摘要:为了解决现行矮砧密植栽培模式下苹果树幼苗栽植过程所存在的人工栽植效率低、树苗直立度不理想、夹持皮带滑移导致株距变异系数高等问题，该研究以农机农艺融合技术为指导，研制了两点夹持式苹果树幼苗栽植机。该机具在现有连续开沟定距栽植机的基础上，对树苗实施上、下两点夹持，克服了原来一点夹持使得高株苗木相对地面初始角度难以保证的问题，以提高栽植后的直立度；对夹持输送形式进行改进，采用2条同步带代替原来V型带夹持输送苹树苗木以降低滑移率和株距变异系数；对动力匹配进行优化，加装限深轮提高栽植深度稳定性。根据不同品种苹果苗木栽植要求，开沟深度及宽度可调，栽植株距也可按需调节。田间试验表明：栽植后的苹果苗木直立度合格率由原来的90.63%提高至97.14%，平均栽植深度合格率由91.43%提升为93.33%，平均栽植株距变异系数由原来的5.03%降为3.74%，栽植效率由11.89株/min提升到12.26株/min，是人工栽植的37倍。对比现有机具，该研究改进机具的各项性能指标得到改善提升，为后续苹果生产全程机械化打下坚实的基础。

摘要:利用拖拉机排气余热能够有效降低燃油消耗，其中基于有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle, ORC）的余热能量转换效率最高。该研究根据拖拉机实际空间尺寸，试制了一种板翅式蒸发器用以回收柴油机排气余热。基于移动边界法建立排气与工质对流传热数值模型，结合台架试验数据验证模型有效性，并定量分析了柴油机全工况下蒸发器热力性能。为提高蒸发器传热量和适用范围，采用CFD仿真和BP神经网络进一步分析非设计工况时蒸发器传热特性，并对结构与工质参数进行优化。结果表明：1）蒸发器热力性能随转速和负载增大而提高，最大传热量为69.89 kW，在中低转速负载工况下，蒸发器出现传热不稳定现象；2）增加接管倒角和改变翅片形状，在蒸发器尺寸不变条件下传热量可提高5.2%，传热面积增大0.19 m2；3）通过优化流道、工质流量和进口温度，能够改善中低负载工况热力性能，如柴油机1 500 r/min时，工质流量可在0.03～0.08 kg/s范围变化，最大传热量可达19.46 kW。研究结果可为蒸发器实际应用于拖拉机及与柴油机工况匹配提供参考。

摘要:为提高农业机械零部件烘房温度均匀性，该研究设计并优化送风参数，分析其对速度场、温度场的影响。首先，通过理论分析和计算流体力学（Computational Fluid Dynamics）相结合的方法，对所设计的农机零部件烘房速度场、温度场进行数值模拟，得到烘房内速度、温度分布规律。进一步分析各送风参数对速度均匀性、温度均匀性的影响。结果表明：单侧送风回风方式优于双侧送风回风；送风口数量为8时，温度、速度均匀性较好；送风角度15°时，速度、温度均匀性较好。试验数值和模拟数值误差较小，温度误差小于1.68%，风速误差小于1.1 m/s，仿真结果可靠有效。所设计的农机零部件烘房工作稳定可靠，温度不均匀系数低于6%，满足设计要求。该研究可为农机零部件烘房结构设计及参数选取提供理论依据。

摘要:针对棉花竖直圆盘穴播排种器充种性能差、破损率高等问题，结合棉花穴播农艺，设计了一种双仓转盘式棉花竖直圆盘穴播排种器。介绍了穴播排种器结构组成及工作原理，设计计算了取种盘结构参数，对充种区和转运区临界状态棉种进行受力分析，建立力学模型，分析说明了窝孔安置角和取种盘转速对充种性能的影响，得出棉种临界破损状态时，取种盘和种子间隔圈的最小配合间隙为1.47 mm。以取种盘转速、窝孔安置角、排种间隙为试验因素，单粒率、破损率为响应指标，利用穴播器试验台开展响应面试验，并利用Design-Expert8.0进行多目标寻优。结果表明，3个因素对单粒率的影响大小顺序依次为窝孔安置角，排种间隙，取种盘转速。对破损率影响的大小顺序依次为取种盘转速，排种间隙，窝孔安置角。最优排种组合为取种盘转速23.9 r/min，窝孔安置角31.7°，排种间隙2.08 mm。对最优排种组合进行田间验证试验，分别将取种盘转速、窝孔安置角、排种间隙修定为24 r/min、32°、2.0 mm，得到单粒率为94.3%，破损率0.09%，试验指标满足国家标准，该研究可为棉花双仓转盘式竖直圆盘穴播排种器的结构设计、优化提供参考。

摘要:针对藕田机械化施肥实际需求，该研究设计了一种离心侧抛式撒肥器。通过建立单个肥料颗粒在叶片上受力的理论模型，确定影响颗粒运动特性的主要参数为撒肥盘转速、叶片倾角和叶片偏角。以肥料喂入速率以及上述因素为影响因素，利用EDEM软件进行单因素仿真试验，结果显示以撒肥器中心为原点，沿抛撒方向，肥料在单个统计区域的分布量变化趋势为先升高后降低。定义肥料分布最多的单个统计区域与撒肥器间的距离为峰值距离，以肥料分布均匀性变异系数和峰值距离为评价指标进行正交旋转仿真试验，根据试验结果利用Design-Expert软件对撒肥器结构进行优化，求取峰值距离为10、21 m且均匀性变异系数最小的两种叶片各自对应的叶片倾角和叶片偏角分别为8.5°、17.5°和11.5°、–1.9°。以上述结构撒肥器开展仿真与实际撒肥试验。仿真结果显示：撒肥盘转速1 250 r/min、喂入速率0.316 kg/s时，肥料分布均匀性变异系数、峰值距离、作业幅宽分别为19.43%、21 m和29 m，实际试验结果分别为21.95%、18.6 m和24.5 m。以藕田追肥中常用肥料尿素、复合肥、磷肥为对象开展撒肥性能试验，结果显示，撒肥盘转速、喂入速率、肥料种类、肥料种类与转速的交互项、肥料种类与喂入速率的交互项对肥料分布均匀性变异系数影响极显著（P<0.01），转速、喂入速率、种类对作业幅宽影响极显著（P<0.01）。该研究结果可为藕田撒肥机械设计提供重要参考。

