农业机械学报杂志

农业机械学报杂志2025年第9期

• 主要粮油作物精量播种技术与装备研究进展

  廖宜涛，谭钰，廖庆喜，郑娟，王林松，张青松

  粮油作物作为人类生存和发展的基础，其生产技术和播种技术一直是农业科学研究的重要领域。机械化播种作业对于提高粮油作物的产量和单位面积产量至关重要。本文分析了国内外主要粮油作物的生产概况和播种装备，从粮油作物的播种特点出发，结合不同粮油作物品种和不同播种农艺要求，重点阐述了粮油作物播种环节的精量排种、种床整理和播种智能化等方面的实际应用及前沿先进技术研究进展。在系统总结和分析我国主要粮油作物的种植特点和发展趋势的基础上，指出了现阶段主要粮油作物精量播种技术难点，并提出精量排种技术、种床整理技术、精量播种智能化技术是粮油作物精量播种技术的研究重点。自动导航、变量播种、播种检测等技术是提升我国主要粮油作物播种智能化水平的关键。

• 主要粮油作物无人化精密播种技术与装备研究进展

  汪昕，张凯良，张东兴，牟金声，尹新伟，崔涛，和贤桃，杨丽

  无人化精密播种技术能有效解决农业劳动力短缺的问题，是主要粮油作物实现智慧农业的关键技术之一。近年来，随着现代信息技术的不断进步和精密播种技术的日趋完善，精密播种无人化的实现成为可能。本文结合国内外研究现状与应用案例，系统阐述了实现主要粮油作物精密播种无人化的6项关键技术：环境感知、高性能排种、作业参数智能调控、作业质量监测、路径规划及轨迹跟踪。其中，环境感知包括地块边界、障碍物识别及土壤肥力信息获取，作业参数智能调控包括播深与播量智能调控，作业质量监测包括作业速度与播种质量监测。最后，总结了主要粮油作物无人化精密播种技术与装备现有研究存在的问题：高速作业与高精度排种之间的技术矛盾突出、高精度自主导航系统鲁棒性不足、多源传感器环境适应性差与成本约束显著、装备轻量化与续航能力之间的结构性冲突、系统集成能力弱与标准化生态体系缺失；并展望了未来发展趋势。

• 稻麦油兼用高速叶轮离心式集排器设计与试验

  李晓冉，霍佳琪，廖庆喜，水丽敏，王培宇，王明泽，廖宜涛

  针对稻麦油高速排种时种子易破损、传统离心式集排器兼用性不足等问题，本文设计了稻麦油兼用高速叶轮离心式集排器。基于侧向供种方案设计了稻麦油兼用叶轮供种机构，开展种子损伤临界状态力学分析，阐述了高速供种工作原理。依据稻麦油种子物理特性及播量要求，设计了供种叶轮结构参数，并分析确定了影响高速供种性能的主要因素。通过EDEM仿真试验，探究了供种转速及叶轮结构参数对供种性能的影响规律，构建了供种速率回归模型。仿真试验结果表明，水稻、小麦、油菜种子当供种转速分别为60~80r/min、60~80r/min和40~55r/min，叶轮槽高度分别为10~20mm、15~25mm和7~11mm（弧长）时，供种性能较优。开展台架试验验证稻麦油供种速率回归模型准确性，结果表明，在较优参数组合下，水稻种子供种速率实际值与理论值误差不高于4.85%，小麦相对误差不高于4.08%，油菜相对误差不高于1.91%。田间播种试验结果表明，当播种速度为8~10km/h时，稻麦油出苗均匀性变异系数均低于10%，满足高速播种标准要求。研究结果可为提高离心式集排器兼用性提供参考。

• 基于实时肥量获取的玉米播种机施肥可视化系统设计与试验

  和贤桃，王鑫鹏，文策昂，杨丽，米国华，张东兴，崔涛

  为满足玉米精量播种过程中对肥量实时监测与可视化的迫切需求，设计了基于实时肥量获取的施肥可视化系统。该系统利用薄面激光式肥量传感器实时获取施肥量，通过截断平均算法对肥量信号进行滤波和降噪处理，结合构建的施肥单体定位模型与滞后补偿算法，确定各行准确的施肥位置。基于ArcGIS平台实现了施肥位置与肥量的空间匹配、施肥图层的实时绘制与可视化显示，以及施肥数据的高效存储和追溯。试验结果表明：该系统能够实时、准确地可视化施肥量及其与目标肥量的偏差情况。在不同施肥量(75~300kg/hm2)条件下，系统的平均肥量检测精度范围为93.46%~95.91%，平均施肥准确率偏差范围为3.60%~5.64%；在不同前进速度(6~15km/h)条件下，系统的平均肥量检测精度范围为87.53%~93.77%，平均施肥准确率偏差范围为5.29%~10.90%。随着施肥量和前进速度的增加，肥量检测精度提高，施肥准确率偏差降低，表明系统在玉米高密度种植和高速作业条件下仍能保持稳定性能。田间试验结果表明，系统生成的肥量分布图与各试验区域的目标施肥量吻合度高，能够准确反映实际施肥情况，并实现历史数据的有效追溯。本研究为玉米播种过程施肥的实时监控与精准管理提供了可行的技术方案。

• 气压式高速玉米精量排种器充-投种机理分析与结构优化

  李治民，安绍毅，杨丽，张东兴，和贤桃，崔涛

  随着农业规模化种植的快速推进，高速、高效、高精度播种已成为玉米产量和经济效益协同提升的关键技术措施。现有排种器播种精度随着作业速度升高急剧下降，难以满足高速作业需求。针对气压式玉米精量排种器在作业速度超过12km/h时，存在充种不充分与投种位置不一致等问题，本文提出扰种槽结构以增强种群流动性、降低充种阻力，提升充种性能；设计集卡种清除与主动推种功能于一体的推种机构，实现对卡滞种子的有效清除及投种位置的精准控制。通过理论分析明确影响充-投种性能的关键因素，并以吸孔直径、吸孔数量与进风量为变量，开展二次正交旋转回归试验，建立排种性能回归模型并优化参数组合。结果表明，在作业速度15km/h条件下，吸孔直径为6.21mm、吸孔数量为25、进风量为265.98m3/h，排种器排种性能最优，合格指数达98.14%，重播指数为1.46%，漏播指数为0.40%。通过对比试验得出，在14km/h作业条件下，使用带扰动槽的排种盘时，排种合格指数提升1.99个百分点，漏播指数降低2.12个百分点，株距变异系数降低1.48个百分点；使用推种结构时，株距变异系数降低3.2个百分点。田间试验结果表明，在作业速度14.37km/h条件下，排种合格指数为98.04%、重播指数为0.33%、漏播指数为1.63%、株距变异系数为15.62%，较自研气吸式排种器合格指数提升7.6个百分点、重播指数降低2.9个百分点、漏播指数降低4.7个百分点、株距变异系数降低4.42个百分点，验证了所研制的气压式玉米精量排种器具备良好的高速作业性能。研究结果可为气压式高速玉米精量排种器优化设计提供参考。

• 玉米双行交错种植播种机电机驱动控制系统设计与试验

  肖跃进，凌琳，孟志军，刘瑞，武广伟，李立伟，董建军，颜丙新

  双行交错种植具有显著增产潜力，但现有装备普遍需依赖专用排种器，通用性和推广性不足；同时，当前电驱排种方式主要聚焦行内粒距控制，尚未有效适应双行交错农艺需求，限制了播种质量的提升。为此，本文基于现有排种器提出了一种基于主从电机固定转角差同步的双行交错种植控制方法，设计了一种玉米双行交错种植播种机控制系统。该系统采用GNSS测速，结合播种参数实时计算电机目标转速，并通过CAN总线下发至电机控制器，电机控制器采用磁场定向控制方法驱动永磁同步电机，从而实现行内粒距均匀性。同时，该系统基于电机主从跟踪控制方法实现主、从电机固定转角差的同步运动，保证行间交错排种。田间试验结果表明：系统在3~12km/h作业速度和20cm粒距条件下，行内粒距合格指数大于等于92.48%，重播指数小于等于0.78%，漏播指数小于等于6.74%，变异系数小于等于21.06%，各指标均优于JB/T 10293—2013《单粒（精密）播种机技术条件》播种质量要求；系统在3~9km/h作业速度和10cm交错粒距条件下，行间交错粒距合格指数大于等于75.87%，重播指数小于等于12.51%，漏播指数小于等于11.62%，变异系数小于等于25.14%。受高速下种子在导种管内的剧烈弹跳影响，12km/h作业速度下的交错播种质量显著下降，未能满足JB/T 10293—2013要求。该研究为玉米高效生产和播种装备智能化升级提供了坚实的技术支撑。

• 基于下压力与镇压力联合控制的玉米播种机播深控制系统研究

  姜业元，崔涛，张东兴，杨丽，董佳琪，张传阔

  播种深度是保证玉米出苗和提高产量的关键因素，为提升玉米播种作业中播深控制的动态稳定性与一致性，设计了一种基于电液比例调节的下压力与镇压力主动控制系统，构建了播种单体受力模型，并提出基于PID算法的闭环压力调控策略，实现对复杂田间地表起伏的快速响应。系统采用比例阀精准调控压力，配合高精度传感器采集播种机作业状态数据，通过控制器动态调节油缸输出力，实现播深的稳定控制。通过田间对比试验，分析了传统被动弹簧调节与所提主动控制策略在不同速度（6、8、10km/h）下的播深稳定性与振动特性，结果表明：主动控制模式下播深变异系数降低6.25%，振动均方根值（RMS）与峰-峰值平均分别下降46.3%和39.6%，系统播深控制性能提升显著。频域分析显示振动能量主要集中在0~10Hz，主动控制策略可有效抑制主频及其倍频激励的振动响应。研究成果可为玉米播种关键作业参数的动态调控提供理论支撑。

• 基于瓦特连杆的玉米精量排种器减振装置设计与试验

  刘正道，张楠，宋启瑞，乌歆童，闫小丽，黄玉祥

  玉米精量播种机高速工作过程中受地表起伏、土壤不均匀等因素影响，排种器产生随机振动，影响排种稳定性，且投种阶段种子初始速度和加速度随机分布，造成株距不均匀。为此，本文提出了一种基于瓦特连杆的减振装置，揭示了振动抑制原理，通过理论建模与动力学分析，确定了瓦特连杆悬架结构的几何参数；利用预紧弹簧和气压阻尼器构成协同减振系统，分别在高频和低频段，分析了预紧弹簧刚度和气压阻尼器阻尼系数对减振装置响应的影响；通过四因素三水平正交试验，探究了刚度、阻尼系数、激励频率及加速度对减振率的影响规律。台架试验结果表明，最优参数组合为刚度2371.75N/m，阻尼系数101.05N·s/m。验证试验结果表明，最优参数组合在各种激励条件下加速度均方根均不超过0.57g，最优减振率为63.13%，验证了该装置在排种器减振方面的有效性。

• 油麦兼用气力辅助导种集排器设计与试验

  谭钰，张翼，金颖，廖庆喜，李文成，廖宜涛

  针对油菜和小麦播期毗邻、播种工序相似，但种子形状、大小和播种量差异大，开发油麦兼用播种机缺乏适用兼用排种装置的问题，基于油菜和小麦的机械物理特性和播种农艺要求，设计了一种型孔轮式机械定量供种与气力辅助导种输送相结合的油麦兼用气力辅助导种集排器。构建了充种、携种、投种和导种环节中种子颗粒群的力学模型，确立了集排器最优结构参数；以排种器型孔前倾角、深度为试验因素，以各行平均排种量和各行排量一致性变异系数为试验指标开展性能验证，进行排种器性能两因素三水平正交试验。结果表明，油菜和小麦型孔前倾角分别为70°和90°、深度分别为2mm和5mm时，各行排量一致性变异系数平均值分别为1.67%和1.48%，排种性能较优。DEM-CFD耦合仿真试验和气力辅助导种装置台架试验结果表明，当入口气流速度为8m/s时，油菜和小麦各行排量一致性变异系数分别降至17.41%和9.14%，表明气流显著提高了小麦排种均匀性。田间试验结果表明，播种后油菜、小麦各行间出苗均匀性变异系数分别为13.52%、9.65%，满足田间播种要求。

