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农业机械学报
中国农业机械学会 中国农业机械化科学研究院
农业机械学报

中国农业机械学会 中国农业机械化科学研究院

任露泉

月刊

1000-1298

njxb@caams.org.cn

010-64882610，64882231

100083

北京德外北沙滩1号6信箱

农业机械学报/Journal Transactions of the Chinese Society for Agricultural MachineryCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是由中国科协主管、中国农业机械学会和中国农业机械化科学研究院主办的国家级学术期刊，农业工程类中文核心期刊，美国工程信息公司（EI）收录期刊。主要刊登农业机械、农业工程、农用动力和能源、农产品及食品加工机械、农机化以及有关边缘学科的基础理论、设计制造、材料工艺、测试仪器与手段的研究成果及发展动向,反映学科最新研究成果和学术水平。同时还将及时提供中国农业机械学会举办的国内外学术活动信息，可供农机乃至机械行业中、高级技术人员、大专院校师生及科研单位的有关人员阅读参考。
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    基于电导率对相对介电常数补偿的土壤含水率电容传感器标定方法

    张西良谢飞洋盛庆元倪梦瑶...
    344-351页
    查看更多>>摘要：针对土壤含水率电容传感器检测精度低,标定模型对盐渍土壤的适用性不高等问题,提出基于电导率对相对介电常数补偿的含水率电容传感器标定法.在标准溶液中建立相对介电常数与传感器输出电压关系对数模型(R2=0.983),进一步基于二元二次回归分析法,建立标准溶液电导率对相对介电常数补偿的相对介电常数与传感器输出电压及电导率的回归标定模型(R2=0.979).对传感器进行土壤含水率标定,建立土壤体积含水率与相对介电常数关系的三阶多项式标定模型(R2=0.996).对两步标定模型进行实测,结果表明:土壤电导率为0～2 dS/m时,体积含水率检测最大误差从未电导率补偿时0.038 3 m3/m3降至电导率补偿后0.012 7m3/m3,最大相对误差从12.020 0％降至6.224 1％.结果表明,在不同电导率的同类土壤中,使用基于电导率对相对介电常数补偿的含水率传感器标定法能明显提高土壤含水率检测精度和对不同电导率土壤(黄土)的适用性.

    土壤含水率含水率电容传感器传感器标定二元回归分析法电导率补偿

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    基于超宽带雷达回波短时傅里叶变换的土壤含水率检测

    尉鹏亮周昱宏王若蓁郭交...
    352-360页
    查看更多>>摘要：土壤体积含水率监测对提高农业生产效率和制定合理土壤管理措施具有重要意义.超宽带雷达由于其高距离分辨率、强穿透能力在农业土壤动态信息实时监测中得到广泛应用.但以往对超宽带雷达信号的处理主要关注时域特征,忽略了同样具有丰富信息的频域特征,使得回波信号在土壤体积含水率反演过程中无法得到充分利用,限制了土壤体积含水率的反演精度.本文基于超宽带雷达获取的土壤回波信号,对其进行预处理并提取与土壤体积含水率有关的回波信号,对该信号采用短时傅里叶变换(Short-time Fourier transform,STFT),分析与土壤体积含水率有关的回波信号随时序变化的时频谱特征,进而结合卷积神经网络(Convolutional neural network,CNN)建立土壤体积含水率分级以及回归预测模型.实验结果表明,基于添加高斯白噪声后的数据,对于土壤体积含水率的分级,将时频特征和CNN模型相结合时,分级总体精度和Kappa系数分别为98.69％和0.984 9,相较于10个时域特征与植被指数 NDVI(Normalized difference vegetation index)建立的支持向量机模型(Support vector machine,SVM),分级总体精度提升21.78个百分点,Kappa系数提高0.251 5.对于土壤体积含水率的回归预测,将时频特征和CNNR(Convolutional neural network regression)模型相结合时,预测结果与真实值之间的决定系数(R2)为0.987 2,均方根误差(RMSE)为0.004 8 cm3/cm3,相对分析误差(RPD)为6.273 8,相较于10个时域特征结合植被指数NDVI建立的CNNR模型,R2提升0.231 6,RMSE降低1.3377 cm3/cm3,RPD提高4.271 4.综上,在土壤体积含水率分级和回归预测方面,本文所提方法较传统信号检测处理方法具有明显优势.