摘要:为研究囊体表面的导叶长度对囊体管道水力输送特性的影响，该研究以导叶长度为控制变量，通过物理模型试验对囊体间断面的螺旋流流速特性进行了研究。结果表明：不同导叶长度下囊体间各断面的轴向流速分布基本相同，从轴心处沿径向呈现先增大后减小的变化趋势，且随着导叶长度的不断增长，囊体间各断面轴向流速的波动减小，轴向流速分布更加均匀。不同导叶长度下囊体间沿程各断面的周向流速梯度均呈现出先减小后增大的变化趋势，而周向速度最大值和最小值均出现在靠近上游囊体的区域，且周向流速随导叶长度的增加而增大，最大值能达到1.2 m/s。不同导叶长度下，靠近上游囊体区域的径向流速梯度最大，而囊体间中部断面的径向流速梯度较小，且随着导叶长度的增长，同一断面的径向流速分布逐渐趋于均匀。不同导叶长度下，同一测环上的轴向、周向和径向流速均呈现波浪状分布，其分别在–1.2～3.5、–0.6～1.2和–1.6～1.2 m/s之间波动。且受囊体支脚的影响，轴向、周向以及径向流速值在测轴为60°、180°、300°位置处均出现极值。该研究成果可为囊体管道水力输送的优化设计提供理论依据。

摘要:为更便捷地监测乌兰布和沙漠黄河沿岸沙丘移动速度并解析其影响因素，该研究以乌兰布和沙漠沿黄段沙丘为研究对象，应用无人机航拍技术开展沿岸沙丘的季节性地貌过程和影响因素研究。结果表明：1）研究区沙丘年移动速率1.08～2.27 m/a，多年平均输沙势为78.82 VU，年合成输沙势为25.92 VU，处于低风能环境，8～12 m/s等级风输沙势是年输沙势的主要部分，约占73.24%。方向变率（合成输沙势（Resultant Drift Potential，RDP）与输沙势（Drift Potential，DP）的比值）RDP/DP 保持在0.30～0.46之间，属于中等变率。合成输沙方向RDD为57.83°～107.39°，与沙丘移动方向较为一致，西风组占全年输沙势的52.09%，是沙丘年移动的主要驱动力。2）沙丘移动速率具有明显的季节特征，整体呈现春季移动速率快，冬末-春初次之，秋季与秋末-冬末相近，夏季移动速率最慢。其中，秋末-冬末、春季和秋季输沙势DP 8.48～20.49 VU，合成输沙势方向在90.02°～95.54°之间，RDP/DP值均在0.3～0.8之间，属于中等变率，西风组作用显著，这与年合成输沙方向及沙丘走向较为一致；冬末-春初和春末-夏季分别受东北风（NE）和南风组（SSE、S、SSW）作用，沙丘通过形态变化适应风向，移动速度降缓。季节输沙势主要集中在8～10 m/s风速等级，约占整个季节输沙势的40.76%～56.93%。3）综合各季节和年际输沙势与沙丘移动距离呈线性正相关，拟合方程为y=1.02+0.006 62x（R2=0.339，F=5.616，P=0.045），方程总体显著，输沙势可以表征该地区沙丘移动距离。基于无人机监测的沙丘运动研究综合显示，风况是该地区影响该地区沙丘移动的主要动力，其中西风组8 m/s以上风速是研究区沙丘移动的主要驱动力。风向变率和合成输沙势方向与沙丘移动方向一致时沙丘移动则快，不一致时则缓；无人机可在较大尺度上为沙丘移动提供更为便捷的监测服务，研究结果可为同类地区沙丘移动的无人机监测提供参考依据。

摘要:利用无人机遥感的方式进行农作物长势监测是目前精准农业、智慧农业发展的重要方向，为了探究无人机多光谱反演小麦叶面积指数（Leaf Area Index，LAI）和叶绿素含量的模型估算潜力，该研究在3个飞行高度（30、60、120 m）采集多光谱影像，通过使用全波段差值光谱指数（Difference Spectral Index，DSI）、比值光谱指数（Ratio Spectral Index，RSI）、归一化光谱指数（Normalized Spectral Index，NDSI）和经验植被指数与地面实测数据进行相关性分析，获得不同高度下的光谱指数与LAI和叶绿素含量的关系模型及其决定系数，以决定系数为依据分别构建多元逐步回归、偏最小二乘回归和人工神经网络等模型，分析不同飞行高度无人机多光谱反演小麦冠层LAI和叶绿素含量SPAD（Soil and Plant Analyzer Development）值的精度。结果表明：1）30 m高度下，绿-红比值光谱指数与小麦LAI的相关性最高，相关系数为0.84；60 m高度下，红-蓝比值光谱指数与小麦叶绿素含量的相关性最高，相关系数为0.68；2）在60 m高度下，经验植被指数与小麦LAI和叶绿素含量的相关性较好, 最大相关系数分别为0.77和0.5。3）利用偏最小二乘回归反演小麦LAI的精度最高，决定系数为0.732，均方根误差为0.055；利用人工神经网络模型反演小麦叶绿素含量的精度最高，决定系数为0.804，均方根误差0.135。该研究成果为基于无人机平台的高通量作物监测提供理论依据，并为筛选无人机多光谱波段实现作物长势参数快速估测提供应用参考。