• 螺旋引导调姿促充式小麦精量排种器设计与试验

  郑智旗，巨晓腾，赵鹏飞，董建鑫，杨鹏琨，冯添，黄玉祥

  为满足小麦机械式精量播种需求，针对小麦种子因卵形结构导致精量排种器易卡滞，堆积种群互相交叉、架空的问题，设计了一种螺旋引导调姿促充式小麦精量排种器。在侧置型孔种槽入口处设置倾斜导种板与螺旋引导槽，构成螺旋引导型孔单元，引导小麦种子以稳定平躺姿态充入型孔种槽，减少因竖立姿态种子堵塞型孔口的现象。通过理论分析确定型孔单元数量与结构特征等关键零部件结构参数，分析螺旋引导结构对小麦种子充种过程受力情况，明确影响排种器性能的关键参数范围。运用离散元仿真软件对排种器工作过程进行仿真，开展三因素五水平正交旋转组合试验获取精量排种器的关键参数最优组合，结果为：倾斜导种板水平长度为17.5mm，倾斜导种板倾角为23°，螺旋引导槽高度为5mm。基于最优参数组合开展台架验证试验。结果表明，排种器工作转速为30~70r/min时，仿真和台架试验合格率均高于90%，漏播率，重播率均低于5%。不同品种适应性试验的合格率均高于85%，漏播率、重播率均低于10%，满足小麦精量播种技术要求。

• 基于套种模式的气力集排式小麦播种机设计与试验

  王龙，谷泊萱，胡灿，石露，段爱国，王旭峰

  针对机械式小麦播种机播种效率低无法适应高速精量播种，以及套种模式农艺标准与机械化适配不足等问题，设计了一种适用于“冬小麦+”套种模式的气力集排式小麦播种机，阐述了整机结构与工作原理，分析了小麦悬浮速度、气力输送速度及管道直径等影响播种质量的关键参数。结合文丘里混种装置实现气固两相流均匀输送，采用波纹式增压管优化气流分布，并搭建台架试验装置，开展了三因素三水平Box-Behnken试验，分析外槽轮转速、风速和增压管波纹数量对排种均匀性的影响。台架试验结果表明，风速对各行排量一致性变异系数影响最显著，最佳参数组合为：外槽轮转速35r/min、风速27m/s和增压管波纹数量9。田间试验结果表明，当作业速度为8.5km/h时，气力集排式小麦播种机各行排量一致性变异系数为3.15%，断条率为1.83%，播种均匀性良好，满足套种农艺要求。

• 水稻小区育种播种机精量排种装置设计与试验

  秦伟，李裕武，钱诚，王在满，臧英

  针对机械化水稻小区育种作业需频繁换种、精准供种、精量播种和快速清种的技术难题，设计了一种基于STM32单片机控制的水稻小区育种播种机精量排种装置。首先，基于清种+排种+换种的工作流程，研究了以STM32单片机为控制核心，电机与舵机为执行元件，集成二维码识读定位系统的主动换种机构和自动清种机构，实现了相邻小区间不停机的清换种作业。随后，基于精量播种的作业目标，采用Matlab软件图像处理优化设计了与多品系水稻外缘轮廓特征相拟合的卧式浅盆型排种盘。集成排种装置，开展清换种性能试验，结果显示，换种机构的换种时间小于2.05s，卸种机构的净种率达到100%。以10类稻种为试验对象，排种盘转速、工作负压为试验因素，漏播率、合格率和重播率为试验指标，进行排种性能台架试验和田间试验，结果表明：当机具作业速度为0.72m/s时，排种装置播种性能最佳；室内台架试验各品种播种合格率均超过90%，漏播率与重播率均低于5%；田间试验结果显示，排种装置对各品类稻种的平均穴距合格率超过90%，满足水稻小区育种精量播种的农艺需求。

• 稻麦兼用气送式播种机种箱余量监测系统设计与试验

  黄子顺，黄大明，邹果，姚奕正，李嘉琦，臧英

  针对稻麦兼用气送式播种机种箱余量及播量监测不准确，易导致播种机空转工作而未能进行有效播种的问题，本文设计了一种基于XY轴移动平台的激光扫描测距种箱余量监测系统，用于实时监测种箱内种子余量。通过分析种箱结构，基于切割法、近似法和积分法，采用激光测距传感器采集种箱种子余量三维数据，提出了梯形算法和辛普森算法计算种箱种子体积。通过台架试验比较了不同容积时梯形算法和辛普森算法的检测准确率，结果表明，当种子余量大于142L时，辛普森算法检测绝对误差小于梯形算法；而当种子余量小于142L时，梯形算法检测绝对误差小于辛普森算法，因此提出综合算法以减小监测误差；同时确定分割薄片数量m为5。采用“综合算法和m=5”方案时，监测系统绝对误差小于4L，完成一次监测的时间控制在1.5s以内。田间播种试验结果表明，检测装置播种量最大监测误差为1.03kg，最大监测相对误差8.26%。研究结果可为提高稻麦兼用气送式播种机播种性能提供指导。

• 高速免耕播种机播深机电液控仿形液压系统设计与试验

  王星，陈明东，刘立意，杨浩源，张睿峰，陈海涛

  针对免耕播种机高速作业时播深不稳定问题，设计一种播深电液控仿形液压系统，提高免耕播种机作业质量。播深控制系统主要包括机械系统、液压系统和控制系统，控制系统通过压力传感器实时采集电液比例减压阀的输出压力数据，将其与系统设定值进行对比，经过计算向XMD-01控制器输出一定占空比的PWM信号，进而调节电液比例减压阀线圈电流以控制阀芯位移，使液压油缸无杆腔压力保持恒定实现差动控制从而保证播深稳定性。基于一定播种深度对应的仿形轮压力确定系统液压回路结构、液压元件型号与参数，通过AMESim进行液压系统仿真，以液压油缸压力、流量以及位移为指标，确定液压系统响应频率可达5Hz。台架试验表明：在18MPa压力输入下平均响应时间为0.125s，超调量为0.50%~12.24%，平均超调量为6.18%，证明仿真结果真实可靠；田间性能对比试验结果表明：在14~16km/h高速作业条件下，电液控仿形液压系统调控方式平均开沟深度合格率为83%，标准差为4.605mm，变异系数平均为12.88%，相较于机械弹簧调控方式平均开沟深度合格率提高了27%。

• 面向精准变量播种的土壤有机质局域分布图实时生成方法

  张晓爽，杨丽，和贤桃，张东兴，崔涛，鲍磊，安绍毅

  针对宽幅玉米播种机在变量播种过程中难以依据行间土壤养分异质性实现播量独立调控的问题，本文构建了一种基于生成对抗网络（Generative adversarial network, GAN）训练方式的轻量化局域土壤有机质分布图实时生成算法（Lightweight local soil organic matter distribution maps real-time generation algorithm, L-LSA）。该算法通过并行设计的空洞卷积与标准卷积残差网络结构，实现对土壤数据点间全局与局部特征的协同提取。所提取的高维特征经由多层反卷积残差网络进行逐级上采样与细节还原，从而高精度生成局域土壤有机质分布图。为提升分布图边界区域的生成精度，训练阶段在引入自重建任务以增强模型边缘信息感知能力的同时，引入梯度惩罚的判别损失和均方误差（Mean squared error, MSE）的生成损失函数对算法权重进行联合优化，确保生成图像在像素级精度和整体分布上与分布图真值具有高度一致性。为验证基于L-LSA算法的变量播种策略的可行性与优势，开展了性能评估试验。结果表明，在以测试集作为模型输入的条件下，播种机作业幅宽增加对L-LSA算法的成图性能造成了一定影响，但其整体表现仍保持较高水平，相对误差（Relative error, RE）始终低于2.5%，均方根误差（Root mean squared error, RMSE）控制在1.0g/kg以下，响应时间稳定在10ms以内。田间验证试验结果表明，L-LSA算法相较于传统克里金插值方法，在局域图边界处的预测误差最高降低1.67个百分点，中部区域最高降低0.75个百分点，有效改善了克里金算法在边界区域预测精度不足的问题，提升了整体成图准确性。此外，对该算法生成的适用于4、6、8行玉米播种机的全局播量处方图进行播种精度评估，结果表明，其精度较传感器式变量播种策略分别提高1.33、3.46、2.33个百分点，显著增强了变量播种作业的精准性。该研究为高精度局域土壤信息图构建提供了有效的技术途径，为实现变量播种决策方法提供了新方向。

• 油菜高速带状微垄联合直播机浅耕犁组阻力模型构建与通过性能分析

  杜文斌，廖庆喜，廖宜涛，张青松，林建新，李林，王培宇

  针对油菜带状微垄联合直播机高速作业时易产生犁间土壤堵塞、阻力骤增、通过性变差等问题，分析了关键部件浅耕犁组对土壤的破坏形式和阻力来源，构建了阻力模型并引入反映土壤流动状态和堵塞风险的通过性系数，通过不同作业速度下的浅耕犁单体田间试验，分析了土壤动态响应指标，确定了阻力模型修正系数并为犁组配合尺寸提供依据；开展犁组田间试验，分析了作业速度和安装间距对通过性系数和起垄断条率的影响，通过中心复合试验确定了通过性系数与速度及安装间距间的关系，当通过性系数小于等于0.55时，起垄断条率小于等于5%，在保证机具通过性的前提下油菜高速带状微垄联合直播机浅耕犁组适宜安装间距为1000mm。开展了作业速度10、12km/h的整机田间试验并采用三维激光扫描技术对作业后垄形分析处理，结果表明：在阻力模型和通过性系数指导条件下，垄形稳定，作业后微垄种床无断条情况，垄高平均值分别为138.2mm和141.4mm，垄距平均值分别为423.6mm和426.5mm，垄高及垄距变异系数均不大于4.96%，表明浅耕犁组通过性能和成垄性能好，出苗效果良好，说明微垄种床满足油菜种植农艺要求。研究结果可为机具动力匹配和犁组配置优化提供参考。

• 稻茬田油菜直播机组合式开种沟装置设计与试验

  燕桓，魏国粱，张青松，卢长康，蔡家顺，廖庆喜，廖宜涛

  针对长江中下游地区稻收后油菜直播作业时土壤黏重板结、水稻秸秆残留量多，直播机开种沟部件易黏附堵塞，致使开种沟深度一致性差、种床厢面不平等问题，设计了一种稻茬田油菜直播机组合式开种沟装置，实现仿形平整厢面、开沟落种作业。根据稻茬田油菜直播播种作业要求，对旋压开沟盘、仿形平整板与靴型导种器等关键参数进行了设计。利用EDEM-RecurDyn耦合方法建立了土壤与组合式开种沟装置仿真模型，研究了旋压开沟盘直径、仿形平整板连接机构和靴型导种器仿形连接机构对开种沟深度一致性系数和厢面平整度影响规律。采用三因素五水平正交旋转中心组合试验方法，以旋压开沟盘直径、仿形平整板连接弹簧预紧力和靴型导种器仿形连接弹簧预紧力为试验因素，厢面平整度Y和开种沟深度一致性系数U为评价指标开展仿真试验，结果表明：当旋压开沟盘直径为140mm、仿形平整板连接弹簧预紧力为350N、靴型导种器仿形连接弹簧预紧力为40N时，开种沟深度一致性系数为90.71%、厢面平整度为13.45mm；对优化后的组合式开种沟装置开展不同作业速度的土槽试验，开种沟深度一致性系数为85.3%~91.78%；田间试验结果表明：机具作业过程中组合式开种沟装置未出现缠草、堵土现象，作业后种沟深度平均值为19.8mm，开种沟深度一致性系数为89.85%，厢面平整度平均值为16.2mm，各项指标均满足油菜种植种床要求

• 具身智能农业机器人关键技术与发展趋势

  苗中华，朱子煜，张伟，薛振锋，孙腾，张异凡，谢涛，何创新，李楠，苑进，赵春江，刘成良

  全球农业智能化转型背景下，传统农业机器人面临非结构化环境、作业对象不确定性及控制参数时变等技术瓶颈，导致农业机器人实用效果差，产业化落地困难。具身智能作为实现通用人工智能的关键路径，为突破上述瓶颈提供了新范式。本文系统阐述具身智能理论驱动的农业机器人技术体系与发展路径，创新性构建“感知-决策-模拟-进化-诊断”五位一体研究框架。具体而言：具身感知聚焦开放环境场景理解、作业目标主动感知及多模态融合感知；具身决策涵盖端到端导航、大模型驱动的机械臂操作及多机协同算法；具身模拟着力于高保真场景重建、生成及虚实迁移技术；具身进化整合无监督学习、强化学习及模仿学习机制；具身诊断构建作业状态监测与质量评估体系。最后，展望未来发展方向，为农业4.0时代的农业机器人智能化升级提供理论支撑与技术路线。