    土壤体积含水率超宽带雷达短时傅里叶变换卷积神经网络

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    基于UAV-SfM数字模型的滇中环状构造地表与地形特征分析

    罗为东甘淑袁希平陈成...
    361-373页
    查看更多>>摘要：地表特征与自然灾害密切相关,对维护生态环境和深入了解地表演化过程及地质构造特征具有重要作用.通过无人机(Unmanned aerial vehicle,UAV)航测和运动恢复结构(Structure from motion,SfM)技术构建的高空间分辨率数字模型,在滇中环状构造地貌开展地表覆盖信息和地形特征的分布关系分析.结果表明:在裸岩、裸土和植被混合区域,从定性和定量分析中发现DeepLabv3＋算法相比于RF算法在试验区地表覆盖信息提取中有较好的提取效果.点云经滤波得到地面点,选择交叉验证中均值误差和均方根误差最小的Kriging算法构建分辨率0.1 m的数字高程模型(Digital elevation model,DEM),解译一阶坡面、二阶坡面和复合坡面的多种地形因子,根据相关性分析选取6种地形因子构建了综合地形分析模型(Comprehensive terrain analysis model,CTAM).经过分析地表覆盖信息中覆盖面积最大裸土、植被与地形的联系,CTAM中每个等级像元数量与总像元数量百分比中,Ⅱ级占比最高,为28.87％,Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ占比分别为18.39％、13.82％和17.29％.UAV-SfM技术能有效捕捉环状构造表面特征,可为该地区地质研究与资源管理提供技术手段和科学依据.

    环状地貌UAV-SfM数字模型地表覆盖地形特征滇中

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    基于突变理论的土地质量地球化学评价方法研究

    耿婷婷刘金巍宋绵边超...
    374-381页
    查看更多>>摘要：为实现土壤肥力和土壤环境质量相结合的土地质量地球化学综合评价结果的高精度量化,依据赣南南康地区采集的6 266组表层土壤样品测试结果,构建了以As、Hg、Cd、Pb、Cr含量等为基础的内梅罗指数和以有机质(SOM)、P、N、K、Mo、Mn、B、Cu、Zn含量等为基础的土壤综合肥力指数为控制因素的突变理论法土地质量地球化学综合评价方法,将内梅罗指数3.0修订为3.1,通过突变理论对数据进行标准化和归一化分析,比较原始内梅罗指数和修订内梅罗指数评价结果以及本文方法与DZ/T 0295-2016《土地质量地球化学评价规范》方法的土地质量地球化学综合等级划分结果.结果表明:研究区土壤综合肥力指数均值为0.75,总体综合肥力为Ⅲ等,土壤肥力较低;土壤综合内梅罗指数均值为0.59,总体尚清洁.采用修订后的内梅罗指数3.1计算的土壤肥力指数分界值基本呈等级等间距划分.与DZ/T 0295-2016《土地质量地球化学评价规范》评价结果比较,83.57％的结果等级未发生变化,近16％等级结果增加1个等级,主要为1级和2级升为3级和4级,未出现2个及以上等级的变化,评价结果显示3级、4级面积占比为94.11％、5.30％.本文方法可用于土地质量地球化学综合等级评价,评价结果更加数值化、精细化,评价过程更简便,是对已有土地质量地球化学综合评价方法的补充,可为土地利用、农业生产和管理提供借鉴和参考.