摘要:咸水膜下滴灌技术是缓解干旱区灌溉水资源短缺的有效途径之一。该研究基于3 a不同梯度矿化度（2、3、4、5、6 g/L）水源膜下滴灌棉花测坑试验，分析棉花全生育期时段内不同土层盐分累积规律，并基于土壤水分及溶质运动理论构建了咸水滴灌棉田土壤盐分HYDRUS-2D数值模拟模型，分析数值模拟不同咸水矿化度下土壤盐分分布与运移累积特征的可行性。结果表明：1）3、4 g/L矿化度处理下盐分在时间水平上积累量少，且棉花株高、叶绿素、籽棉产量高于5、6 g/L矿化度处理，4 g/L为灌溉水源盐分阈值。2）土壤电导率随灌溉生育期整体呈现出逐渐累加的趋势，至吐絮期达到峰值；滴头位置处电导率随土层深度的增加均呈先增后减趋势，在60～70 cm土层达到峰值，该土层各不同矿化度处理土壤电导率分别为3.04、3.18、3.15、3.00、3.12 dS/m；3）盐分累积过程中呈锯齿型波动，灌溉水源矿化度越高累积趋势越显著；各土层盐分累积模拟精度以30 cm土层最高、10 cm土层最低，50 cm土层居中，不同土层实测值与模拟值的平均绝对误差小于等于0.168、平均相对误差小于等于15.321、均方根误差小于0.2、决定系数大于 0.79，土壤盐分实测值与模拟值具有很好的一致性，说明数值模拟的可行性。研究结果可为干旱区不同矿化度水源膜下滴灌棉花土壤盐分运移机理研究提供依据。

摘要:为全面剖析气候和土地利用变化下黄河流域农业干旱时空演变特征及驱动机制，该研究首先构建黄河流域SWAT分布式水文模型，模拟黄河流域水循环过程，基于标准化土壤湿度指数（Standard Soil Moisture Index，SSMI），识别不同干旱等级下的农业干旱历时、强度及干旱事件，分析黄河流域不同分区农业干旱特征值以及干旱事件频率在年季尺度上的演变特征；在此基础上，通过SWAT模型驱动农业干旱模拟方案集，厘定和量化气候和土地利用变化对黄河流域农业干旱的影响贡献率。结果表明：累积时间尺度越大，农业干旱发生的次数越少，但历时越长，农业干旱开始和结束时间多集中于春季和夏季；黄河流域90年代农业干旱最为严峻，尤其上游C区最容易遭受重旱和特旱，农业干旱频率高达70%～90%；气候变化是驱动黄河流域农业干旱发生的主要诱因，贡献率约为50%～90%，而土地利用变化对农业干旱的影响相对较弱，贡献率约为10%～50%。研究结果可为黄河流域制定合理的农业抗灾措施提供参考。

摘要:灌溉可以有效缓解气候变化对粮食生产的不利影响。采用中国不同区域2006－2019年实际灌溉用水量，对4个气候模式（GFDL-ESM2M，HadGEM2-ES，IPSL-CAM5-LR，MIROC5）驱动下的3种作物模型（GEPIC、PEPIC和LPJml）的灌溉用水量进行评估，优选模拟结果较好的前5个模式组合，分析RCP2.6和RCP6.0情景下，2021－2050年中国玉米、水稻、大豆和小麦产量变化，评估灌溉面积扩张的增产效应。结果显示：未来气候变化下，2021－2050年降水量的增加使得中国水稻和大豆以及北方地区玉米和小麦产量均呈现增长趋势，其中东北80%左右的地区和西北70%左右的地区玉米产量将提高0.2～0.8 t/hm2，东北85%左右的地区水稻和大豆增产幅度分别超过1.0、0.5 t/hm2，东北90%左右的地区和西北75%左右的地区小麦产量增幅分别介于1.0～2.0、0.5～1.0 t/hm2之间。降水量的减少使得西南南部地区的玉米和小麦产量均下降0.2 t/hm2左右。不同区域玉米和小麦的增产效应差异明显，由于北部地区光热条件较差、小麦基础产量较低，使得小麦灌溉增产潜力（1%～11%）以及增产效率（（0.12±0.06）kg/m3）均较高，北部地区小麦的灌溉面积扩张可有效应对气候变化的不利影响。

摘要:紫色土坡地是三峡库区水土流失的主要来源，严重影响着三峡工程的运行安全。植物篱是三峡库区坡地的重要水土保持措施之一，具有明显的减流减沙效益，然而植物篱地上及地下部分对坡面侵蚀的影响尚不明确。为此，该研究通过设置2个坡度（15°和25°）、2个降雨强度（60和120 mm/h）和3个坡面条件（裸坡对照、植物篱和仅有植物篱根系），开展人工降雨试验，分析各试验条件下初始产流时间、径流量和侵蚀量的变化特征。结果表明：植物篱、地下部分和地上部分的平均减沙效益分别为75.59%、29.45%、46.13%，是对应的平均减流效益的4.79、4.60、4.92倍；地上部分和地下部分延缓初始产流时间、减流和减沙平均贡献率分别为48.28%和51.72%、62.25%和37.75%、60.44%和39.56%，表明植物篱对减沙作用更明显，且地上部分对产流产沙的影响大于其地下部分。以上结果加深了香根草植物篱对坡地侵蚀过程影响的理解，可为三峡库区紫色土坡地水土流失防治提供科学依据。

摘要:准确认识稻田灌溉或降雨引起的排水发生规律及面源污染物排放特征，有助于优化控制灌排措施，实现稻田高效控污减排。该研究通过在稻田暗管和明沟排水出口处设置水位控制装置，组成了稻田明沟-暗管组合控排系统，针对6次典型灌溉引起的排水事件，监测了暗管出口和明沟出口处的排水强度和氮素浓度，开展了水氮流失规律研究。结果表明，在仅明沟控制排水（OD）下，灌溉引起的明沟排水量占总灌水量的44.0 %，灌溉导致的排水占比较大，应引起重视；对于明沟-暗管组合控制排水（CD），暗管和明沟控排的两级衔接改变了稻田和明沟的排水过程，使CD明沟出口排水峰值、强度及排水持续时间均低于OD，排水量降低了51.6%，CD明沟排水量占灌水量的比例降至24.4%；灌溉伴随施肥的排水事件（F1、F2和F3）中铵氮（NH4+）、硝氮（NO3-）和全氮（TN）的浓度远高于单纯灌溉的排水事件（D1、D2和D3），应注意施肥关键期的排水管理以减少氮素流失；CD明沟控排对暗管排水中的NH4+、NO3-和TN的消减比例分别为52.2%、54.2%和54.9%，同时CD明沟排水NH4+、NO3-和TN负荷相比OD明沟排水降低了42.6%、70.7%和39.3%，明暗组合控排系统的控污减排效果明显。因此，明暗组合控排措施具有较好的减排控污效果，对提高南方稻作区农田水氮利用效率和减轻面源污染具有一定借鉴意义。