• 农业领域大语言模型研究进展

  王耀君，徐国威，朱建军，别宇辉

  大语言模型（LLMs）作为人工智能领域发展的核心驱动力，凭借其强大的语义理解、逻辑推理与多模态信息处理能力，实现了对海量非结构化数据的深度解析与智能生成。近年来，大语言模型技术凭借其在处理复杂农业信息、辅助精准决策方面的卓越表现，在提升知识获取效率、赋能病虫害智能诊断、优化生产管理等方面展现出巨大潜力，有望为推动智慧农业向更高阶的认知智能发展提供核心技术支撑。本文梳理了大语言模型从基础模型演进到应用生态繁荣的全景，分析了其在农业知识问答、多模态应用和决策支持系统中的研究现状，并指出了当前研究在数据稀缺、模型可靠性与部署成本等方面面临的挑战；进一步，归纳了以检索增强生成（RAG）、多模态融合和智能体（Agent）技术为核心的解决方案，并探讨了其在克服模型知识局限、融合多源数据等方面的关键作用；通过剖析病虫害智能诊断、精准作物管理等典型应用实例，阐明了大语言模型赋能现代农业的价值与意义。最后，对大语言模型在农业领域的未来发展进行了展望。其技术演进将聚焦于模型与知识图谱的深度结合、多模态感知能力的全面增强，以及基于多智能体的农业决策支持系统建立。这些进展将共同推动农业智能从被动的辅助工具向主动的决策伙伴角色转变，最终为实现农业生产精细化管理和可持续发展注入强大的科技动能。

• 农场数字孪生技术发展现状与展望

  马若飞，杜岳峰，郭大方，王林泽，栗晓宇，武秀恒

  数字孪生技术通过为物理实体或系统创建真实且同步的虚拟副本，实现对物理实体或系统的实时监控、精确模拟、预测决策。近年来，数字孪生技术凭借其优越的实时性和一致性，在提升农业生产效率、减少资源浪费、提高作物抗逆性以及应对气候变化等重大问题中展现出巨大潜力，有望为推动智慧农业发展提供核心技术支撑。本研究通过检索全球农业领域数字孪生相关文献，分析了数字孪生技术在构建“数字孪生农场”生产过程——农业装备、作物与环境中的研究现状，并提出了当前研究存在的问题与不足；进一步，提出了数据决策双驱动的5层数字孪生农场框架结构和构建流程，并探讨了在多源数据采集与处理、孪生模型构建与更新、预测与智慧决策以及展示与交互等方面涉及的关键核心技术；用2个典型的数字孪生农场应用实例，说明数据驱动的全生命周期数字孪生农场的价值和意义；对数字孪生农场未来发展重点及趋势进行了展望。指出数字孪生农场正逐步成为引领农业生产方式变革的核心力量，未来将从感知技术集成、人工智能嵌入与标准体系建设等方面持续演进，为推动农场管理向智能化、精准化迈进，也为农业可持续发展与粮食安全保障提供有力支撑。

• 农业机械元宇宙技术应用进展

  张留洋，陈黎卿，朱海婷，万玲，刘策，谢东波

  随着计算机与人工智能等技术的快速发展，元宇宙技术为农业机械设计、试验与优化提供了创新手段。本文系统综述了元宇宙技术在农业机械领域的应用进展。首先阐述了元宇宙的概念、关键技术与架构体系，重点分析了其软件平台、硬件设备及农业元宇宙仿真平台的构建方法。其次，从耕播、植保、收获、动力机械及农业机器人典型农业装备出发，探讨了元宇宙技术在作业环境模拟、性能分析、虚拟试验等方面的应用现状。元宇宙技术通过高精度建模与动态仿真，能够有效提升农机研发效率，降低试验成本。最后，从农机设计深度整合、植保机械作业机理研究、收获机损失率评估、动力机械性能优化及农机集群协同等5方面展望了未来研究方向，为元宇宙技术与农业机械的深度融合提供理论参考。

• 智慧养殖农业物联网与边缘计算中大模型技术应用综述

  薛飞跃，周玉玲，李俊凯，李霄雯，黄王军，肖易敏，沙灜

  智慧养殖（Smart farming/livestock farming）指利用现代信息技术和自动化设备，对畜牧等养殖过程进行优化管理，以提高效率、保障动物福利并减少资源浪费。当前已经处于大语言模型时代，大模型技术给智慧养殖带来巨大的改变。本文主要聚焦大模型技术在智慧养殖领域，特别是农业物联网、边缘计算方面的应用、挑战及其展望。主要包括：面向智慧养殖的农业物联网、边缘计算的定义和关键技术；多模态大模型在面向智慧养殖的农业物联网、边缘计算的应用；基于大模型的多智能体协同在智慧养殖农业物联网、边缘计算的应用；大模型技术在智慧养殖农业物联网、边缘计算智能设备上的应用。最后，指出大模型在智慧养殖领域未来的发展方向为：从技术突破、应用场景扩展和政策支持3个维度推动行业发展。

• 高效精准灌溉装备与技术创新及应用

  袁寿其，李红，汤玲迪，李彦军，裴吉，王文杰，李亚林

  农业“提水”至农田“灌水和施肥”装备与技术是现代农业灌溉体系的核心。针对我国农业灌溉泵效率低、灌水施肥精度差和调控难等问题，本文在高效精准灌溉装备与技术研发及系统集成方面进行研究。建立了基于液相表面张力的非线性空化方程，揭示了变曲率Dean涡演变规律，实现了泵装置全流道能量匹配，创建了高效抗空化多工况设计技术与智能优化平台。研发的高效轴/混流泵系列产品效率达87.20%，较国外同类产品提高3.2个百分点，研制了国际领先的双向流道泵装置。建立了多能驱动-传动优化匹配方法，开发了智能电驱动、新型水涡轮及液压驱动卷盘式喷灌机系列产品，创新了基于模糊控制策略的固体肥精准混施装置，搭建了集健康运行状态监测和供配水高效节能调度为一体的泵站灌溉系统高精度数字孪生平台。创制的喷灌机驱动-传动效率提高约20%，水涡轮效率比国外同类产品提高10.9个百分点，研制的固体肥溶解混施装置肥液浓度控制准确度达94.4%。研究成果在淠史杭灌区、引江济淮等国家重大工程中广泛应用，以及应用于河北、河南等粮食主产区和“一带一路”国家，显著提升了水资源和肥料利用率，推动了现代农业的高效可持续发展。

• 履带式除草机路径跟踪误差补偿改进型MPC控制方法

  赵润茂，丁帅奇，何杰，满忠贤，贺子豪，阮庆强，胡炼，魏正辉

  为解决除草机器人作业受颠簸路面侧滑滑移等外界干扰从而导致路径跟踪上线距离长、直线误差大等问题，提出一种误差补偿的履带式除草机模型预测控制路径跟踪方法。首先基于履带式除草机器人运动学特性建立了线性误差模型，然后设计了以控制增量为状态量的目标函数、控制量与控制增量为约束条件的模型预测控制算法（MPC）。最后针对除草机路径跟踪过程中因左右两侧履带滑移滑转而产生的误差，在系统控制量中进行补偿，进而得出最优控制量。基于Matlab/Simulink仿真环境对控制器性能进行验证，结果表明，在速度1m/s下，相对于传统MPC控制器，误差补偿型MPC控制器在3种不同初始状态下上线距离均减少26%以上，上线后直线段路径跟踪横向偏差与航向偏差均降低10%与21%以上。为验证本文所提方法，设计了4组除草机路径跟踪试验。相较于传统MPC控制器，误差补偿型MPC控制器在速度1m/s下，针对初始位置偏差分别为0.5m和1m、航向偏差为0°的状态，上线距离分别减少14.5%和19.1%。上线后直线段路径跟踪平均横向偏差分别降低21.05%和29.4%，平均航向偏差分别降低16.7%和20.8%。在初始位置偏差1m、航向偏差45°的状态，上线距离减小10.1%，上线后直线段路径跟踪平均横向偏差和航向偏差分别降低18.75%和15.7%。在速度0.5m/s下，初始位置偏差1m、初始航向角偏差0°的状态，上线距离减少16.2%，上线后直线段路径跟踪平均横向偏差和航向偏差分别降低21.4%和15.2%。误差补偿型MPC控制器可以明显减少除草机上线距离，并提升直线段的跟踪精度，为除草机除草作业高精度路径跟踪提供保障。

• 基于DARP算法的水田除草机器人路径规划方法研究

  张宝峰，司香，蔡宇哲，顾学行，曹烨，奚小波

  为了解决水田株间机械化除草难的问题，基于“鸭稻共作”控草模式，提出一种多机器人协同作业的稻田除草方法。为保证机器人能够有效清除稻田行间及株间杂草，基于DARP算法设计了除草机器人全覆盖路径规划方法，根据机器人数量随机平分对应的工作区域，设立总起始点和终止点，各机器人随机寻找从总起始点到工作起始点再到终止点的路程，用控制策略约束最大路线长度，分权多机器人成本、路径规划长度和工作时间，计算多机协同作业下的总成本，确定了水田面积与所需机器人的关系。以栅格地图形式建立了常规水稻田模型，利用Matlab仿真软件进行了除草机器人全覆盖路径规划试验。结果表明，在6.15m×6.15m的水田区域，该路径规划方法得出适合此区域机器人数量为3台，覆盖率为100%，证明了该算法具有较好的规划效果，可为小型水田机器人除草路径规划提供参考。

• 大豆行间驱拨组合式除草机设计与试验

  丁力，袁业超，李源源，王凯选，姜智严，杨自尚，李赫

  针对黄淮海地区秸秆覆盖条件下苗期除草存在易堵塞、草土黏连易导致再生等问题，本文提出了一种驱动拨秸和被动分离草土协同作业方法，设计了一种周向锯齿式拨秸与协作分离草土的大豆行间驱拨组合式除草机。对周向锯齿式拨抛清秸装置和草土分离轮等关键部件与秸秆和杂草间的相互作用规律进行理论分析，确定了关键影响因素及其取值范围；通过EDEM仿真平台建立了清秸装置-土壤-秸秆相互作用仿真模型，以拨秸率和平均秸秆位移变化量为评价指标，确定了周向锯齿式拨抛清秸装置最佳作业参数；利用MBD-DEM耦合仿真试验对除草机作业过程进行模拟，以土壤扰动量和秸秆覆盖率为评价指标，确定了除草机最优作业参数为：回转半径140mm、作业倾角50°、作业速度为6.94km/h，此时，土壤扰动量为87.01%，秸秆覆盖率为26.07%；通过田间试验对整机作业性能进行了验证。试验结果表明，当作业速度为7km/h时，除草率、伤苗率和秸秆覆盖率平均值分别为93.31%、5.51%和36.38%，该机具实现了秸秆引导式拨抛，有效解决了免耕除草机堵塞和除草率较低等问题，为黄淮海地区大豆机械除草提供了实用性技术。

• 基于罚函数-高斯牛顿法的冗余采摘机器人逆解方法

  林桂潮，曾文勇，徐垚，傅文平，黄旭熙，朱立学

  7自由度冗余采摘机器人灵巧度高，可在非结构化果园进行避障作业，而传统逆运动学数值解法未约束关节运动范围，常导致逆解失效。本文提出一种基于高斯牛顿法和外点罚函数法的冗余采摘机器人逆运动学解法。设计一种由1自由度平移导轨和6自由度串联机械臂组成的采摘机器人；采用改进的DH参数法描述机器人各连杆几何参数和位置关系，建立机器人正运动学模型，确立其工作空间；以机器人末端位姿与目标位姿之间的欧氏距离作为目标函数，使用外点罚函数法构造关节约束项以避免机器人在运动中超程，应用机器人雅可比矩阵和高斯牛顿法优化目标函数，建立机器人关节角度与目标位姿之间的非线性映射关系。仿真试验结果表明，当位置误差小于10-7mm和姿态误差小于10-7rad时，本文方法逆解成功率为99.8%，比高斯牛顿法高29.8个百分点；平均运算时间为37.1ms，比高斯牛顿法减少40%。田间试验结果表明，本文逆解方法在末端执行器宽度、前后、高度方向上定位误差(平均值±标准差)分别为(2.6±1.4)mm、(-5.7±6.9)mm、(2.4±2.8)mm，果梗夹持成功率为77.0%。本文方法逆解成功率和实时性高，误差较小，可为7自由度冗余采摘机器人应用提供技术参考。