    土地质量地球化学评价突变理论内梅罗指数土壤综合肥力指数

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    基于中红外光谱特征增强和集成学习的土壤有机碳含量估算模型研究

    唐澳华杨贵军杨悦陈伟男...
    382-390页
    查看更多>>摘要：中红外光谱数据在实现土壤有机碳含量的准确、低成本快速预测方面具有巨大潜力.为提高光谱数据估算模型的普适性,本研究利用光谱特征增强策略,并基于Stacking算法结合多种机器学习方法构建了一种高鲁棒性的土壤有机碳含量估算模型.采用多种光谱特征增强方法及其组合对土壤中红外光谱进行特征增强,筛选最佳策略;通过应用Stacking算法结合多种机器学习方法构建集成模型,以提高模型泛化能力;将集成模型估算性能与偏最小二乘回归模型(PLSR)、梯度提升树(GBT)和一维卷积神经网络(1D-CNN)模型进行比较分析.研究结果表明,最佳光谱特征增强策略可以显著提高土壤光谱数据与土壤有机碳含量的相关性,最佳Pearson相关系数达到-0.82;相较于PLSR、GBT和1D-CNN等模型,集成模型在各光谱数据下均表现出较高的估算精度,特别是在一阶导变换结合多元散射校正的光谱特征增强策略下,集成模型展现出优良的估算性能(决定系数R2=0.92,均方根误差为1.18 g/kg,相对分析误差为3.52).本研究方法能够快速、准确地估算土壤有机碳含量,可为现代农业管理提供科学依据.

    土壤有机碳估算模型集成学习光谱特征增强中红外光谱

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    基于叶绿素荧光遥感的江西省稻田总初级生产力估算及其气象驱动因素研究

    刘博徐涛徐强强李启龙...
    391-400页
    查看更多>>摘要：总初级生产力(Gross primary production,GPP)是表征作物在光合作用中吸收大气CO2的指标,也是作物产量形成的重要起点.本研究以江西省稻田为研究对象,基于日光诱导叶绿素荧光(Sun-induced chlorophyll fluorescence,SIF)遥感数据和地面通量观测数据,构建了基于SIF的稻田GPP非线性估算模型,进而对江西省2001-2020年稻田GPP进行模拟.结果表明:相较于MOD17 GPP和GOSIF GPP,基于SIF的非线性模型模拟精度更高,可以更好地捕捉水稻季和非水稻季GPP的季节变化,但对早稻-晚稻交替期模拟效果较差.2001-2020年江西省稻田多年平均GPP为(2 082.8±143.2)g/(m2·a),空间上呈现北侧低、南侧高的特点,稻田GPP低值主要位于南昌市及其周边,高值位于赣州市和景德镇市.2001-2020年江西省稻田GPP总体呈波动上升趋势,趋势率为24.3g/(m2·a),上升趋势最大的区域位于江西省南部,上升趋势最小或存在下降趋势的区域主要位于南昌市和九江市,可能与该地区水稻"双改单"现象有关.江西省各市稻田GPP年际变化的主要影响因素为气温,贡献率在28.3％～44.2％之间,太阳辐射对稻田GPP为负贡献,风速在部分区域对稻田GPP为正贡献,降水量和相对湿度对稻田GPP年际变化的影响最弱.研究可为模拟江西省稻田GPP以及评估气候变化背景下稻田固碳能力和产量估算提供理论依据.

    日光诱导叶绿素荧光总初级生产力估算模型稻田时空分布江西省

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    外源生物强化下水稻秸秆好氧-厌氧两相发酵产甲烷特性研究

    何董罗立娜徐名汉刘莹...
    401-409页
    查看更多>>摘要：采用生物强化方法强化水稻秸秆好氧水解过程,并研究绿色木霉及添加量(占总料液质量分数3％、5％、7％和9％)对其发酵特性的影响.好氧水解阶段生物强化时间为24h,随后在35℃条件下进行厌氧发酵产甲烷潜力测试试验.结果表明,与对照组相比,添加绿色木霉进行生物强化各组的木质纤维素降解率、挥发性脂肪酸(VFAs)产量及产气率均有不同程度的提高,VFAs均以乙酸为主.利用Modified Gompertz对累积产甲烷量进行拟合,拟合结果较好,绿色木霉添加量为3％、5％、7％、9％的各预处理试验组累积产甲烷量分别为198.28、211.351、228.44、234.78 mL/g,比CK对照组产甲烷量分别提高18.89％、26.72％、36.96％、40.76％,添加7％绿色木霉组的综合效果最好,在此条件下半纤维素、纤维素、木质素降解率分别为36.86％、31.57％、7.43％,甲烷产量较CK组提高36.96％.好氧水解过程中优势菌群为厚壁菌门(Firmicutes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)等,其中厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度随水解时间的延长而减少,绿弯菌门(Chloroflexi)和拟杆菌门(Bacteroidetes)相对丰度增加,表明添加菌剂能够改变菌群结构,促进好氧水解反应的进行.