摘要:为了精准刻画降雨过程特征，研制了一种具有野外复杂条件下普遍适用的全自动称重式雨量计，该仪器以STM32单片机为核心，利用A/D转换芯片对称重传感器的电压信号进行放大处理，获取分辨率为0.01 mm的分钟级别的降雨数据。试验结果表明，该雨量计测量标准差为0.02 mm/min，测量准确度最高为98.67%，说明该仪器监测精度高且适用范围广。称重式雨量计分辨率高，对微小雨滴反应灵敏，使得其监测结果较翻斗式雨量计大。此外，利用称重式雨量计在王东沟小流域进行野外自然降雨观测，发现该小流域自然降雨集中在5-9月，主要以次降雨量≤5 mm的降雨为主，而次降雨量为＞10~25 mm的降雨对降雨总量贡献最大。该仪器可以实时准确地监测降雨全过程，可为提高降雨监测技术的精准化和自动化水平提供参考。

摘要:为明确养分专家系统推荐施肥对东北玉米产量与收益、肥料利用率与土壤养分的长期综合效应，于2012—2020年开展了田间定位试验，共设置5处理：分别为1）不施肥（CK）；2）农民习惯施肥（FP）；3）养分专家系统推荐施肥（NE）；4）在NE基础上配施缓/控释氮肥（NER）；5）土壤测试推荐施肥（ST）。探究9 a间产量与收益、肥料利用率、土壤养分和养分平衡的变化规律。结果表明，NE和ST处理较FP处理显著降低了氮磷肥用量（P<0.05），显著增加了钾肥用量（P<0.05）。与FP处理相比，NE、NER和ST处理提高了玉米产量、收益及其稳定性。其中均以NE处理最高，之后依次为ST和NER处理。NE、NER和ST处理肥料平均回收利用率、农学利用率和偏生产力较FP处理分别提高了29.0%～40.1%（P<0.05）、31.3%～44.3%（P<0.05）和22.0%～31.7%（P<0.05），且均以NE处理最高。与FP处理相比，NE、NER和ST处理提高了0～30 cm土壤无机氮含量，降低了>30～90 cm土壤无机氮和0～30 cm土壤有效磷含量，而不同施肥处理土壤速效钾含量差异未达显著水平（P>0.05），其中NE处理与试验起始养分含量最为接近。9 a养分平衡结果显示，FP、NE、NER和ST处理氮、磷均表现为盈余，而钾素表现为亏缺，且NE处理氮、磷盈余量和钾亏缺量均为最低。综上，与农民习惯施肥和土壤测试推荐施肥相比，养分专家系统推荐施肥不仅可提高玉米产量、收益和肥料利用效率，并可保持土壤养分稳定。因此，它是一种适用于中国东北玉米的推荐施肥方法。

摘要:为了实现三七增产、提质和绿色生产，探究适宜的水肥耦合方案，以2年生三七为研究对象进行大田试验，设置3种灌水水平，分别为W1（0.5FC，FC为田间持水量）、W2（0.7FC）、W3（0.9FC）；4种施肥水平，全年施肥总量为1 440 kg/hm2，根据各个生育期设置不同的施肥比例，划分为F1（苗期∶花期∶果期∶根增重期比例为25%∶25%∶25%∶25%）、F2（25%∶30%∶25%∶20%）、F3（30%∶30%∶25%∶15%）和F4（40%∶20%∶30%∶10%），共12种处理，分析水肥及其耦合效应，对三七产量、品质、水分利用效率（Water Use Efficiency，WUE）和肥料偏生产力（Partial Factor Productivity of fertilizer，PFP）的影响，应用优劣解距离法对三七皂苷含量进行综合品质评价，并运用综合评分法对各处理进行基于产量、品质、水肥利用效率的综合评价，探究三七生长与生产管理的综合最优处理。结果表明：水肥耦合对发病率影响最大，灌水对WUE影响最大，生育期不同比例施肥对产量和PFP影响最大；5种皂苷中，W2F4处理的三七皂苷R1、人参皂苷Rg1、人参皂苷Re和人参皂苷Rd的积累量都显著（P＜0.05）高于其他处理，W2F4处理的三七皂苷R1含量最高，W1F4处理的人参皂苷Rb1含量最高；通过综合评分法求得最优处理为W2F4处理，发病率为12.97%、产量为2 976.42 kg/hm2、WUE为1.65 kg/m3、PFP为1.09 kg/kg；TOPSIS品质分析W2F4处理得分最高，为0.815。该研究结果可为三七合理水肥管理提供科学依据。

摘要:土壤结构力学稳定性不仅与土壤质量和肥力密切相关，而且还与农业器具设计和农业水土工程建设紧密联系。该研究以黄土高原广泛分布的塿土和黄绵土为研究对象，采用振幅扫描试验模拟振荡荷载过程，研究土壤容重和含水率对土壤结构力学稳定性的影响。结果表明：1）随土壤容重的增加，土粒间接触点增多，使得剪切强度参数：线性黏弹区的剪切应力和储能模量均增加，土壤结构强度增强；黄绵土屈服点的剪切应变和塿土的积分z随容重增加先增大后降低，表明土壤颗粒存在一个最稳定的排列组合方式。同时，剪切强度参数对土壤容重的响应更为敏感。2）随含水率的增加，土壤颗粒间黏聚力和摩擦力降低，剪切强度参数：线性黏弹区的剪切应力、屈服点的剪切应力、最大剪切应力均降低，土壤结构强度降低；当剪切应变在线性黏弹区时，塿土的弹性随含水率的增加而增加，而较大的剪切应变下的塿土的弹性和黄绵土总的弹性随含水率增加均降低。3）对比2种土壤，因塿土的黏粒、有机质、阳离子交换量、比表面积等较高，增加了土粒间的胶结强度，使得塿土的弹性和剪切强度较高，而黄绵土结构更具脆性。该研究结果表明基于流变仪中的振幅扫描测试所获取的流变学参数能够定量表征土壤细观结构力学稳定性，为进一步深入认识土壤微观力学特性提供了丰富的评价参数。