• 丘陵果园铰接转向仿形增程轮式动力底盘设计与试验

  李善军，彭际博，牛成强，高习栋，钱震宇，李明震

  针对目前丘陵果园农用动力底盘通过性、稳定性较差和续航能力不足等问题，结合果园开沟、喷药、除草、修剪等农艺作业需求，本文设计了一款铰接转向仿形增程轮式动力底盘。根据果园小地块、窄行距的作业环境特点，确定了动力底盘整体尺寸及结构；对铰接转向仿形部件、能源动力系统、液压系统、行走系统、遥控系统等关键部件进行设计与相应匹配选型；开展了整机理论性能分析及动力学仿真，并进行了样机田间试验。结果表明，动力底盘直线行驶偏移率为1.76%，最小转弯半径为2050.5mm，工作时底盘对崎岖路面适应效果良好，在坡度为24°的坡地可正常上下坡、横向行驶，无倾翻或滑移现象，越障过程平稳，满足丘陵果园非结构化路面行走要求；空载状态下启动发电机平地行走电池续航时间延长40%，负载150kg状态下延长29%；挂载链式开沟器进行开沟作业时，沟深稳定系数为89.2%，沟宽稳定系数为93.3％，满足行业标准要求（≥80%）。研究表明，设计的铰接转向仿形增程轮式动力底盘通过性、稳定性良好且续航能力显著提升，能够满足丘陵果园农艺作业需求。

• 基于往复插切的便携式香蕉落梳装置设计与试验

  段洁利，刘博成，黄朝炜，黄佳涛，莫杏康，马立哲，杨洲

  目前香蕉落梳仍依赖于人工，存在劳动强度大、作业效率低、人身安全隐患高等问题。基于往复式插切原理，本文设计了仿形落梳刀具与便携式落梳装置。为了优化装置落梳性能，搭建试验台架，开展了正交试验，采用三因素、两水平的Box-Behnken设计方法进行响应面分析，最终在田间试验中评估了装置作业性能。台架试验结果表明，刀具往复速率对切割效果的影响最为显著，其次是刀刃角和装置进给速度；落梳装置最佳工作参数为：刀具往复速率2316冲程/min、装置进给速度5.76m/s、刀刃角度15.6°。此时，峰值应力最大值为11.10kPa，落梳成功率为98.01%，与响应面预测结果相对误差小于5%。田间试验结果表明，该落梳装置较人工落梳切割力减小91.09%，同时果柄切口表面粗糙度也显著优于人工插切，总体区域表面粗糙度降低14.32%。往复插切摩擦作用能有效封闭果柄切口气孔，有利于延长香蕉保鲜期并提升商品价值。设计的落梳装置在降低劳动强度、提高作业效率的同时，实现了切口质量突破性提升。研究结果可为轻简化机械化落梳装备研制提供理论依据，对推动香蕉产业提质增效、实现高质量发展具有实践意义。

• 基于BAS改进模糊PID算法的旋耕机具自适应调平控制研究

  邱长龙，马锃宏，杜小强，胡安国，赵立军，章呈杰

  针对温室、丘陵山区等小地块旋耕机作业时，机身横向倾角变化导致的旋耕作业质量差、作业效率低等问题，本文以纯电动履带式旋耕机为研究对象，设计了一种旋耕机具自适应调平系统，并提出了一种基于天牛须搜索算法（BAS）改进模糊PID的自适应调平控制策略。首先，给出了自适应调平整机结构方案和工作原理，在此基础上，建立了该调平系统的数学模型；其次，考虑旋耕作业负载工况的实时变化性，引入天牛须搜索算法（BAS）对控制器相关参数进行搜索，设计了自适应调平BAS-模糊PID控制器。仿真结果表明，在BAS-模糊PID、模糊PID、常规PID控制下，10°横向调平时间分别为1.6、2.1、3.5s，相较于其他2种控制，BAS-模糊PID减小了调平时间，且超调量较小。田间试验结果表明，采用BAS-模糊PID调平系统作业后的测点高程最大标准差相较于作业前下降68.0%，平均耕深变异系数为7.45%；而使用模糊PID调平系统的测点高程最大标准差降幅仅为41.5%，平均耕深变异系数为8.65%。采用BAS-模糊PID调平控制系统能够保持机具水平作业状态，在耕深变异系数降低13.9%的基础上，可显著提高田块地表平整度效果。

• 尖嘴形取苗-直线投苗特性取苗机构优化设计与试验

  赵雄，周振康，程迪，马行潇，徐亚丹，俞高红

  蔬菜密植多行同步种植场景中，由于取苗针间距与行距之间的差异需要配置导苗杯，现有旋转式自动取苗机构工作时，因钵苗基质紧实度和盘根性差异，普遍出现“提前落苗”和“甩苗”现象而导致钵苗无法顺利通过接苗杯的问题。本文提出一种能适应钵苗基质差异性的“尖嘴形取苗-直线投苗”轨迹，开展基于关键位姿点与轨迹约束的非圆齿轮行星轮系取苗机构优化研究。将取苗机构简化为开链2R杆组，基于四位姿开链2R杆组综合和混合四位姿直线轨迹开链2R杆组综合建立机构参数求解模型，优化机构参数、开展样机取投试验，试验结果表明，马鞭草、牛至、薄荷钵苗提前投苗率为10.9%、5.4%、39.6%，接苗成功率为92.2%、95.7%、96.8%。研究成果为钵苗顺利通过接苗提供了技术参考。

• 全自动高速移栽机连续供盘收盘装置设计与试验

  李玉华，张康博，侯瑞，周凯，施国英，侯加林

  针对现有自动移栽机供盘、收盘仍需人工操作，自动化程度低等问题，提出一种基于多传感器融合的移栽机连续供盘收盘方法，设计了移栽机连续供盘与收盘装置。对横向送盘机构、纵向步进移盘机构、垂直连续取落盘机构、双开合收盘机构及控制系统进行了设计及优化，运用Box-Behnken中心组合试验研究了接盘倾斜角、进盘气压、穴底距对苗盘衔接连续率的作用规律，通过方差分析、响应面分析得出进盘气压为0.37MPa、落盘倾斜角为27.29°、穴底距为5.26mm时，苗盘衔接连续率最优，达96.81%，以移盘偏差为指标开展移盘拨齿位置准确度试验，得出移盘最大偏差为14.17%。满足移栽机最高栽植效率的条件下使用最优参数组合进行田间试验，结果表明，栽植效率达128株/min时，苗盘衔接连续率为95%，叠盘成功率为99%。各项性能均满足移栽机工作要求。提出的连续供盘收盘方法可显著提高移栽机的自动化程度。

• 气力式精量播种机电控系统集成设计与分布式电驱调压控制策略

  李宝刚，王祥，李玉环，杨发展，刘鹏，刘尊民

  随着高速高密精量播种需求增加，气力式播种机得到广泛应用。目前，气力式播种机多采用集中式风机驱动，但风压调节难以精确差异化，且成本较高。同时，排种控制、风压调节和监测系统通常独立研发，缺乏信息共享，难以实现协调控制，整体成本较高。因此，本文针对气力式精量播种机开发了集成电控系统并开展了电驱精确调压控制研究，该电控系统集成了电驱调压、电驱排种、播种监测、显示系统，可实现系统间信息的互通和各播种单体风压差异化精确调节，满足变工况自适应变压，余行停播、隔行停播功能需求，降低成本和能耗。基于PID控制算法制定了各播种单体电驱调压控制策略，并开展了试验测试。针对自研的气吸式玉米排种器进行了电驱调压控制台架试验，通过对PID参数的整定确定了Kp、Ki、Kd最优值分别为0.25、4.57、0.03。当作业速度为6km/h时，玉米和大豆最优风压分别为2.8kPa和5.1kPa。最后，通过室外排种试验车进行了功能验证，试验结果表明系统实现了控制监测与信息互通功能，具备精确风压调节能力，有效保障了播种合格率和株距一致性。

• 收获卸粮协同作业位速耦合控制方法

  金诚谦，陈钧龙，刘政，杨腾祥，刘岗微，於海明

  为解决收获机与运粮车协同跟随卸粮过程中横纵向相对位置精确控制难题，提出了一种收获卸粮协同作业位速耦合控制方法。根据协同几何关系建立横纵向相对位置偏差的协同作业模型，提出了基于双PID纵向位速控制和模型预测横向路径跟踪控制的控制方法，进行了Matlab/Simulink与CarSim联合仿真和田间试验。仿真结果表明，不同收获机速度下稳态的双机平均纵向位置偏差为0.0042m，标准差为0.00699m，平均横向位置偏差为0.0187m，标准差为0.0105m。田间试验结果表明，不同收获机速度和不同双机横纵向相对初始位置偏差下，稳态的平均纵向位置偏差为0.300m，标准差为0.345m，平均横向位置偏差为0.270m，标准差为0.288m。结果表明，所提出的控制方法具有良好的收敛性能和鲁棒性，满足收获卸粮协同作业的横纵向位置偏差精度需求。

• 马铃薯捡拾机薯土分离输送测控系统设计与试验

  安晓飞，甘蕾，秦五昌，丛岳，董珈欣，张安琪

  针对传统升运链式马铃薯捡拾机作业参数难以实时监测、薯土分离转速无法无级变速调节的作业现状，在已有马铃薯捡拾机上设计了一种分离输送测控系统。基于马铃薯捡拾机工作原理，对监测单元、传动系统、液压系统及电控系统进行了设计改造，实现了作业速度的实时监测，以及分离输送带转速、振动轮振频和振幅的监测和控制。对所设计的测控系统开展了控制精度验证试验，设置分离输送带转速100r/min，振动轮振频4.67Hz，振幅30mm，在作业速度为0.6~1.2m/s的范围内开展了4个作业水平试验。试验结果表明，分离输送带转速、振动轮振频和振幅最大标准差分别为2.25r/min、0.33Hz和0.06mm，最大平均绝对误差分别为1.93r/min、0.28Hz和0.04mm；系统平均响应时间为1s；说明系统具有较好的准确性和稳定性。基于设计的分离输送测控系统，以伤薯率为评价指标，以分离输送带转速、振动轮振频和振幅为试验因素，开展了田间试验。试验结果表明：各因素对伤薯的影响程度由高到低依次为分离输送带转速、振频、振幅，得到的最优控制参数为：分离输送带转速84.7r/min，振频3.1Hz，振幅11.2mm，最大伤薯率为1.12%，满足马铃薯捡拾收获作业要求。

• 高转速弓形拨齿式藠头收获机输送分离装置设计与试验

  方志超，夏海峰，邬备，代振维，罗海峰，胡云

  针对藠头机械化收获作业中果土分离效果差、损伤率高和收集困难等问题，基于“高速梳刷-二次碎土-变隙碾压”收获原理，采用高转速弓形拨齿输送方式设计了藠头低损收获机输送分离装置。对弓形拨齿和挡网进行结构设计，对藠头输送过程开展了动力学和运动学分析，利用EDEM软件建立藠头和土壤的离散元模型，以果土分离率和收集入筐率为评价指标，对弓形拨齿转速、弓齿拨辊组提升角度和挡网倾角进行三因素三水平正交试验，结果表明，在弓形拨齿转速294.40r/min、弓齿拨辊组提升角度31.65°和挡网倾角24.36°条件下，果土分离率为87.40%，收集入筐率为90.23%。试制样机并进行了田间验证试验，结果表明：藠头破损率为6.34%；果土分离率为86.04%，与回归模型预测结果相差1.36个百分点，比现有藠头收获机的果土分离率提高了6.08个百分点；收集入筐率为88.64%，与回归模型预测结果相差1.83个百分点，均满足设计要求。

• 旋抛式耕层残膜回收机起挖装置设计与试验

  申世龙，张佳喜，王毅超，董文浩，李江涛，张鑫磊，李金明

  针对现有棉田耕层土壤中滞留大量地膜对农田土壤质量、作物生长及环境造成严重影响的问题，本文设计一种旋抛式耕层残膜回收机耕层膜土起挖装置，主要由限深辊、悬挂架、旋抛式起挖机构、抛送导引组件以及传动系统等组成。为了明确起挖与抛送机理，建立了起土刀起挖和抛送力学模型，解析了抛送数学条件，探究抛送运动轨迹。应用拉格朗日方程建立装置振动模型，解析得到装置振动微分方程。应用EDEM软件对起挖装置进行仿真试验，并进行了三因素三水平二次回归正交旋转中心组合试验，采用Design-Expert软件对试验数据进行回归显著性分析，得到起土率、起土率变异系数回归模型。仿真结果表明，当前进速度为1.29m/s、起土刀转速为166r/min、切土角为53°时，起挖抛送效果最好，其起土率为92.9%、起土率变异系数为1.39%。通过田间验证试验，误差分别为2.3%、5.7%，验证了起挖与抛送性能的合理性。研究结果为耕层残膜回收机高效回收残膜提供重要支撑。

