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[目的]探究鄂西低山丘陵区旱地转为柑橘园后,土壤团聚体稳定性与土壤有机碳(SOC)固存效应对种植年限的动态响应规律,为鄂西地区土地利用类型合理转变以及农业土壤固碳减排研究提供科学依据.[方法]采用空间代替时间方法,选取不同种植年限(D7,D10,D12,D16,D20,D30,D40),以持续玉米耕种旱地(D0)作为对照,对不同土层深度(0-10,10-20,20-40,40-60 cm)土壤样品进行团聚体组成、稳定性及有机碳特征的分析.[结果](1)旱地改种柑橘初期(0~7 a),土壤团聚体稳定性(R0.25,MWD,GMD)和 SOC 储量较旱地相比分别降低 28.61%,63.8%,67.9%和7.41%,随种植年限增加,团聚体稳定性和SOC储量均表现出缓慢上升趋势,与旱地相比,表层各指标上升幅度分别为0.65%,25.75%,30.82%和1.95%.(2)团聚体稳定性与SOC含量均随土层加深呈显著递减趋势,改善效应集中体现在0-20 cm耕作层,SOC表现为表层积累.(3)相关性分析表明,>5 mm大团聚体的SOC贡献率及富集系数与R0.25,MWD,GMD均呈显著正相关(p<0.05).[结论]旱地转为长期柑橘种植通过促进SOC向大团聚体富集,形成了团聚体与SOC协同促进的正反馈循环,证实旱地转为柑橘园的长期种植可以使土壤性质得到改善,但其改善效应存在表层积累性和缓慢性,建议在集约化管理中聚焦于增强深层土壤碳的输入与物理保护.
柑橘园种植年限土壤团聚体有机碳土层
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[目的]研究农作物种植对坡耕地耕作侵蚀及水力侵蚀的影响机制,为该区坡耕地水土流失治理和生态修复提供对策和建议.[方法]以四川省凉山州喜德县干旱河谷坡耕地为研究对象,通过模拟耕作与冲刷试验,结合磁性示踪法,测定了玉米地、荞麦地和裸地的耕作位移与侵蚀速率,并分析了不同作物类型及流量条件下的产流产沙特征.[结果](1)农作物种植显著降低了土壤耕作位移与侵蚀速率,其中玉米地平均耕作位移(11.82 cm)和侵蚀速率(38.15 t/hm²)分别仅为裸地(26.38 cm,75.85 t/hm²)的 44.8%和 50.3%.(2)作物种植明显延缓坡面产流时间,在 10 L/min流量下,玉米地和荞麦地产流时间(30,33 min)较裸地(12 min)延长1.5倍以上.(3)显著降低产流率与产沙率,尤其在中等及低流量(7.5,5 L/min)下减流减沙效果更为突出.[结论]农作物种植在削弱耕作侵蚀和水力侵蚀方面起着关键作用,通过固土增渗作用,增强土壤抗剪强度与入渗能力,减少了松散物源.
耕作侵蚀农作物种植干旱河谷区水力侵蚀
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针对残膜检测算法中计算量与参数量过大、难以在计算资源有限的嵌入式农机装备上实现高精度实时检测的问题,提出了一种基于改进 YOLOv11n 的落地棉残膜检测轻量化方法 YOLO-DDE.首先,在主干网络中引入通用 DBB 模块(Diverse Branch Block),将其融入原模型的 C3k2 模块,通过组合不同尺度的卷积操作获得多尺寸感受野,从而丰富特征空间的多样性,保证一定的残膜检测精度;然后,将颈部网络中增加下采样 DownSampling,使特征点的感受野增大,高层特征能够捕获更大范围的图像信息,进一步提升模型检测能力;最后,引入 EfficientHead 模块替换原检测头,在共享特征提取的同时有效降低了计算量,满足实时性要求.试验结果表明:改进后 YOLO-DDE 模型的平均精度均值达到 92.08%,精确率达到 95.52%;相较于基线 YOLOv11n 模型,平均精度均值提升 1.54 个百分点,精确率提高 0.76 个百分点,检测速度提升至 210 FPS,计算量和参数量分别降低 20.64%、15.01%.综上所述,YOLO-DDE 不仅能够保证一定的检测精度,还降低了模型的复杂性.