摘要:单位面积麦穗数是重要的产量构成因素之一，通过该性状和不同品种历史数据在田间完成对小麦产量的预估，对育种栽培和农业生产具有非常重要的意义。该研究基于小麦田间栽培试验提出了一套结合轻量级深度学习技术和小麦测产算法在Android（安卓）智能手机上离线分析单位面积穗数和田间测产的技术方案。首先介绍了手机标准化俯拍小麦冠层和手机端图像预处理算法，再根据灌浆期小麦冠层图像构建了MobileNetV2-YOLOV4深度学习模型对单位面积中的麦穗进行识别，然后结合迁移学习和TensorFlow.lite转换器完成了模型轻量化，最后通过Android SDK和SQLite构建了不同小麦品种在手机端的产量数据库和人机交互图形界面。开发的安卓软件"YieldQuant-Mobile"（YQ-M）可离线识别手机拍摄的麦穗数量，并在田间完成产量预测和结果输出等功能。基于从中国各小麦主产区中选择的80个代表性品种（共240个1 m2小区），使用YQ-M完成了这些品种的麦穗检测和小区测产研究。结果显示YQ-M的精确率、召回率、平均精确度和F1分数分别为84.43%，91.05%，91.96%和0.88。单位面积测产结果和实际产量的决定系数为0.839，均方根误差为17.641 g/m2。研究表明YQ-M对麦穗识别精度高，在田间环境下测产结果和算法鲁棒性良好。此外，YQ-M还具有良好的扩展性，可为其他作物的离线智能测产提供借鉴，并为小麦研究和生产实践提供低成本、便捷可靠的田间测产方法。

摘要:在集约化水产养殖过程中，饲料投喂是控制养殖成本，提高养殖效率的关键。室外环境复杂多变且难以控制，适用于此环境的移动设备计算能力较弱，通过识别鱼类摄食状态实现智能投喂仍存在困难。针对此种现象，该研究选取了轻量级神经网络MobileNetV3-Small对鲈鱼摄食状态进行分类。通过水上摄像机采集水面鲈鱼进食图像，根据鲈鱼进食规律选取每轮投喂后第80～110秒的图片建立数据集，经训练后的MobileNetV3-Small网络模型在测试集的准确率达到99.60%，召回率为99.40%，精准率为99.80%，F1分数为99.60%。通过与ResNet-18, ShuffleNetV2和MobileNetV3-Large深度学习模型相比，MobileNetV3-Small模型的计算量最小为582 M，平均分类速率最大为39.21帧/s。与传统机器学习模型KNN（K-Nearest Neighbors）、SVM（Support Vector Machine）、GBDT（Gradient Boosting Decision Tree）和Stacking相比，MobileNetV3-Small模型的综合准确率高出12.74、23.85、3.60和2.78个百分点。为进一步验证该模型有效性，在室外真实养殖环境进行投喂试验。结果显示，与人工投喂相比，基于该分类模型决策的鲈鱼投喂方式的饵料系数为1.42，质量增加率为5.56%。在室外真实养殖环境下，MobileNetV3-Small模型对鲈鱼摄食状态有较好的分类效果，基于该分类模型决策的鲈鱼投喂方式在一定程度上能够代替养殖人员进行决策，为室外集约化养殖环境下的高效智能投喂提供了参考。

摘要:针对加载预训练模型的传统SSD（Single Shot MultiBox Detector）模型不能更改网络结构，设备内存资源有限时便无法使用的问题，该研究提出一种不使用预训练模型也能达到较高检测精度的灵武长枣图像轻量化目标检测方法。首先，建立灵武长枣目标检测数据集。其次，以提出的改进DenseNet网络为主干网络，并将Inception模块替换SSD模型中的前3个额外层，同时结合多级融合结构，得到改进SSD模型。然后，通过对比试验证明改进DenseNet网络和改进SSD模型的有效性。在灵武长枣数据集上的试验结果表明，不加载预训练模型的情况下，改进SSD模型的平均准确率（mAP，mean Average Precision）为96.60%，检测速度为28.05帧/s，参数量为1.99×106，比SSD模型和SSD模型（预训练）的mAP分别高出2.02个百分点和0.05个百分点，网络结构参数量比SSD模型少11.14×106，满足轻量化网络的要求。即使在不加载预训练模型的情况下，改进SSD模型也能够很好地完成灵武长枣图像的目标检测任务，研究结果也可为其他无法加载预训练模型的目标检测任务提供新方法和新思路。

摘要:针对山地果园光线变化和枝叶遮挡干扰果实距离检测的问题，该研究提出一种利用目标区域像素数量变化预测成像距离的算法。根据单目测距原理和柚果成像特性，以具备尺寸和形状代表性的离树柚果样本为研究对象，在采摘作业距离范围内利用单一相机以固定间隔步距对果实某一侧面连续获取图像数据，用以建立并验证目标区域像素数量变化与成像距离变化之间的多元回归关系。随后将该算法应用于果园中树上柚果样本以检验其适用性，并讨论初始成像距离和步距取值对测距精度的影响。研究结果表明，在125 cm以内，6个树上柚果样本的测距相对误差均低于5%，满足采摘机械手目标定位的精度要求；初始成像距离对该算法测距精度具有显著影响。该研究单目测距算法满足果园环境中柚果目标与相机间距离检测需求，为相关采摘机械手的柚果目标识别提供了一种可行方案。

摘要:针对奶牛养殖场复杂环境下多目标奶牛嘴部自动跟踪及反刍监测困难的情况，该研究提出了一种基于嘴部区域跟踪的多目标奶牛反刍行为智能监测方法。在YOLOv4模型识别奶牛嘴部上下颚区域的基础上，以Kalman滤波和Hungarian算法跟踪上颚区域，并对同一奶牛目标的上颚和下颚区域进行关联匹配获取嘴部咀嚼曲线，以此获取反刍相关信息，从而实现多目标奶牛个体的嘴部跟踪和反刍行为监测；为解决奶牛快速摆头运动和棚舍栏杆遮挡引发奶牛标号变化的问题，提出未匹配跟踪框保持及扩大的方法。采集并选择实际养殖场环境下的反刍奶牛视频66段，对其中58段视频采取分帧操作得到图像，制作YOLOv4模型数据集，以其余8段视频验证跟踪方法和反刍行为判定方法的有效性。试验结果表明，YOLOv4模型对奶牛嘴部上颚、下颚区域的识别准确率分别为93.92%和92.46%；改进的跟踪算法可实现复杂环境下多目标奶牛嘴部区域的稳定跟踪，且有效解决了栏杆遮挡、快速摆头运动造成的奶牛标号变化现象，上下颚匹配率平均为99.89%，跟踪速度平均为31.85帧/s；由反刍行为判定方法获取的咀嚼次数正确率的平均值为96.93%，反刍时长误差的平均值为1.48 s。该研究可为实际养殖中多目标奶牛反刍行为的智能监测和分析提供参考，也可供其他群体动物运动部位的跟踪和行为监测借鉴。