• 螺旋喂料机打散装置设计与实验

  于源，李兴帅

  为改善喂料机微细粉体喂料连续性和分散性，设计了一种螺旋喂料机打散装置。用离散元方法数值模拟微细颗粒输运性能，为解决计算量庞大和计算成本高昂等问题，引入粗粒化技术，通过休止角标定法获得粉体表面能参数。模拟结果表明：相较于无打散装置螺旋喂料机，安装打散装置喂料机出口区域颗粒数变异系数可减小53.4%，出口区域颗粒数分布变异系数可减小36.4%。利用高速摄像机采集粉体下落过程（喂料）图像，图像处理结果表明：当喂料速度分别为12、18、24kg/h时，相较于无打散装置螺旋喂料机，安装打散装置的喂料机喂料连续时刻粉体面积分布变异系数分别减小74.8%、75.0%、68.2%，最大连通区域面积分别减小84.6%、83.0%、83.3%。模拟和实验结果均表明打散装置可提高喂料连续性和粉体分散性。

• 苹果树冠层仿形对靶施药控制系统设计与试验

  谭玉磊，张景，陈金成，潘峰，纪超，赵岩

  针对传统果树喷雾作业药液利用率低、喷施均匀性差的问题，以新疆常规种植果园苹果树为作业对象，设计了一种苹果树冠层摇臂式仿形对靶施药控制系统。通过多路超声波传感器阵列获取苹果树冠层外形信息，采用自适应卡尔曼滤波算法减小测量误差，准确反映树冠边界信息，采用位置式PID闭环控制算法动态调控仿形臂精准包络果树冠层，实现了准确仿形。在新疆维吾尔自治区玛纳斯县常规种植苹果园进行了仿形臂最大定位偏差测定试验，结果表明：超声波传感器各点位距离果树冠层0.6、0.8、1.0m处的仿形臂最大定位偏差分别为32、41、48mm，最大定位偏差率不超过5.33%。以平均雾滴密度、平均雾滴沉积量、药液附着率和施药变异系数作为量化指标，进行了苹果树冠层仿形对靶施药控制系统作业效果验证试验。结果表明：仿形对靶施药平均雾滴密度为 72.4个/cm2，平均雾滴沉积量为2.03μL/cm2，药液附着率为49.8%，施药变异系数为26.4%。相同作业条件下与定距对靶施药相比，仿形对靶施药的平均雾滴密度、平均雾滴沉积量、药液附着率分别提升64.2%、40%、29.7%，施药变异系数下降42.5%，提升了药液利用率与施药均匀性。

• 考虑药罐液体晃动的喷雾机底盘悬架控制方法

  陈雨，张烁，陈宇翔，郭佩杰，陈军，闫小丽

  针对高地隙喷雾机在复杂工况激励下药罐药液晃动导致其平顺性和稳定性较差的问题，设计了一套由空气弹簧和磁流变减振器组成的喷雾机底盘半主动空气悬架系统。在此基础上，建立了空气弹簧数学模型、半主动悬架数学模型以及考虑药液晃动因素的整车七自由度动力学模型。结合喷雾机运行工况特点，提出了一种混合天棚控制和地棚控制的混棚PID控制方法，建立了Matlab/Simulink仿真控制模型，并进行了仿真研究。结果表明：应用所提出的控制方法，簧载质心加速度降低了30.1%，侧倾角速度降低了34.6%，俯仰角速度降低了37.1%，轮胎动载荷降低了26.5%。根据喷雾机转场运输与喷药作业工况环境以及悬架控制方式，进行了喷雾机底盘悬架减振控制性能以及药液晃动抑制效果实车试验。试验结果表明：在非田间路面运行时，在混棚PID控制下，簧载质心加速度降低了18.44%，侧倾角速度降低了23.88%，俯仰角速度降低了22.50%，轮胎动载荷降低了9.67%；在田间路面运行时，在混棚PID控制下，簧载质心加速度降低了26.97%，侧倾角速度降低了26.14%，俯仰角速度降低了25.49%，喷杆晃动角速度降低了21.69%，轮胎动载荷降低了13.88%；同时，通过分析液面的极差，验证了在不同充液比下药液晃动均能得到明显抑制。

• 多情景视角下高原城市群土地利用变化与生态系统服务影响机制研究

  李坤，陈国平，赵俊三，杨海波

  土地利用变化是驱动生态系统服务的重要因素，系统了解其背后的影响机制对生态系统的有效管理和缓解人地矛盾至关重要。本研究以滇中城市群（CYUA）为例，首先使用卷积神经网络-长短期记忆神经网络-元胞自动机（CNN-LSTM-CA）模型和多目标线性规划（MOP）模型模拟了2035年城市群多情景下的土地利用变化空间格局，并结合InVEST模型评估不同情景下5种生态系统服务功能，在此基础上构建生态系统服务贡献指数（ESCI）和耦合协调度（CCD）模型分析土地利用变化对生态系统的影响。结果表明：CNN-LSTM-CA模型能有效提取时空领域特征，整体模拟精度达到0.9242，与其他模型相比，该模型具有更高的模拟精度和更真实的土地利用分布格局。在生态保护优先情景（EPs）下，除产水量和碳储量服务下降外，其余生态系统服务均呈上升趋势；在经济发展优先情景（EDs）下，碳储量、土壤保持、生境质量和水质净化服务大幅降低；在自然发展情景（NDs）下，生态环境质量整体呈下降趋势。土地利用变化显著影响生态系统服务，建设用地快速扩张以及林地和草地减少对生态系统服务产生了显著的负向影响，研究区土地利用变化与生态系统服务的耦合协调程度整体较高。研究结果有助于揭示土地利用变化对区域生态系统服务时空变化的影响机制，可为城市群国土空间规划和决策提供有效支撑。

• 邯郸市土地覆盖及生态系统服务价值分析

  尚明，姚亚楠，顾鹏程，李倩，白磊，徐桥，石语琳

  针对土地覆盖变化对生态系统服务价值的影响，以邯郸市为例，采用面向对象的分类方法获得土地覆盖数据，应用动态度和土地转移矩阵分析其变化。选择当量因子法得到生态系统服务价值，使用Moran’s I（莫兰指数）对其空间自相关进行分析，并利用改进的弹性分析探讨生态系统服务价值对土地覆盖变化的响应。结果表明：2000—2020年，邯郸市建设用地、林地和水体呈增加趋势，耕地和未利用地呈减少趋势，草地先增加后减少。从各地类动态度来看，水体和未利用地变化幅度较大。从土地转移来看，耕地和建设用地相互转换最多。邯郸市生态系统服务价值从2000年的230.1亿元增加到2020年的259亿元，增长12.6%。此外，气候调节、水文调节和土壤保持在生态系统服务价值中的占比总和超过50%。邯郸市生态系统服务价值呈现显著的聚集性，“高-高”聚集区分布在西部山区，“低-低”聚集区分布在东部平原区。弹性分析表明草地和耕地的变化对邯郸市生态系统服务价值的影响较大。研究结果对邯郸市土地资源优化配置和可持续利用具有现实意义。

• 基于深度学习和地理分析的淤地坝遥感识别

  孙立全，郭家龙，苑紫岩，冯浩，吴淑芳

  准确获取淤地坝数目、位置及空间分布等信息是科学分析淤地坝减蚀和拦沙作用及其未来建设规划的重要基础。本研究以黄土高原延河流域淤地坝为研究对象，以高分二号影像以及Google Earth影像作为数据源分别制作坝体和坝地标签，选取深度学习目标检测（Faster R-CNN、YOLO v3、Cascade R-CNN和YOLOX）及语义分割（FCN、U-Net、PSPNet和DeepLab v3+）算法分别对淤地坝坝体及坝地进行识别提取，并结合地理分析方法实现流域尺度沟道缓冲区框定，在缓冲区内进行淤地坝提取。结果表明：在淤地坝坝体识别中，YOLOX模型表现最佳，当交并比（IoU）阈值为0.50~0.95时，平均精度（AP）达69.4%。基于该模型对延河流域影像进行识别，获得1440个检测框，模型准确率为75.8%，召回率达85.7%。在淤地坝坝地提取中，4个模型表现均较好，平均交并比、精确率、召回率及F1分数均达0.85、90%、85%和88%以上。采用多数投票法结合4个模型预测结果分别提取了流域内92.0km2生产运行期坝地和10.6km2蓄水拦泥期坝地。通过引入地理分析方法，坝体识别准确率从75.8%提升至84.5%，识别提取效率提升1倍以上。该研究为黄土高原及其他地区的淤地坝快速准确识别提供了重要依据，淤地坝监测结果为流域综合治理和水土保持规划提供了科学借鉴和理论指导。

• 基于机器学习的玉米SPAD值影像分期反演与水氮优化利用研究

  苗世龙，李仙岳，史海滨，闫建文，丁世杰，苗平

  利用无人机遥感技术结合多种机器学习算法，对沿黄灌区不同水氮处理玉米SPAD值进行反演，可为玉米种植提供精准灌水施肥诊断。设置3种灌水定额（W1：150m3/hm2，W2：225m3/hm2，W3：300m3/hm2）和3种施氮量（N1：140kg/hm2，N2：210kg/hm2、N3：280kg/hm2）,开展水氮处理试验。利用无人机多光谱相机获取农田影像数据，得到16个光谱变量，在玉米各生育期选取与SPAD值相关性较高的光谱变量用于构建岭回归、支持向量机、随机森林和偏最小二乘法等机器学习算法，对各模型进行对比筛选，利用筛选的模型预测不同处理SPAD值，并用SPAD预测值与灌水施肥量进行方程拟合，诊断各生育期预期的最优水肥用量。研究结果表明，玉米SPAD值在灌浆期达到峰值，其中W2N2较W1N2高9.14%，较W3N2高17.22%，较W2N1高10.9%，较W2N3高35.4%。结合玉米3个重要时期的SPAD实测值，通过对比不同机器学习模型建模集与验证集的决定系数R2，发现随机森林模型表现出最佳预测性能，利用RF模型预测值拓展出农田叶绿素含量空间分布图。建立9个处理预测点SPAD平均值与对应灌水施肥量之间的回归方程，优化得出在玉米拔节期，最优灌水量为547m3/hm2，最优施肥量为42.98kg/hm2；大喇叭口期，最优灌水量为450m3/hm2，最优施肥量为63kg/hm2；抽雄期，最优灌水量为498m3/hm2，最优施肥量为73.29kg/hm2；灌浆期，最优灌水量为493.5m3/hm2，最优施肥量为43.4kg/hm2。基于无人机遥感技术与机器学习算法相结合方法成功反演了玉米SPAD值，并揭示了农田中灌水施肥情况，为农田精准灌水施肥提供了可行性方案。

• 基于无人机多光谱遥感的覆膜冬小麦叶片含水率反演

  谷晓博，徐洋，程智楷，周智辉，韦春宇，杜娅丹

  精准高效获取作物叶片含水率对于指导农田灌溉具有重要意义。本研究以2022—2023年覆膜冬小麦为研究对象，利用无人机搭载多光谱相机采集冬小麦返青、拔节、抽穗、灌浆期的光谱信息，采用极限学习机（ELM）、随机森林（RF）、粒子群优化支持向量机（PSO-SVM）建立冬小麦叶片含水率模型，对比分析以“植被指数+纹理特征”和“植被指数”为输入变量的叶片含水率反演精度，并通过迭代子集变量优化（IVSO）方法筛选各生育期的特征变量进行重新建模。结果表明， “纹理特征+植被指数”作为输入变量提高了冬小麦叶片含水率反演精度，极限学习机、随机森林、粒子群优化向量机R2分别平均提高19.19%、16.85%、19.40%。其中，利用随机森林模型反演覆膜冬小麦叶片含水率的精度在返青-灌浆期最高（训练集R2、MAE和RMSE分别为0.94、0.02g/g和0.03g/g，测试集R2、MAE和RMSE分别为0.88、0.03g/g和0.05g/g）；随机森林模型在经过迭代子集变量优化方法后拔节、抽穗和灌浆期的R2分别提高19.09%、20.58%和12.21%。研究结果可为无人机多光谱遥感监测覆膜冬小麦叶片含水率提供理论参考。

