高沟灌性能.

    灌溉入渗遗传算法参数糙率最小二乘支持向量机回归

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    长期秸秆深翻还田及养分管理对潮土有机碳矿化影响

    聂浩亮杨军芳杨云马黄少辉...
    70-80页
    查看更多>>摘要：为了明确耕作方式与养分管理对华北潮土土壤有机碳矿化的影响.基于连续15a(2007-2022年)耕作与养分管理模式长期定位试验开展研究,长期定位试验分为农民习惯耕作管理模式(秸秆不还田+浅旋耕RP-S,rotate plow without straw return)和高产耕作管理模式(秸秆还田+深翻耕DP+S,deep plow with straw return)2个主处理,以及对照施肥(CK)、农民习惯施肥(CON)和优化施肥(OPT)3个副处理,共计6个处理.于2022年10月,采集表层(0～20cm)土壤样品,分析土壤有机碳及活性碳组分含量与土壤碳库管理指数,并采用室内培养法,测定土壤有机碳矿化速率,利用一级动力学方程拟合土壤有机碳潜在可矿化量和碳半周期,应用结构方程模型揭示长期不同耕作模式与养分管理措施下,土壤有机碳的周转规律.多年试验数据得出,在RP-S条件下,C/N(SOC and TN ratio)总体呈逐渐下降趋势,在DP+S条件下,C/N总体呈先降后增趋势.秸秆还田+深翻耕处理显著提高了土壤活性有机碳组分含量(P＜0.05),且碳库管理指数(CPMI,carbon pool management index)提升显著(P＜0.05).与农民习惯施肥相比,优化施肥可以显著提高土壤有机碳含量12.35％.在DP+S条件下,优化施肥显著提高了土壤易氧化有机碳(ROC,readily oxiedozable carbon)与CPMI.各处理土壤有机碳矿化速率均在1 d达到最大,而后1～10d迅速下降,10d后缓慢下降直至稳定,有机碳矿化速率随时间呈对数函数型变化,不同处理土壤有机碳矿化速率均符合一级动力学模型.秸秆还田+深翻耕显著提高了累积矿化率(潜在可矿化量与土壤有机碳的比值)23.59％,而优化施肥可以显著降低累积矿化率22.12％.土壤有机碳矿化累积量(Ct)与土壤有机碳(SOC,soil organic carbon)、土壤活性碳组分和土壤碳库管理指数均呈极显著正相关关系(P＜0.01),与土壤潜在可矿化有机碳量(C0)呈显著正相关关系(P＜0.05),结构方程模型表明,耕作管理、微生物碳(MBC,microbial biomass carbon)和ROC是影响土壤有机碳周转能力和固碳能力的直接因素,耕作与施肥管理可通过对土壤有机碳及活性碳组分的影响,间接影响土壤有机碳周转能力,进而影响土壤固碳能力.长期秸秆深翻耕还田结合优化施肥有利于提高土壤固碳能力,促进农田资源的增碳及可持续利用.

    秸秆还田潮土长期施肥耕作方式土壤有机碳矿化

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    改进UNet-VAE网络的土壤多类型孔隙三维分割方法

    韩巧玲宋美慧席本野赵玥...
    81-89页
    查看更多>>摘要：不同类型土壤孔隙结构会随生物活动和非生物作用发生形变,从而影响其生态功能,准确分割不同类型的孔隙结构对于研究孔隙结构与生态功能演变关系具有重要意义.针对单个类别孔隙的分割方法分割精度低、分类标准单一、鲁棒性差,无法准确分割和判别生物孔隙、裂隙等相交部分孔隙结构的问题.该研究针对不同类型孔隙尺度差距大的特点,提出了一种改进UNet-VAE网络模型,实现土壤多类型孔隙分割.改进UNet-VAE网络引入多尺度特征融合注意力模块,以实现多尺度信息融合和冗余信息筛选.结合变分自动编码器生成网络(variational autoencoder,VAE),引入噪声和辅助损失函数,以增强网络的泛化能力和鲁棒性.试验结果表明:改进UNet-VAE方法在土壤多类型孔隙(裂隙、生物孔、不规则孔隙和球状孔隙)三维分割中达到了 93.83％的平均准确率,与次优VNet方法相比,平均准确率、精确率、召回率和Fl值分别提升了 3.32,5.06,8.97和8.63个百分点,特别是对于不规则孔隙4项指标分别提升了 4.88,15.46,15.70和15.50个百分点,表明改进UNet-VAE法可准确分割多类型孔隙,也验证了深度学习技术在多类型孔隙判别的有效性,可为揭示土壤孔隙结构与演化研究提供有效工具.

    土壤孔隙卷积神经网络图像分割3DUNet注意力模块

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    不同县域水稻产量变化的关键土壤肥力因素分析

    张楚黄晶申哲李继文...
    90-99页
    查看更多>>摘要：土壤肥力是影响水稻产量的重要因素,研究土壤理化性质和水稻产量的关系有助于优化不同区域水稻生产和科学培肥.该研究基于县域研究尺度,选取了中国东北的方正县、长江中游的宁乡市和长江中下游的进贤县,分析水稻绝对产量、相对产量和可持续产量指数,并探讨不同区域影响水稻产量的关键肥力因素.结果表明:由于稻作模式不同,宁乡市的两季水稻产量(9414.89kg/hm2)显著(P＜0.05)高于方正县的一季稻产量(8 224.31 kg/hm2)和进贤县的晚稻季产量(5 691.38 kg/hm2),但方正县的水稻相对产量均值(89.88％)显著(P＜0.05)高于宁乡市(73.84％)和进贤县(65.67％),且方正县的可持续产量指数也相对较高(0.86),显示出该县域在产量和稳定性方面的优势;依据相对产量划分的低、中、高产水平的分析表明,高产水平下方正县、宁乡市、进贤县的土壤肥力指标和综合肥力指数较高.不同县域影响相对产量的主要肥力因子不同,方正县、宁乡市、进贤县水稻可持续产量指数变化的关键肥力因素分别是土壤有效磷(贡献度为8.68％)、碱解氮(贡献度为12.92％)、有机质(贡献度为15.37％).在后续的水稻生产中,建议方正县重点关注土壤有效磷的管理,宁乡市和进贤县则应注重提升土壤碱解氮和有机质含量.

    土壤肥力水稻产量典型县域可持续产量指数

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