摘要:为解决传统机器视觉方法检测苗期作物行时不同作物种类、不同生长背景和不同作物行数导致的作物行提取精度低的问题，该研究提出一种基于区域生长和均值漂移聚类的苗期作物行提取方法。首先，通过Lab颜色空间中a、b双颜色分量最大熵法选取最优阈值进行图像分割；其次，通过垂直投影获取均值漂移的聚类窗口带宽，均值漂移时以聚类窗口边缘为种子点进行区域生长来归类和标记每一行作物，之后遍历所有作物行获取聚类中心点；最后，通过最小二乘法拟合聚类中心点得到作物行直线。试验结果表明，该方法对大蒜、玉米、油菜、水稻和小麦5种作物的苗期作物行提取精度较高，5种作物的平均行识别率为98.18%，平均误差角度为1.21°，每张图片的平均处理时间为0.48 s。该方法的作物行提取性能明显优于Hough变换方法，为田间环境多因素影响下的苗期作物行提取提供了一种更具鲁棒性的方法。

摘要:为提高诱虫板图像蔬菜害虫检测精度，针对背景区域容易导致误检的问题基于显著图分析技术构建了一种注意力深度网络害虫智能视觉检测方法。首先通过显著图筛选出粗候选区域；然后在粗候选区域内用全卷积神经网络精选出细候选区域；接着用神经网络分类器识别细候选区域害虫种类，得到含有冗余的若干检测框；最后用改进的非极大值抑制消除冗余检测框，实现诱虫板图像中目标害虫的检测。针对小菜蛾和瓜实蝇展开试验，获得86.40%的平均精度均值和0.111只的平均绝对计数误差均值，所提方法平均精度均值比Faster R-CNN和YOLOv4分别高2.74和1.56个百分点，平均绝对计数误差均值比Faster R-CNN和YOLOv4分别低0.006和0.003只；同时，消融试验中移除显著图注意力模块后平均精度均值下降了4个百分点、平均绝对计数误差均值增加了0.207只。试验结果表明，所提方法有效提高了诱虫板图像蔬菜害虫检测精度，其中，引入显著图注意力模块对提升检测精度有重要作用。

摘要:种子发芽指数（Germination Index，GI）作为评价堆肥腐熟度的权威指标，被广泛应用于评价堆肥产品植物毒性等方面，但对于GI测定方法和供试种子类型仍缺少统一标准，导致不同堆肥研究的GI结果缺乏可比性。为此，该研究通过设置不同毒性梯度的堆肥试验、选取不同类型种子，详细介绍了GI测定方法，规定根长为0和1 mm的计量标准以及根长起始测量位置，并系统分析了表征堆肥腐熟度指标与种子发芽之间响应关系。结果表明：最终产品GI以纯猪粪（26.54%～80.49%）、纯羊粪（16.71%～92.98%）、猪粪+秸秆（28.28%～110.74%）、羊粪+秸秆（43.38%～119.69%）的顺序递增。综合分析不同堆肥处理理化指标（温度、氧气、pH值、碳氮比）和植物毒性因子（电导率、铵根、有机酸和有机质）与不同种子GI（黄瓜、萝卜、白菜、油菜）相关性关系，发现萝卜种子响应度最高（r=0.96），在综合表征堆肥腐熟度和植物毒性上最具科学性和代表性。以上结果可为种子发芽指数测定、有机肥标准制定以及堆肥农田安全施用提供参考。

摘要:蓄冷温控箱利用低温相变材料储存冷量，通过缓慢释放调节并保持箱内温度，目前仍存在冷量释放速率无法控制、剩余冷量预测难等问题，而蓄冷板表面对流换热系数直接影响冷量的释放速率。针对以上问题，搭建了蓄冷板表面对流换热系数测量试验平台，研究不同环境及蓄冷板参数对表面对流换热系数的影响。采用二次回归正交试验设计方案，探究了蓄冷区进口空气流速、进口空气温度、蓄冷板传热面积以及蓄冷板间距对表面对流换热系数的影响，并对结果进行分析，建立了表面对流换热系数二阶预测模型，获得影响表面对流换热系数大小较显著的因素及较优的参数组合。试验结果表明：进口空气温度和蓄冷板传热面积的交互效应最大；通过响应曲面法建立的表面对流换热系数预测模型，得到最优参数组合为：进口空气流速4 m/s，进口空气温度25 ℃，蓄冷板传热面积0.455 m2，蓄冷板间距0.04 m，模型决定系数值为0.927 4，变异系数为5.78%。回归模型计算结果与试验结果吻合，最大误差为3.58%，平均相对误差为2.69%，表明该模型可以快速、准确地预测不同条件下的蓄冷板表面对流换热系数。试验结果为蓄冷温控箱冷量释放速率精准调控及剩余冷量预测提供参考。

摘要:随着各界对环境保护的重视，猪场迫切需要找到低成本的节能减排供暖方式。该研究把空气源热泵（Air Source Heat Pump, ASHP）供暖系统安装在猪舍里，通过测量供回水温度和能效比（Coefficient of Performance, COP），分别比较了ASHP供暖系统与直接电加热系统的节能率，以及ASHP供暖系统与直接电加热的电锅炉、管道天然气和液化天然气（Liquefied Natural Gas, LNG）的供暖运行费用。结果表明：试验期间，在北京供暖期室外平均温度为0.1 ℃时，ASHP系统的COP为2.86。与直接电供暖相比，ASHP供暖系统节能率为66%。ASHP、电锅炉、管道天然气和LNG供暖运行费用单位能源价格分别为0.22、0.62、0.34和0.37元/kW·h。在猪舍供暖中，ASHP系统具有降低能耗与减少CO2排放的潜力，是一种经济、清洁的可替代燃煤的供暖方式。