• 基于无人机图像的大田结球生菜密度图计数方法

  刘云玲，李佳琪，王莹，李东林，宋坚利

  在大田种植结球生菜结球期，通过计数进行产量估测对于评估经济效益、指导播种计划具有重要意义。但目前人工计数方法存在耗时长、工作量大等问题，本文提出了一种基于密度图回归的结球生菜轻量化计数网络，前端网络由卷积降采样模块和CSP结构堆叠而成以提取图像特征，通过降采样操作减小网络规模，并将不同层次特征进行拼接融合；后端网络采用扩张卷积结构，进一步提取图像特征并融合前端特征，增强模型特征表达能力，最后由生成头生成高质量密度图，通过积分得到计数结果。实验结果表明，本文提出的计数方法实现了较低的平均绝对误差（8.96）、均方根误差（14.21）、相对平均绝对误差（0.0651）、相对均方根误差（0.1032）以及较高的决定系数（0.9749）和准确率（93.49%），优于同类其他模型MCNN、CANNet、CSRNet、DSNet、MSPSNet、WHCNet、MLAENet；此外，本文模型在高计数准确性的同时保持了较低的资源占用，模型参数量和浮点运算次数分别为4.1×106和5.8×1010。本文提出的模型准确率和模型轻量化上均实现了较为优越的性能，可为田间生菜产量估测提供技术方法。

• 基于高光谱红边偏度、峰度和机器学习的植被叶绿素含量估算模型研究

  姚付启，曾凡超，孙金伟，饶志龙，王子涵

  叶绿素是植物光合作用的关键组分，能够反映植物的生理状况与健康水平。准确估算植被叶绿素含量对于监测植物生长状态具有重要意义。尽管传统红边参数在叶绿素含量估算中得到了广泛应用，但其存在一定的局限性。为弥补这一不足，引入红边偏度SRE和红边峰度KRE作为新的红边参数，探索其与叶绿素含量之间的关系，并以冬小麦和夏玉米为研究对象，采用多元线性回归（Multiple linear regression, MLR）、极端梯度提升树（Extreme gradient boosting, XGBoost）和反向传播神经网络（Backpropagation neural network, BPNN）3种建模方法，比较以SRE和KRE作为输入参数的叶绿素含量估算模型与传统红边参数模型的表现。研究结果表明：SRE和KRE与叶绿素含量之间存在显著负相关，随着叶绿素浓度的增加，SRE和KRE均呈现下降趋势。采用3种建模方法的不同作物叶绿素含量估算模型中，以SRE和KRE为输入参数的模型预测精度明显优于传统红边参数模型，具有更高的R2，更低的RMSE，残差的分布也更加集中，模型的稳定性和精度较高。在3种建模方法中，BPNN模型表现最佳，其R2显著高于其他两种方法。本研究证明了SRE和KRE相比传统红边参数更能全面地反映叶绿素含量的变化特征，且当结合BPNN模型进行建模时，能够有效提升植被叶绿素含量的估算精度，为植被叶绿素含量的高精度估算提供了一种新的技术路径，对作物生长状态监测和精准农业应用具有实际意义。

• 基于改进PIOSL辐射传输模型的水稻叶绿素含量估测研究

  朱盛凡，白驹驰，金忠煜，相爽，于丰华

  叶绿素（Cab）作为光合作用的核心色素，对水稻叶片生长、营养状态以及衰老过程起到重要的指示作用。利用PIOSL模型检测Cab含量时，模型区分第1单元层和其他单元层叶片介质，定量计算叶片反射光谱以及使用叶片光谱特征估算Cab含量。但该模型在描述叶片表面几何特征时，特征没有完全被定量，并且仅固定了一个光源入射角的理想值，这在一定程度上限制了叶片高光谱反射率的模拟精度，进而影响了利用辐射传输方法反演水稻叶片Cab含量的精度。本研究在现有PIOSL模型基础上，结合BRDF函数构建了PIOSL-B模型。首先利用PIOSL-B模型正向模拟构建“高光谱-叶绿素”数据集，从数据集中随机挑选2个样本的模拟光谱图，与PIOSL模型和PROSPECT模型相比，基于PIOSL-B模型的模拟光谱与实测光谱几乎吻合，PIOSL-B模型RMSE分别为0.015μg/cm2和0.011μg/cm2，精度高于PIOSL模型和PROSPECT模型。通过SPA算法和CARS算法分别提取水稻叶片Cab含量高光谱反射率特征波长，SPA算法筛选到的光谱个数比CARS算法少，同时特征波长大多处于曲线发生显著变化的位置，能够较好地包含所需的光谱信息，因此选择SPA算法提取的特征波长作为输入，最后利用随机森林算法建立水稻叶片Cab含量反演模型。研究结果显示，基于PIOSL-B模型构建的水稻叶片Cab反演模型，其R2和RMSE分别为0.817和4.586μg/cm2，相较于使用PIOSL模型和PROSPECT模型构建的水稻叶片Cab反演模型，反演精度有了显著提升，且优于极限学习机反演精度。结果表明，PIOSL-B模型能够有效建立水稻光谱与叶绿素含量之间的定量关系，可准确反演水稻叶绿素含量。

• 基于改进YOLO v11n的寒地旱直播水稻植株检测方法研究

  赵斌，李明洋，王淞，王迪，孙博，肖延伟，陈修成

  针对三至四叶期的旱地直播水稻秧苗种植密度高，秧苗检测难度大的问题，为实现东北地区复杂旱地环境中对直播秧苗植株精准计数，本文提出基于改进YOLO v11n模型的旱直播幼苗检测方法。首先，采用全维度动态卷积（Omni-dimensional dynamic convolution, ODConv）优化C3k2卷积块，增强复杂旱地环境秧苗特征捕获能力，提升模型对秧苗浅层特征的提取；其次，将快速空间金字塔池化（Spatial pyramid pooling fast, SPPF）替换为焦点调制机制（FocalModulation, FM），通过多尺度特征交互与注意力融合，保留秧苗关键特征与提升多尺度目标适应性；最后，在主干网络C2PSA模块中引入三重注意力机制（Triple Attention, TA），构建多维度特征增强策略，强化深层特征表征。构建旱田直播秧苗图像的数据集，利用该数据集对改进后的模型进行训练和验证。测试结果表明：改进的YOLO v11n-TFO旱直播秧苗检测算法的检测精度（P）、召回率（R）、平均精度均值（mAP50）和检测速度分别为88.2%、79.6%、89.4%、217.9f/s，其中mAP50较改进前提升6.5个百分点，模型浮点计算量6.0×109，低于主流目标检测模型，构建的检测平台中旱直播秧苗计数精度达到87%以上。本文提出的基于YOLO v11n-TFO的寒地旱直播水稻检测模型有效平衡检测精度与算力的关系，且模型具有较好的可解释性，可满足旱直播水稻计数需求。

• 基于改进YOLO 11-seg的田间水稻分蘖数原位检测方法

  孙燕，汪苗，苏宇辰，何坤，曹成茂，侯文慧，王玉伟，刘路

  水稻分蘖动态数据是影响产量的关键指标，对其关键生长期进行有效监测可为田间管理措施的优化提供重要依据。针对复杂田间环境下水稻有效分蘖检测存在的遮挡、光照变化干扰及表型特征缺失等问题，本研究提出一种基于改进YOLO 11-seg的实例分割模型。通过使用融合大型选择性内核网络（Large selective kernel network，LSKNet）构建的CP_LSK模块，替换主干网络中原有的C3k2模块，增强模型对多尺度特征的适应性；在主干末端引入注意力机制CBAM（Convolutional block attention module）优化特征权重分配，显著提升模型在复杂场景下的鲁棒性。试验结果表明：改进模型在检测任务中Box分支的精确度、召回率、F1分数、mAP50和mAP50-95分别达到90.3%、85.3%、87.7%、92.7%、61.4%，较原模型提升2.2、3.5、2.9、0.8、2.1个百分点；Mask分支的对应指标分别提升2.5、5.1、3.9、2.3、1.5个百分点。测试集分蘖计数结果显示，全局平均绝对误差（Mean absolute error，MAE）和均方根误差（Root mean square error，RMSE）分别为0.24、0.70个，决定系数R2为0.950，其中98.1%的样本计数误差在3个分蘖以内，其中检测准确率较原模型提高28.9个百分点。研究提出的算法实现了田间复杂场景下水稻分蘖的原位检测和计数，其误差控制能力可为基于分蘖计数的有效穗数估算提供技术支撑，对于水稻植株生长监测与产量预测具有重要应用价值。

• 基于改进网格点回归机制的近色背景下赣南脐橙检测方法

  冯国富，曹伊炀，吴开军，陈明

  为实现对大型果园中果实生长状况的有效监测，针对赣南脐橙生长过程中在近色背景下受光线影响难以识别的问题，本文提出了一种基于改进网格点回归机制的检测算法 Grid R-CNN ScN (Similar-color network)。该算法在 Grid R-CNN 网格点回归机制基础上引入恒等循环神经网络(Identity recurrent neural network, IRNN)模块增加上下文信息，以迭代优化目标识别结果；在 RMSProp 优化策略中加入 CosineAnnealingLR 调度器，克服梯度爆炸导致的特征学习不充分问题；采用非极大值抑制 (Non-maximum suppression, Soft-NMS) 算法提高近色背景下赣南脐橙果实的召回率；结合跨图像采样(Cross-image sampling, CIS)策略增强模型在近色背景下的泛化能力。试验结果表明，Grid R-CNN ScN与Faster R-CNN、Grid R-CNN相比，召回率分别提高4.73、3.67个百分点，mAP@50提高11.78、9.27个百分点，模型文件存储占用量减少4.29MB和5.07MB，显存占用量仅为原模型的60%；与DETR、Swin Transformer相比，召回率分别提高4.19、3.84个百分点，mAP@50和mAP@50-95分别提高8.05、6.22个百分点和8.60、4.97个百分点，模型文件存储占用量减少9.67MB和2.83MB，显存占用量仅为原模型的44%；与YOLO v8和YOLO v11相比，召回率分别提高2.15、3.09个百分点，mAP@50和mAP@50-95分别提高5.38、6.25个百分点和2.55、3.07个百分点；跨图像采样策略显著增强了模型泛化能力。试验结果表明，本文提出的改进方法能够显著提高赣南脐橙在近色背景下的识别精度，可为大型果园中果实生长状况监测提供支持。

• 基于改进YOLO v11n的轻量化葡萄穗梗采摘点定位方法与试验

  庄煜，徐琨林，李美琪，戴济泽，王金峰

  针对葡萄穗梗形态纤细且与环境色差微弱导致的采摘点定位问题，本文提出了一种基于改进YOLO v11n的轻量化分割模型YOLO v11n-MBCa。构建了复杂环境下绿色葡萄高质量数据集，并引入轻量化MobileNetV4网络替换YOLO v11n的骨干网络(Backbone)，减少模型参数量以及在特征融合层(Neck)引入加权双向特征金字塔网络（BiFPN），增强多尺度特征融合能力。增加坐标注意力机制（CA），使模型能更准确地定位和聚焦感兴趣区域。分割葡萄穗梗，通过优化质心算法计算出最佳采摘点。试验结果表明，改进后模型在葡萄数据集上的精确率、召回率和平均精度均值（mAP）达到90.1%、93.2%和93.6%，模型参数量与模型内存占用量仅为2.2×106和4.9MB。研究结果可为采摘机器人智能化采摘提供理论支持。

• EL-DenseNet:基于擦除模块和DenseNet的蘑菇识别

  王耀君，赵韦婷，别宇辉，贾璐

  目标遮挡是计算机视觉中的一个重要挑战，尤其是在农业应用中，作物遮挡会模糊关键特征，影响模型的识别性能。为了解决该问题，提出了一种基于EL-DenseNet模型的蘑菇识别方法。EL-DenseNet是DenseNet的扩展，它包含一个擦除注意模块，用于增强对可见特征的敏感性。擦除模块有助于消除复杂的背景和不相关的信息，使蘑菇关键特征得以保留，并提高模型在杂乱环境中的识别精度。考虑到相似蘑菇物种识别的困难性，采用标签平滑正则化方法来减少由观察者引起的错误标签。该策略在训练过程中将硬标签转换为软标签，减少了模型对噪声标签的过度依赖，提高了模型的泛化能力。实验结果表明，结合迁移学习的EL-DenseNet算法对有遮挡复杂背景下的蘑菇识别率为96.7%。与原有的DenseNet等经典模型相比，该方法具有更高的识别精度和鲁棒性，为智能蘑菇识别提供了一种很有前景的解决方案。