落地棉残膜检测目标检测轻量化改进YOLOv11n
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针对传统激光平地机对作业地块大小和形状适应性差、匹配度低、灵活性欠缺和作业效率低不高等问题,研制了一种作业高效、操控方便、可以适应多种场景的智能激光平地机.重点设计了机械作业系统、液压操控系统和激光感知系统,创新性研制了自动可伸缩刮土铲,并通过 EDEM 软件对刮土铲作业过程进行了仿真分析.刮土铲仿真试验和平整前后的土壤高度曲线表明,刮土铲平地效果显著提升.田间试验结果显示:试验地块在平整前的土地极差为 37.6 cm,平整后减至 3.0 cm,降幅达 92.0%;标准差由 7.40 cm 减至 0.68 cm,降幅达 90.8%;与 12PJY-3A 型液控智能激光平地机的传统固定铲相比,极差降幅提高了 0.3 个百分点,标准差降幅提升了 0.9 个百分点,表明土地平整度均匀性得到显著提高,12PJ-400B 型激光平地机平整效果显著.此外,88.9%的测量点精度控制在设计目标±1.5 cm 以内,达到了高标准农田精准平整要求,有效提升了农田灌溉效率和作物生长一致性.
激光平地机液压系统可伸缩刮土铲建模仿真有限元分析
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为避免机械移栽中因苗高、苗大导致的夹苗、漏苗等问题,提升芹菜机械化移栽质量,以 2ZB-2B 移栽机为试验机型,对比分析了常规育苗(CK)与适宜机械化移栽育苗(YJ)两种育苗方式下芹菜秧苗的移栽效果.结果表明:YJ 处理的秧苗形态紧凑、植株直立,新生叶集中分布,显著降低了机械移栽过程中的散坨率、漏栽率、伤秧率,降幅分别为 61.29%、53.73%、57.14%,显著提高机械移栽合格率,增幅为 1.02%,且相关性状的变异系数均显著降低;两种育苗方式的芹菜生育期基本一致,YJ 仅比 CK 延长 2 d;YJ 处理增产 5.33%,利润增加 264.53 元/(667 m2),产投比提升 3.95%.综合分析,YJ 育苗通过优化植株形态,更适配机械化移栽作业,满足了大颗芹菜秧苗机械化生产的需求.
芹菜宜机化移栽育苗机械化移栽作业质量
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针对软枣猕猴桃果实小、簇生密集的特性,以及传统单果采摘模式效率低、碰伤风险大的问题,研制了一种软枣猕猴桃成组采摘末端执行器,从而实现高效采摘.通过分析果实分布特性与果梗力学性能,设计了具有同步旋转剪切功能的切割装置;采用同心嵌套齿轮传动,带动 3 组弧形割刀进行协同旋转切割作业,实现单次动作同步切断多个果梗.基于 ANSYS/LS-DYNA 对果梗切割过程进行动力学仿真分析,结合 Box-Behnken 响应面法,以刃角、刀厚、刀宽为因素,以峰值切割力为指标,进行参数优化.仿真结果表明,各因素对指标影响的显著性顺序为刃角>刀厚>刀宽,通过参数优化得到最优组合为刃角38°、刀厚1.8 mm、刀宽6 mm,此时峰值切割力降至39.94 N.软枣猕猴桃采摘试验表明,末端执行器单次作业平均耗时 8.465 s,采摘成功率为 86.4%,作业性能与可靠性良好.所研制的成组采摘末端执行器不仅为软枣猕猴桃机械化采收提供了有效解决方案,而且为同类簇生型水果的机械化采摘奠定了理论基础.
软枣猕猴桃成组采摘末端执行器切割装置参数优化
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为解决无人驾驶拖拉机在丘陵地块、地头转弯、遮挡干扰、临时障碍物突发等田间工况下,远程监控与接管对"高清视频回传+低时延控制+快速告警"协同能力要求高的问题,构建了基于 5G-V2X 的远程作业系统与性能评价方法.系统采用"车载端-云端-远程控制中心"的 C/S 架构,基于 GB/T 28181-2022 的要求实现车端视频上云与远程实时播放,并在车端 5G 嵌入式平台/计算单元上部署 YOLOv4-Tiny 与 C-V2X 通信机制.设计了 Area/Event 两类田间作业标志与危险区域信息表达格式,构建区域库下发、路侧广播与事件触发共享的发布/更新机制与优先级策略.田间试验表明:直线稳定工况下,视频端到端延迟均值 180 ms、远程接管闭环时延均值260 ms;端侧推理时延均值24～32 ms、帧率约31～42 FPS,精确率 P 为 86.9%～92.8%、召回率 R 为81.4%～89.6%,告警提前量1.0～1.6 s;与仅5G 远程方案相比,5G+C-V2X 协同可将事件响应时间均值由 680 ms 降至240 ms,异常处置时间由6.2 s 缩短至3.4 s,限速触发正确率提升至96.5%,禁入区误入次数降至 0,重叠率与漏作率分别降低至 5.4%、1.6%,单位面积作业时间缩短至 54.9 min/hm2.研究结果验证了5G-V2X 条件下无人驾驶拖拉机远程作业的可行性与性能边界,为田间远程接管与协同安全管控提供技术参考.