摘要:为了研究地震作用对依据荷兰规范设计的Venlo温室结构安全性的影响，该研究以荷兰公司设计的山东某Venlo型温室为例，利用有限元软件MIDAS Gen，采用振型分解反应谱法对设防烈度分别为7度（0.10 g）、7度（0.15 g）、8度（0.20 g）和8度（0.30 g）的温室整体结构进行模拟计算，对结构的周期、振型、应力和位移进行了分析探讨。结果显示，温室整体的最长自振周期为1.75 s，表现为较柔性的结构体系，前2阶振型分别为Y、X向的平动，在2个主轴方向上具有相近的抗震性能。不同设防烈度下，结构的承载力最大值均为216.96 MPa，由风荷载控制，最大应力小于构件屈服强度。当设防烈度为8度（0.30 g）时，X向地震作用对构件的拉、压应力最大，分别为211.95和196.02 MPa。无地震参与的荷载组合中X向风荷载产生的位移最大，达到31.80 mm。在地震参与的荷载组合中，柱顶最大位移为61.84 mm，结构变形主要受地震荷载的影响，Y向地震作用超过同工况下X向地震作用约11.6%。结论表明，引进的荷兰温室在地震设防烈度不高于8度（0.30 g）时，构件始终处于弹性范围内，满足规范要求，但最大变形超过了中国建筑抗震设计对弹性层间位移角1/250的要求。最后，该文对中国农业温室结构设计标准的编制提出了一些建议。

摘要:如何以最小的城市土地资源投入获得最大的社会经济生态效益是区域可持续利用和高质量发展关注的重点之一。以黄河流域资源型城市为研究对象，构建土地绿色利用效率测算指标体系，利用SSBM（Super Slack Based Measure，SSBM）模型测度2009－2018年黄河流域资源型城市土地绿色利用效率，选取空间自相关模型分析土地绿色利用效率的时空演变特征，借助时空地理加权回归（Geographically and Temporally Weighted Regression，GTWR）模型揭示影响土地绿色利用效率因素。研究结果表明：1）从时序变化来看，2009－2018年，黄河流域资源型城市土地绿色利用效率整体变化趋势不明显。2）从空间差异来看，黄河流域资源型城市整体空间关联性不强，集聚态势不显著，局部表现出"小集聚大分散"的空间分布特征。3）土地绿色利用效率影响因素具有空间异质性特征，经济和产业结构始终是影响区域土地绿色利用效率的核心因素，科技作用逐渐凸显，同时不同类型资源型城市主导因素存在明显差异。研究结果对于促进土地绿色利用效率驱动机制的深入研究具有指导意义，也可为黄河流域资源型城市土地高效可持续利用提供科学参考。

摘要:山地丘陵区域耕地资源稀缺，耕地碎片化现象严重，耕地地块细小狭窄且结构复杂，导致了地块级别的耕地信息难以快速、精准获取，阻碍了基于高分辨率遥感影像的精准数字农业服务在山地丘陵地区的应用。现有基于边缘检测/语义分割的耕地提取方法忽略了地块的结构化特征，对于狭长地块提取效果不佳，存在边界模糊问题。针对上述问题，该研究以西南山区湖南省邵东县为研究区，提出一种面向地块尺度的山区耕地遥感影像高精度提取方法。该研究模型主要有以下特征：1）将耕地边缘作为独立于耕地地块外的新类别，使得语义分割能够更好地区分耕地地块边缘和内部区域；2）级联语义分割网络和边缘检测网络，实现耕地边缘线特征和面特征的融合，使耕地边缘特征强化，提高耕地地块边缘检测精度；3）针对高分影像中耕地边缘像素远少于耕地内部像素问题，借助聚焦训练方法，使模型在训练过程中更加关注边缘像素，提高边缘检测精度。试验结果证明，该研究提出的方法在测试集上分类准确率和交并比分别为92.91%和82.84%，相比基准方法分别提升4.28个百分点和8.01个百分点。该研究所提取的耕地地块相比于现有方法更符合耕地的实际分布形态，为地块尺度的耕地信息精准提取提供了实用化方法。

摘要:科学的潜在土地利用冲突识别能够判别和协调冲突用地类型，也是有效解决当前日益严峻的土地利用冲突的基础。该研究以鞍山主城区为研究对象，基于耕作和建设适宜性评价系统开展耕地适宜性评价，通过ArcGIS软件以及耦合协调度模型进行冲突分区识别，进而根据冲突类型提出耕地差别化利用建议。研究结果表明：鞍山主城区周边耕地可划分为9类区域，包括3类潜在土地利用冲突区，占总面积的22.20%；3类耕作优势无冲突区，占总面积的67.33%；3类建设优势无冲突区，占总面积的10.47%，综合考虑城市周边耕地自然、区位和社会经济条件，将高度和中度潜在冲突区以及耕作优势区内的优质连片耕地划为永久基本农田；将建设优势区零散耕地作为城市开发边界弹性发展区用地；将生态红线范围内的低度潜在冲突区耕地划为生态用地。该研究结果为耕地利用适宜类型的冲突判别以及城市周边耕地保护提供参考。

摘要:为解决哈密瓜雕刻速度慢、花瓣大小不一致等问题，该研究提出了一种基于三维重构的哈蜜瓜均瓣雕花算法。对多角度拍摄得到的哈蜜瓜照片进行滤波处理，提取其图像特征并进行稀疏重建，通过点云坐标得出哈蜜瓜的特征参数；接着在稀疏点的基础上利用CMVS/PMVS算法进行稠密重建；最后调节八叉树算法与泊松表面重建，得到哈密瓜精确三维空间坐标。根据哈密瓜体型特征及设定花瓣数量，将点云三角网格化在深度优先算法的基础上结合粒子群算法，规划雕刻起点、终点及雕刻深度，使每个花瓣体积相同。采用48个哈密瓜，雕刻花瓣数取15~30，雕刻深度为1.5、2.0、2.5 cm。其中切割花瓣数为28这一组精度最低，测得最大与最小花瓣体积分别为3.40与3.25 cm3，最大体积差为0.15 cm3，误差小于5%。结果表明，该研究提出的基于三维重构的哈蜜瓜均瓣雕花算法精度高，研究结果可为机器人雕刻哈密瓜提供技术支持。