• 基于SDE-YOLO的矮砧密植化果园苹果检测方法

  朱立成，王文贝，赵博，韩振浩，高建波，陈凯康，冯旭光

  矮砧密植化苹果园是未来机器人采摘的典型应用场景，面临复杂光照、果实重叠和枝叶遮挡等挑战，精准检测果实是苹果采摘机器人的关键核心技术之一。为进一步提高矮砧密植化种植的果园中苹果的检测准确性和鲁棒性，提出一种基于SDE-YOLO的矮砧密植果园苹果检测模型。构建包含不同光照环境、遮挡状态的果实数据集，并对果实遮挡类型进行了统计学分类。然后，通过在骨干网络中设计复合特征提取结构，将后两层C2f模块替换为Swin Transformer，增强模型建立长程依赖的能力，有效提升密集场景下的检测性能；同时主干融入EMA注意力机制，通过不降维的通道重构方式实现像素级自适应注意力分配，有效抑制枝叶等背景干扰，降低计算复杂度；在特征融合网络中引入DCN v2模块，通过动态可变形卷积提升对不同形态和姿态苹果的检测能力。最后利用Grad-CAM方法产生目标检测热力图，形成有效特征可视化语言，提高模型关注区域的理解能力。结果表明，SDE-YOLO精确率、召回率和平均精度均值分别达到88.9%、86.6%和94.2%，相比基线模型分别提高2.0、1.7、3.3个百分点，模型参数量减少9.38%。通过与其他主流目标检测模型的对比，SDE-YOLO在处理光照变化、果实重叠遮挡和枝叶遮挡等复杂场景时表现出更好的性能。采用本文方法可在矮砧密植化果园对苹果果实进行较准确的果实检测，为苹果采摘机器人提供有效的目标定位信息。

• 基于CEG-YOLO的轻量化设施环境樱桃花检测方法

  任龙龙，杜永辉，李玉强，高昂，宋月鹏

  为实现设施环境中樱桃花目标的准确检测，本文在YOLO v8的基础上，提出一种适用于设施环境樱桃花目标检测模型CEG-YOLO。引入跨阶段部分网络与部分卷积结合(Integration of cross-stage partial networks and partial convolution，CSPPC)结构，替换Backbone和Neck网络中的C2f模块，以增强网络的特征提取能力，同时显著降低了模型的浮点运算量和参数量；在SPPF模块前添加轻量化的高效通道注意力(Efficient channel attention，ECA)，进一步增强网络的特征提取能力，提高模型的检测精度；将Neck中的Conv模块替换为GSConv(Grouped spatial convolution)模块，进一步降低模型的参数量和浮点运算量。结果显示，CEG-YOLO模型的精确率为89.8%、召回率为91.3%、mAP为94.8%、参数量为2.03×106、浮点运算量为5.8×109。与原始YOLO v8模型相比，该模型的精确率、召回率和mAP分别提高1.6、1.9、1.8个百分点，参数量和浮点运算量分别减少32.56%和28.40%。与YOLO v3、YOLO v5、YOLO v7、YOLO v9、YOLO v10和YOLO 11模型相比，CEG-YOLO模型mAP分别提高7.7、0.7、1.8、2.1、3.1、1.7个百分点，参数量分别减少76.59%、71.53%、32.56%、55.09%、24.81%和21.31%，浮点运算量分别减少55.04%、45.28%、28.40%、32.56%、29.27%和7.9%。因此，本文提出的CEG-YOLO模型不仅能够准确地检测设施环境中的樱桃花，还具有较低的计算成本，适合部署在樱桃授粉机器人的嵌入式设备上，为设施樱桃的智能授粉提供可行的视觉支持。

• 基于改进YOLO v10n的苹果叶片病害检测方法

  赵晓，杨梦婷，张懿丹

  苹果叶片病害的早期检测对于保障苹果产量和质量至关重要。然而，由于苹果叶片病害形态各异、病斑区域较小等特征，导致病害检测精度不高，难以满足现代农业精准防控的需求。针对这一问题，提出了一种基于改进YOLO v10n的苹果叶片病害检测方法。利用感受野注意力卷积(Receptive field attention convolution,RFAConv)替换主干网络中的标准Conv，以增强网络对病害叶片重要特征的捕捉能力。在Neck网络使用重参数化泛化特征金字塔网络(Reparameterized generalized feature pyramid network,RepGFPN)实现低层特征与高层语义信息的融合，以提高模型对苹果叶片上不同尺度病害的特征提取能力。构建空间金字塔快速池化注意力(Spatial pyramid pooling-fast_attention,SPPF_attention)模块，使得模型能更有效地聚焦于重要的注意力信息。设计空间通道优化检测头(Spatial and channel reconstruction convolution_v10Detect,SC_C_v10Detect)，提高模型对不同大小病斑的检测能力。结果表明，所提模型的精确率为86.3%，召回率为86.8%，mAP@0.5为90.8%，mAP@0.5:0.95为62.9%，与原始YOLO v10n模型相比，分别提高1.2、4.2、2.1、2.8个百分点。所提模型与Faster R-CNN、SSD、YOLO v8n、YOLO v9s、YOLO v10n、YOLO 11n模型相比，mAP@0.5分别提升25.9、12.2、2.8、1.6、2.1、1.4个百分点。本研究提出的改进方法显著提升了苹果叶片病害的检测精度，为果园病害的早期预警和精准防治提供了可靠的技术支持，对推动农业智慧发展具有重要意义。

• 基于轻量化YOLO v8和BoT-SORT的石斑鱼跟踪方法

  段青玲，乔雅琪，刘怡然，冯晓晓，冉逊，刘春红

  水产养殖中，鱼类跟踪是实现鱼类行为监测、水质异常报警、鱼类生长状况评估的基础，但现有方法存在计算耗时长、模型占用空间大、在边缘端设备部署困难等问题。针对上述问题，本文以石斑鱼为研究对象，提出一种基于轻量化YOLO v8与BoT-SORT的石斑鱼跟踪方法，该方法包括目标检测和目标跟踪两个阶段。在目标检测中，采用YOLO v8m作为基线网络，引入卷积模块FasterConv以减少参数量；加入EMA（Excitation and modulation attention）机制以保持模型精度；使用多尺度特征融合模块Fusion并调整Neck网络结构以提高模型的特征融合能力。在目标跟踪部分，BoT-SORT算法简化了鱼体的运动状态变量，加入相机运动补偿（Camera motion compensation, CMC）以应对鱼体外观剧烈变化，最后利用ResNeST50网络提取较高置信度检测框内鱼体的外观特征，实现了鱼体跟踪。在自建的石斑鱼数据集上进行了训练和验证，目标检测模型mAP@0.5为95.80%；其模型内存占用量为23.7MB，相较原始YOLO v8m模型降低54.42%；将本文的轻量化目标检测模型应用到BoT-SORT算法，MOTA为78.774%，FPS达到28.20f/s，在对比实验中综合性能大幅超过SORT、DeepMoT等算法。本方法可以实现石斑鱼的检测与跟踪，为石斑鱼的养殖提供技术支撑。

• 河套灌区水-地-粮食-生态竞争发展协调关系演变规律

  王友芝，刘兵兵，张汉，王楠，韩金旭

  为定量揭示农田-生态系统用水和用地竞争协调关系，识别水-农田和水-生态系统协调与发展均衡关系，为灌区水土资源科学管理提供理论依据，本文构建了基于信息熵的可持续模型、Lotka-Volterra模型，耦合水足迹和生态足迹，量化水-粮食、水-生态系统协调和发展的均衡状态，识别粮食-生态系统用水和用地协同/竞争程度及演变规律，解析渠系灌溉下渗蓝水足迹、化肥使用灰水足迹以及粮食生态足迹对粮食-生态用水和用地竞争关系的贡献程度。结果表明，河套灌区水-粮食系统和水-生态系统均处于高发展-低协调状态，且水-生态不协调发展趋势相较于水-粮食更为明显；粮食用水和用地均以牺牲生态用水和用地为代价；渠系灌溉水量下渗能缓解粮食-生态用水竞争4%~6%，粮食作物生态价值能缓解粮食-生态用地竞争2%~42%。研究结果可为灌区水土资源协同调控与粮食-生态可持续发展提供理论依据。

• 亏缺灌溉配施生物炭对关中平原夏玉米产量和土壤N2O排放的影响

  张蓬妍，刘江舟，王茂东，蔡焕杰

  为探究亏缺灌溉配施生物炭对夏玉米农田N2O排放及夏玉米产量的影响，并确定合理的产量环境友好型田间管理措施，于2021年和2022年在关中平原展开定位试验，利用静态箱-气相色谱法监测农田N2O排放，综合分析夏玉米产量、土壤理化性质、N2O排放及植株氮素吸收。基于生物炭施用量和灌溉量，试验共设计4个处理（B1W100：生物炭30t/hm2+充分灌溉（蒸发蒸腾量，ET）；B1W80：生物炭30t/hm2+亏缺灌溉（0.8 ET）；B0W100：无生物炭+ET；B0W80：无生物炭+0.8 ET）。试验结果表明，在夏玉米生育期内各处理N2O排放趋势相似，在拔节期达到生育期排放最高峰值，第1次灌水后达到生育期次峰值。生物炭及亏缺灌溉均显著降低了夏玉米季N2O总排放量，且交互显著（P<0.05）。B1较B0处理增加了夏玉米生长季平均土壤温度及充水孔隙度（Water-filled pore space, WFPS），且显著增加了收获后土壤pH值及有机碳含量，同时提升了土壤无机氮含量；W80较W100处理增加了生育期平均土壤温度以及土壤NO-3-N含量。不同灌溉水平下产量呈W100大于W80趋势，生物炭施用在2021年和2022年显著提升夏玉米产量7.02%和6.46%并增加了植株吸氮量。单位产量N2O累积排放量表现为B1小于B0，W80小于W100，其中B1W80处理显著低于其余处理（P<0.05）。冗余分析结果表明，夏玉米产量与土壤充水孔隙度呈显著正相关，与温度呈显著负相关，说明夏季高温会对夏玉米产量造成负面影响。N2O排放量与WFPS呈正相关，说明土壤湿度升高增加了N2O排放潜力。研究揭示了生物炭在增产减排方面的应用潜力及亏缺灌溉在降低温室气体排放方面的积极作用。使用TOPSIS法进行综合评价,发现B1W80综合评价值最优，因此，亏缺灌溉配施生物炭可作为关中平原夏玉米节水、高产、环保的生产模式，研究为实现农田节水增产、固碳减排提供了重要科学依据。

• 基于历史场景搜索的灌区渠道泄水调度流量预测

  雷国相，陈皓锐，葛建坤，张宝忠，戴玮，陈来宝，白美健

  为解决灌区渠道泄水调度决策流程过于复杂的问题，本研究以淠史杭灌区灌口集泄水闸为例，基于历史调度数据，利用SHAP（Shapley additive explanations）法挑选聚类因子，采用自组织映射（Self-organizing map, SOM）神经网络和K均值（K-means）耦合的聚类算法SOM-K-means对已有调度数据进行分类，通过寻找历史相似场景预测其调度流量。结果表明：SHAP法确定的SOM-K-means算法聚类因子为过去6h降雨量、过去9h降雨量、未来6h降雨量、灌口集泄水闸闸上水位。SOM-K-means聚类的5种聚类标签（0、1、2、3、4）分别可归类为洪峰期、无调度期、起始期、消退期、衰减期。5种标签中最大均方根误差（RMSE）为0.201，最大平均绝对误差（MAE）为0.146，最大均方误差（MSE）为0.040，最小决定系数（R2）为0.793。研究结果可为灌区水资源优化配置提供重要应用参考。