拖拉机远程无人驾驶5G-V2XYOLOv4-Tiny
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随着我国化肥减施、有机肥推广等政策的逐步推进,有机肥撒施机械得到了广泛应用与快速发展.针对国内缺乏固态有机肥变量撒施机械的现状,设计了一种牵引式双立辊固体有机肥变量撒肥机.在颗粒自身旋转的基础上建立分析颗粒运动学模型,通过运动学与动力学分析,并结合离散元法(DEM)仿真,得出固态有机肥的撒施主要与抛撒辊转速、抛撒辊螺距、抛撒辊倾斜角度和料门开启度等关键因素有关.针对高速作业时的振动问题,通过对抛撒辊进行动平衡设计与配重优化,有效控制了作业振幅,使其在300～500 r/min 转速范围内满足ISO 1940-1 G16 平衡等级要求.采用中心复合设计(CCD)开展正交试验,结合响应面法与遗传算法进行多目标优化,得出最优参数组合为抛撒装置转速 500 r/min、抛撒装置螺距 400 mm、抛撒装置倾斜角度 4.5°、抛撒甩盘离地高度 880 mm、料门开启高度 615 mm,此时预测值与实测值误差小于 5%,满足大田有机肥撒施的作业要求.该研究为我国化肥减量政策的实施提供了可靠的技术支持与理论依据,对提升有机肥利用效率、促进农业绿色生产具有积极意义.
固态有机肥抛撒机离散元仿真动力学仿真中心复合设计双立辊牵引式
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针对前后双电机电动拖拉机转矩分配的优化问题,提出了一种基于驱动系统能效最优的转矩分配方法.通过分析双电机电动拖拉机整机结构和性能参数,确定并计算双电机系统能效数学模型,在满足整机需求转矩的前提下,以驱动系统整体能量利用效率最大化为目标,引入分层优化搜索算法,得出最优转矩分配系数矩阵,以此实现对前后双电机需求转矩的分配.为验证策略有效性,研究以 CCBC、NEDC 等标准循环工况为参考,结合拖拉机田间作业与道路行驶时的阻力、速度特征,设定了犁耕、旋耕和转场 3 种具有代表性的典型工况,通过 Cruise 与 Simulink 进行联合仿真,对所提出的能效最优分配策略与传统平均分配策略进行对比分析.仿真结果表明:与平均分配转矩策略相比,应用能效最优策略后,前轴电机工作点显著向高效率区迁移,运行效率普遍提升至 88%以上,转速稳定在约1 000 r/min 的高效区间,系统驱动能耗显著降低;后轴电机工作范围得到有效拓展,可稳定输出约 125 N·m 的高扭矩,增强了系统在重载、坡道等复杂工况下的适应能力;单次转场工况下,采用能效最优转矩分配策略后的拖拉机百公里电耗比平均分配转矩策略降低约 5.44 kW·h.该方法有效提升了拖拉机驱动系统运行效率与作业经济性,为拖拉机电驱动系统能效优化提供了可行的技术方案.
双电机电动拖拉机转矩分配控制策略能效最优
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针对丘区桑园环境复杂,现有导航方法易因地形起伏、缺株导致路径偏差的问题,提出一种基于激光雷达的桑园行间中心导航线实时提取方法,可为农机自主导航提供连续、稳定的基准路径,有效避免中耕、除草、施肥等桑园管理机械自主作业过程中因侧偏而与树干发生碰撞,保障机具作业质量与安全.该方法通过直通滤波提取感兴趣区域,结合空间下采样与统计滤波实现数据去噪与冗余剔除;采用改进的随机抽样一致算法(Random Sample Consensus,RANSAC)实现地形自适应地面分割,基于密度的聚类算法(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise,DBSCAN)与边界点检测识别左右树行边界;通过动态选取控制点,结合移动平均滤波与贝塞尔曲线拟合生成平滑连续的导航线.试验表明,该方法可适配平地、坡地、弯曲行与缺株等多种场景,能稳定、精准地完成导航线提取.在直线树行条件下,算法提取导航线与人工标定结果间的偏航角误差不超过 1.0°,平均横向偏差最小为 0.04 m,检测准确率可达 97%,平均单帧处理时间为0.539 s,满足农机实时导航要求.该方法不仅适用于桑园,还可进一步扩展至柑橘等多年生经济作物种植园,能够为丘区农业装备的自主作业提供可靠的技术支持.
桑园导航线实时提取激光雷达随机抽样一致算法地面分割贝塞尔曲线