摘要:为研究茶叶热风烘干过程中内部水分的变化规律，该试验以绿茶为例，通过对揉捻后的茶叶进行动态热风烘干，监测不同喂入量（800～1 200 g）、烘干温度（90～120 ℃）、滚筒转速（20～30 r/min）下的茶叶含水率变化。试验采用烘干法测定含水率，将烘干温度、滚筒转速、烘干初始水分、预测时间作为输入，含水率作为输出，分别利用多元线性回归、BP（Back Propagation）神经网络、Elman神经网络以及粒子群优化的Elman神经网络（PSO-Elman）算法建立烘干过程茶叶含水率预测模型。结果表明，温度对烘干过程影响最大，喂入量以茶叶铺满滚筒壁形成完美抛撒料幕为宜，过多容易造成受热不均，整个烘干过程茶叶含水率降低速率呈现先快后慢的趋势，烘干结束时含水率基本稳定在4%～5%。分别对建立的多元线性回归、BP、Elman以及PSO-Elman含水率预测模型进行验证和误差分析，模型测试集决定系数分别为0.960 9、0.998 0、0.998 5和0.999 4，且BP和Elman，PSO-Elman模型的平均绝对误差仅为0.035%、0.026%和0.014%，而传统线性回归模型的平均绝对误差高达2.414%，相比传统线性回归模型，3种神经网络算法均表现出了更好的预测效果，能更好的预测茶叶烘干过程的含水率变化。研究结果可为茶叶热风烘干工艺和过程提供理论依据，为指导茶叶加工生产，提高加工效率和茶叶品质提供参考依据。

摘要:为获得节能低耗和品质较优的干香菇，利用红外喷动床干燥设备，对香菇分段变温干燥工艺进行试验研究。在单因素试验基础上运用Box-Behnken Design优化试验，研究前期风温、转换点含水率和后期风温对单位能耗、粗多糖含量、亮度L*值和收缩率的影响，通过加权综合评分法推导多项式回归模型，优化红外喷动床干燥工艺参数。经响应面优化的干燥参数为：前期风温56.00 ℃、转换点含水率53.00%、后期风温72.00 ℃，该工艺下单位能耗为143.52 kJ/g、粗多糖含量9.98 mg/g、亮度L*值68.11、收缩率83.15%，综合评分值为35.37，与预测值拟合度高达99.27%，表明应用红外喷动床干燥取得的香菇制品能满足当前香菇干燥的发展趋势及需求，为香菇干制品的综合应用及生产加工提供参考。

摘要:食品工业一直在积极地发现新的甜味分子，传统发掘方法费时费力，效率较低。该研究基于分子的甜味和分子结构相关的假设，利用文献、专利及数据库中的数据，建立甜味、非甜味分子数据集和甜度分子数据集，采用随机森林和支持向量机算法建立定性构效关系模型定性预测甜味分子；采用主成分回归、k最邻近回归、随机森林回归和偏最小二乘回归四种算法建立定量构效关系模型定量预测甜味分子的甜度。研究发现，随机森林算法模型的分类效果最好，接受者操作特性曲线下的面积为0.987，准确度为0.966；随机森林回归模型的甜度预测效果最好，决定系数为0.82，误差均方根为0.60。联用这两个模型在食品成分数据库中，发现542个具有甜味剂潜力的食品分子。

摘要:触土部件的阻力直接影响耕作机械和工程机械的作业效率，该研究利用工程仿生设计方法，基于蝼蛄前足爪趾优异的地下掘进能力，提取前足爪趾的三维几何构形特征用于仿生试件设计，通过土槽切削阻力试验和有限元模拟，分析蝼蛄前足爪趾几何构形的减阻性能和机理。研究结果表明，前足爪趾的构形特征对切削阻力有显著影响（P<0.05），仿生试件的切削阻力较楔状体试件最高可降低56.96%，三维仿生构形的减阻性能优于一维和二维构形。蝼蛄前足爪趾构形能使被切削土壤沿挖掘面顺畅移动，避免了土壤在仿生试件尖部的堆积和对中后部的挤压，实现切削阻力的减小。该基于蝼蛄前足爪趾的工程仿生研究可为耕作和工程机械触土部件的减阻设计提供理论基础。

摘要:比热、导热率和导温系数是鱼饲料重要的热特性参数，其在干燥及冷却工艺参数的调整、饲料湿热传递仿真模拟研究中均有应用。为了探究鱼饲料的热特性，同时探究反演算法求解饲料热特性的适应性，该研究以草鱼（成鱼）膨化饲料为研究对象，建立基于伴随方程法的反演模型；利用自行搭建的热传导试验装置并配合红外热像仪（测温精度±0.1 ℃），以获得饲料试样的温度分布规律；利用此数据可反演计算含水率为11%～17%的饲料在20～80 ℃温度范围内的比热、导热率和导温系数。使用差式扫描量热仪（Differential Scanning Calorimetry，DSC）和热特性分析仪分别测量饲料的比热和导热率，并计算导温系数，将此作为实测值；将反演算法所得值作为计算值。对二者进行线性拟合，决定系数R2均大于等于0.980，说明比热和导热率的计算值与实测值的误差较小，结果表明基于反演算法的鱼膨化饲料热特性参数测定方法是可行的。同时，结果表明，草鱼膨化饲料在11%～17%含水率和20～80 ℃温度范围内的比热为1.710～1.840 kJ/(kg∙℃)。饲料比热随温度的增大而显著增大（P<0.05）。当含水率由11%增大至17%时，饲料的比热显著增加（P<0.05），且呈线性规律。饲料的导热率为0.086～0.148 W/(m∙K)，当温度由20 ℃增大至80 ℃时，草鱼膨化饲料导热率显著增大（P<0.05）；含水率对其影响同样显著（P<0.05）。饲料的导温系数为5.701～10.003 m2/s，且受温度和含水率的影响均显著（P<0.05）。研究可为鱼饲料热特性参数的测定提供一种新思路。