• 不同覆盖方式下水面抑蒸率及其与水-气温差关系研究

  范军亮，邓新炜，王佳玉，白振涛，聂建阳，李云霞，尹飞虎

  西北旱区平原水库和蓄水池面积广、水位浅、蒸发大，无效蒸发损失加剧了农业水资源紧缺程度，物理覆盖是减少水面蒸发损失的有效途径。本文系统研究了不同覆盖产品（浮球、正六边形浮盖、正六边形浮板和矩形浮板）、覆盖率（约50%、70%和90%）和铺设方式（集中和分散）下水面抑蒸率及其与近水面空间体温度的关系。结果表明，覆盖率是影响水面抑蒸率的主要因素，与蒸发量呈负相关，与单位裸露面积蒸发量呈正相关。不同覆盖产品和铺设方式的抑蒸率分别相差0.39~6.65个百分点和1.37~7.40个百分点，覆盖率约70%下不同覆盖产品抑蒸率基本可达50%，其中集中铺设正六边形浮盖、矩形浮板、正六边形浮板抑蒸效果更好。覆盖产生的热聚集效应促使日间水面温度上升，增大覆盖率和集中铺设通过热量再分配机制减小水-气温差，增大不同水层温差可削弱蒸发驱动力进而提升水面抑蒸率。研究结果可为水面覆盖抑蒸产品研发及推广应用提供理论依据和技术支撑。

• 气候变化条件下基于过程的灌区多尺度灌溉用水优化

  姜瑶，颜泽文，熊吕阳，贾卓，黎良辉

  针对灌区水资源优化配置对系统真实过程响应及其时空变化描述不足的问题，本文基于系统多层优化框架，考虑灌区农业水文要素的空间分布特征，将农业水文模型与优化模型紧密耦合，构建了基于过程的灌区灌溉用水优化模型，并以黑河中游盈科灌区为案例研究区，以20a（2003—2022年）气象数据为耦合模型输入，量化了气候变化所带来的不确定性，探讨了3个灌溉供水水平下灌区不同尺度的灌溉用水优化配置及其对气候变化的响应。结果表明，各尺度灌溉量-产量/效益最优关系的时空差异明显，各尺度灌溉配水量受气候条件变化的影响明显，同一灌溉水平不同气候条件下，产量和效益表现为随着气候由有利年到不利年变化而增大。

• 基于源导向的沼肥施用区域土壤重金属来源解析与风险评估

  宋世圣，张唐娟，胡宝娥，冉毅，牛文娟，王媛媛，艾平

  通过连续4a（2019—2023年）的设施温室上海青-茄子轮作试验，设置BF85、BF170、BF340、BF680沼肥施用量水平，系统探究不同负荷沼肥连续施用对土壤重金属含量的影响，采用改进地累积指数法评估土壤重金属富集水平，结合相关性分析-正定矩阵因子分解法（PMF）解析污染源，基于土壤健康模型量化致癌与非致癌风险，并确定优先管控因子。结果表明：连续施用沼肥主要造成了土壤Cu、Zn含量累积，但各处理改进地累积指数均低于1，整体污染水平为无至轻微富集；源解析结果共识别出4类污染源：沼肥源（Cu、Zn）、农业投入源（Pb）、母质-灌溉水混合源（Cr）和自然母质源（As、Cd、Hg），其中母质-灌溉水混合源对土壤重金属的贡献率最大，沼肥源随着沼肥施用量的增加，对重金属的贡献率也随之增加；土壤健康风险评估结果显示，As为致癌风险（CR）主导因子（儿童TCR达1.91×10-4），非致癌风险（HI）虽处可接受水平（HI小于1），但儿童暴露风险显著高于成人（P<0.05）；优先控制因子分析表明As为首要管控因子，混合源与自然母质源均为试验区的重要管控源，应基于重金属差异化毒理特征进行差异化管控。研究结果为沼肥安全施用与土壤重金属协同管控提供了科学依据。

• 基于多策略人群搜索算法的全闭式热风循环密集烤房温度双指标优化

  段绍米，罗会龙，刘海鹏，李耀雯

  针对目前的密集烤房存在的温度分布不均匀、能耗大、烟叶香气淡等不足，设计一种采用全闭式热风循环的烟叶密集烤房，并结合密集烤房烟叶烘烤温度调控的特点，引入温度标准差和温度不均匀度。应用三黑洞系统捕获策略、早熟干扰和随机干扰策略，对人群搜索优化算法(Seeker optimization algorithm, SOA)进行改进，提出了一种多策略人群搜索优化算法(Multi-strategy seeker optimization algorithm, MSSOA)。并应用多策略人群搜索优化算法对全闭式热风循环密集烤房温度控制双指标进行了优化，找到入口热风速度、烟叶孔隙率、分风板角度、烟层间距等烤房最优工艺和结构参数，提升了全闭式热风循环密集烤房温度分布均匀性。

• 基于图像处理和卷积神经网络的大米加工精度识别方法研究

  朱锐，夏宇，季凡，陈坤杰，陈子轩

  快速准确地识别大米加工精度，是实现大米碾削加工自动控制的关键。采集不同碾削时间的大米图像，通过滤波及压缩等处理后，制成不同精度等级的数据集，再以经典卷积神经网络（Convolutional neural network，CNN）LeNet-5、AlexNet和VGG-16为基础，分别采取了一系列针对性的优化策略，对模型进行改进和优化，得到3种改进的大米加工精度识别模型；通过试验比较了这些改进优化方法对模型性能的影响。结果表明，在引入卷积核尺寸为9×9和11×11的两个子卷积网络分支后，LeNet-5模型识别准确率由82.23%提高到92.53%；在对AlexNet模型去除两个全连接层，并采用普通池化后，模型识别准确率由92.89%提高到96.73%；如果将Dropout层和组归一化（Group normalization，GN）层引入到VGG-16模型，并采取最大相关-最小冗余（Maximum relevance minimum redundancy，MRMR）特征选择算法对模型进行改进优化，模型准确率较原模型提升7.56个百分点，达到98.87%，为所有测试模型中最高。这表明改进的VGG-16网络模型，可以用于对大米加工精度等级进行精准识别。

• 谷朊粉生产废水中蛋白质回收工艺研究与结构分析

  陈坤杰，劳裕婷，张士航，董艳，孙啸，柏钰

  为回收利用谷朊粉浓浆废水中的小麦蛋白质(WP)，开展了碱提酸沉法(AEAP)的回收工艺研究。通过析因试验、最陡爬坡试验设计和响应面分析，确定AEAP最佳工艺参数；通过单因素试验和响应面分析，研究了超声辅助作用对WP回收效果的影响；采用傅里叶变换红外光谱和荧光光谱，对两种回收方法得到的WP结构进行表征。结果表明，WP提取的最佳AEAP工艺条件为：碱提pH值为9.6、温度为45℃和时间为55min；酸沉pH值为6、温度为30℃和时间为20min。在此条件下，WP回收率为（37.94±2.52）%。酸调后进行超声处理，在功率140W、处理时间7min时，WP回收率可提升至(53.83±1.37)%，表明超声处理可显著提高WP提取率。红外及荧光分析表明，与谷朊粉蛋白相比，回收蛋白的β-折叠和β-转角相对含量显著降低，无规则卷曲和α-螺旋相对含量明显增加，荧光光谱不仅发生蓝移，而且荧光强度增强。研究结果为谷朊粉废水中WP资源的回收利用提供参考，具有潜在的工业应用价值。

• 基于庞特里亚金极小值原理的混合动力拖拉机ECVT能量管理策略改进方法与验证

  张凯，王琳，邓晓亭，鲁杨，鲁植雄，徐晓美，程准，张渤衢

  混联式混合动力拖拉机的行星齿轮式电动无级变速(Electronic continuously variable transmission，ECVT)构型多节点与多动力源布置、旋耕负载输出端(Power take-off，PTO)与拖拉机行驶速度解耦输出特性使得能量管理策略需满足拖拉机变工况的需求，本文以杠杆拓扑法生成的混联式混合动力拖拉机输出分流(Output-split，OS)-ECVT构型为研究对象，阐述构型工作原理与运动学特性。提出改进的基于庞特里亚金极小值原理（Pontryagin’s minimum principle，PMP）能量管理策略，以克服传统基于PMP的能量管策略不满足终端极小值判断条件时需重新迭代整个循环工况，进而导致策略无法满足混合动力系统实时求解需求的弊端。首先，建立系统状态方程，保证极小值轨迹受到状态变量约束；然后，根据庞特里亚金极小值原理完成哈密尔顿方程构建；最后，改变策略求解时极小值条件判断位置，并通过数学方法证明改进策略满足庞特里亚金极小值原理求解的必要条件。分别在犁耕与旋耕工况下完成节能控制仿真，结果表明，本文提出的改进策略与传统策略具备相同性与相当性，证明了改进策略具备更大的应用空间；改进策略较最佳经济性曲线(Optimal operating line，OOL)策略犁耕工况下等效燃油消耗量降低约8.39%，旋耕工况下等效燃油消耗量降低约15.34%，有效提升了大功率混合动力拖拉机燃油经济性；犁耕工况下驱动电机MG2能发挥更大范围调速特性，整机无级变速性能更加优异；犁耕与旋耕工况下，整机能量转换更加经济，保证了整机具备更加高效的功率输出分流性能。

• 温室双电机分布式驱动履带拖拉机设计与试验

  郭惠萍，王霆伟，谢广杰，王子豪，陈宏博，王常林，杨福增

  针对现有小型电动动力机械驱动性能不足、转向性能较弱，较难满足温室作业空间狭小的生产需求等问题，设计了一种温室双电机分布式驱动履带拖拉机。基于质心位置分配法确定电动履带拖拉机质心理论位置，对各部件位置进行优化使质心实际位置接近理论位置，以得到质心最佳位置方案。以犁耕和运输作业为目标进行电动履带拖拉机电驱系统核心部件匹配，完成了电动履带拖拉机电控系统设计，并对试制的电动履带拖拉机进行基本性能试验和犁耕工况试验。结果表明：在直线行驶中，平均百米跑偏量为1.259m，单边制动最小转向圆半径平均值为1096mm，单边制动最小通过圆半径平均值为1232mm，原地转向最小转向圆半径平均值为729mm，电动履带拖拉机直线行驶性能和转向性能较好；当行驶速度为1、3、5、7km/h时，拖拉机牵引功率分别达1367.1、4201.1、6922.8、9173.3W，最小平均牵引力为5320.4N，远大于相近功率的燃油拖拉机和双电机分布驱动轮式拖拉机牵引力，可满足温室种植作业需求；在犁耕试验中，平均耕深17.18cm，平均耕幅40.55cm，续航时间3.35h，电动履带拖拉机动力性能和续航性能良好。双电机分布式驱动履带拖拉机可满足温室多种作业农艺需求，可为温室新能源动力机械研发提供依据。

• 可适应复杂地形的轮足式机器腿运动控制研究

  陈明方，李明，陈南霆，高汉东，王岩，王俊智

  农业机器人作业场地复杂多变，研究地形适应性优良的腿部结构是关键。目前大部分轮足机器人将行走轮安装在足端，本文提出一种轮足式机器腿结构，将行走轮安装在膝关节，设计轮足2种运动模式。针对机器人关节摩擦、机构误差等因素对足端力触地检测的影响，以及负载对机器人动力学模型干扰问题，通过建立机身到足端的简化动力学模型，将对足端力的观测转为对足端力变化率的观测，利用卡尔曼滤波算法结合在世界系下的步态相位、足端高度等参数实现足端触地检测；设计自主辨识负载质量算法实时更新动力学模型，降低模型误差对控制系统的影响。最后通过仿真、实物实验验证了腿部机构可行性、实用性，以及算法有效性、自适应性。

• 伺服电机驱动水压比例阀设计与动态特性研究

  张鹤，赵继云，曹会杰，张斌，赵春晓，王云飞

  水介质具有成本低、对环境污染小及粘度受温度变化小等优势，但常规电液伺服阀与比例阀在水介质下，因滑阀式阀芯结构导致泄漏严重，难以直接应用于水液压系统中。本文提出一种先导双阀芯高压大流量水压比例阀新构型，先导级为双伺服电机驱动的两位三通阀，主级为“主动式阀芯”二通插装阀结构，双先导级分别控制主阀上、下控制腔。分别建立先导级和主级数学模型，并仿真分析先导级阶跃响应，阀芯位移无超调，上升时间为62.7ms；突加负载时伺服电机转速经过1.27ms恢复到正常。先导供液压力、先导阻尼和控制腔直径为影响主级性能的关键因素，分别将其取为10MPa、2.5mm、40mm可得最佳性能；最后，设计样机并搭建基于xPC Target试验平台，结果表明：伺服电机优选20000脉冲/r，当先导阀0.2mm阶跃响应时，无超调阶跃响应时间小于140ms，误差为-3~3μm；整阀空载10mm阶跃上升时，均有延迟，调整时间约400ms；整阀加载5mm阶跃上升时，上升时间为194ms，调整时间为752ms。研究结果为水液压阀研制提供了参考。