    水稻秸秆厌氧发酵好氧水解生物强化绿色木霉产甲烷特性

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    基于容积闭环控制的颗粒农产品加料定量方法研究

    王嘉恩
    410-417页
    查看更多>>摘要：针对颗粒农产品定量加料精度低、自动化程度不高等问题,分析了常见颗粒农产品的物理特性,采用了以体积估计质量的定量方法,并在控制系统中引入闭环控制方案,设计了一种颗粒农产品的动态定量加料设备.该设备主要由具有可变容积量杯结构的定量装置、传送与分流机构以及复检称重秤等部分组成,在阐述机械本体结构和工作原理的基础上,提出了一种基于历史离散数据拟合预测误差的闭环控制算法,当复检工序检测到加料质量与目标质量存在差值时,可通过闭环控制系统补偿修正定量加料工序的量杯容积,从而减小定量加料的误差.实验结果表明,该设备可实现颗粒农产品的高精度动态定量加料,具有抗扰动和自适应能力.以大米、黄豆、芸豆为实验对象,在旋转盘转速为4 r/min的工作条件下,经过3组闭环反馈调节,加料质量误差可稳定控制在1％以内.

    农产品颗粒料定量加料闭环控制最小二乘法丝杠螺母副

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    炒青绿茶离散元仿真参数标定研究

    王小勇余志张德陈玉琼...
    418-427页
    查看更多>>摘要：针对炒青绿茶精制装备仿真分析中缺少准确的离散元仿真参数问题,以炒青绿茶为研究对象,标定炒青绿茶离散元仿真关键参数.通过斜面法与自由落体法对茶叶-茶叶和茶叶-钢板之间离散元参数进行研究,确定静摩擦因数、滚动摩擦因数和碰撞恢复系数的取值范围.通过提升法台架试验获得炒青绿茶实际堆积角,建立炒青绿茶离散元模型,模拟堆积角形成过程.以炒青绿茶实际堆积角为响应值,使用Plackett-Burman试验筛选出对炒青绿茶堆积角有显著影响的参数,通过最陡爬坡试验获取近似最佳响应范围,最后通过Box-Behnken获得影响显著参数最优组合.结果表明:当剪切模量为2.930 MPa、茶叶-茶叶静摩擦因数为0.771、茶叶-茶叶滚动摩擦因数为0.133、茶叶-茶叶碰撞恢复系数为0.354时,炒青绿茶仿真堆积角为30.12°,与实际堆积角误差为1.59％,表明可以采用优化标定参数模拟炒青绿茶外部接触特征.

    炒青绿茶离散元法堆积角参数标定

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    基于深度归一化的任意交互物体检测方法研究

    黄玲涛孔紫静杨帆张红彦...
    428-436页
    查看更多>>摘要：交互物体的检测识别是实现人机交互的一项关键技术,针对人机交互过程中交互物体检测范围受限的问题,本文利用深度归一化提高深度图像质量,提出了一种基于图像分割的任意交互物体检测方法.该方法针对操作人员侧向和正向姿态,分别采用基于显著性检测的图像处理和人体姿态引导的区域生长算法分割目标区域,锚定目标物体边框实现物体检测.最后,进行了交互物体检测实验及不同深度区间位置测距和跟随实验.实验结果表明,所提出的物体检测方法能够实现任意交互物体检测,在交互物体检测方面具有广泛适用性;较小深度区间的归一化能够使物体位置误差变小,提高了物体检测距离精度及机器人跟随效果.

    目标物体检测深度归一化图像分割人机交互

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