水稻秸秆与土壤翻埋过程是影响秸秆还田的重要因素。在前期建立的还田刀辊—土壤—水稻秸秆三者仿真互作模型的基础上，进一步研究土壤颗粒的运动状态。在耕深为20cm、刀轴旋转速度为240r/min、单位秸秆量为3.5kg/m2时，以秸秆翻埋率和还田深度为指标，分别进行仿真与室内模拟试验，翻埋率分别为87.5%、86.7%，还田深度分别为19.16cm、18.68cm，模拟试验验证仿真试验的有效性。仿真结果显示所标定颗粒152658与刀辊接触时，开始向后下方位移，到达最低点后随着刀辊的旋转向后上方抛洒，此时运动轨迹近似抛物线，随后在重力作用下回落到地表，与其他颗粒碰撞产生波动，直至最终停下。通过随机标定颗粒研究土壤受力情况，结果表明：当弯刀在开始接触土壤颗粒时，颗粒X、Y、Z方向受力均直线上升，最大值分别为15.61N、37.2N、50.37N，直到该土壤颗粒团被弯刀切碎后，力逐渐下降为0。同理标定秸秆颗粒45681，分析其运动轨迹，仿真结果表明：起初土壤颗粒对秸秆速度产生促进和抑制双重作用，随着土壤回落地表，秸秆在土层下主要受到土壤摩擦作用，直至秸秆速度降为0。仿真分析从微观角度揭示弯刀对秸秆翻埋还田的工作机理，为部件优化设计提供理论支持。

在农业生产管理中，利用农业物联网可以高效地获取农作物的生长环境信息，但是农田中终端节点之间分布距离较远，同时受限于接入容量，设备功耗等，从而给农作物环境监测带来一定的困扰。针对智慧农业存在的问题，利用NB-IoT技术组建无线传感网络对农作物生长环境进行实时采集和监测，同时研究基于多传感器数据融合方法，利用自适应加权平均融合以及神经网络方法对各区域内的传感器数据进行融合，从而得到农作物环境状况的综合判断。该方法可以针对不同农作物及其生存环境需求，有效提升农作物生存状态预测精度，本方法相比传统方法预测误差降低45%以上，验证本方法的有效性和优越性。

针对大规模农田不同灌区的灌溉需求，设计一种基于STM32的自动灌溉控制系统。该系统采用模块化设计方式，实现灌溉设备和施肥设备的集中控制；通过人机交互界面，实现设备监控、轮灌计划及系统参数设定；可根据不同作物的需求实现水肥精准灌溉。经试验验证：模拟量理论输出值与实际输出值的最大误差为7.5%；压力传感器输出值与模拟量输入值的最大误差为3.7%。

基于中国省级面板数据，对中国耕地利用碳排放总量进行核算，分析其时空演化特征，运用协整分析、Granger因果关系检验探究耕地利用碳排放与粮食产量间关系，运用STIRPAT模型及地理加权回归模型(GWR)揭示耕地利用碳排放的驱动因素。研究发现：中国耕地利用碳排放总体呈上升趋势，但自2017年起进入负增长阶段，四种碳排放类型所占比重从大到小依次为废弃物处理碳排放(48.165%)、生产要素投入碳排放(46.924%)、耕地种植碳排放(3.513%)、自然源碳排放(1.416%)；与此同时，空间相关性检验表明中国耕地利用碳排放具有显著的区域聚集特征；中国耕地利用碳排放结构上以生产要素投入碳排放和废弃物碳排放为主，且省际间的耕地利用碳排放类型存在较大差异；中国耕地利用碳排放总量与粮食产量之间存在长期均衡关系，同时存在着从耕地利用碳排放到粮食产量增长的单向因果关系；农村总人口数、农村居民可支配收入、农业机械水平均对耕地利用碳排放均有正向影响，影响系数分别为0.624、0.163、0.337，且各影响因素的回归系数在空间上呈现出明显的阶梯分布。研究结果表明：中国耕地利用碳排放时空差异特征明显，且我国农业生产仍存在高投入、高产出、高污染的特点，应基于各省(市)的实际情况，因地制宜地实施差异化的降碳政策。

针对柑橘园采收运输劳动力缺乏以及自主导航方式实现难度较大的问题，设计跟随导航的方式实现柑橘的自动化运输。基于激光雷达和视觉信息融合，采用HSV阈值分割图像，获取采摘引导机器人的方向，并在方向范围内聚类识别引导机器人标志物点云，获得运输跟随机器人与采摘引导机器人之间的相对位姿，并通过控制算法使运输机器人进行跟随完成自主导航。在模拟环境中对该系统进行测试，结果系统在最大0.5m/s的速度下，直线跟随时平均纵向偏差1.5cm，平均横向偏差1.0cm，平均航向角偏差1.107°，弧线轨迹下持续跟随目标，跟随机器人在行间的停车试验也基本满足工作要求。系统为柑橘自主运输机械提供了技术支撑，为实际果园工作奠定基础。

气压深松通过对耕地犁底层内注入高压气体，使其产生裂隙实现深松作业。与传统机械式深松相比，气压深松具有深松效果好、动土量少、不易改变耕层结构等特点。为获得气松过程中犁底层内裂隙扩展特性及规律，在分析气压深松裂隙扩展理论模型基础上，同时进行气压深松室内模拟试验。试验结果表明：气压深松时，土表抬升明显，裂隙扩展机理符合抬升张拉机理，容重1.4g/cm3、1.6g/cm3、1.8g/cm3犁底层，在1.8MPa的气压作用下，土体裂隙扩展最大半径为0.55m,裂隙最大宽度为3.23mm、9mm、8.13mm，犁底层容重对裂隙扩展宽度影响明显但并非正相关，裂隙宽度随注气点距离的增加而减小。试验结果与理论分析表述一致，即气压深松裂隙的扩展为气压衰减、气体土内泄露、土体位移三个过程的耦合作用。

针对采集的玉米籽粒图像存在冗余信息多、目标区域占比小、目标位置具有随机性等问题，提出一种基于颜色空间(HSV)阈值分割的玉米籽粒图像切片处理方法，提高玉米籽粒破损及霉变的辨识准确率。首先，确定分割阈值，提取出玉米籽粒轮廓，根据轮廓的最小外接矩形框顶点坐标，确定裁剪坐标并裁剪图像；其次，获得未经图像切片处理与切片处理的GoogLeNet模型权重，在GoogLeNet第一、二、三层卷积及inception5b模块后使用GradCAM可视化方法，对不同卷积层所提取的特征进行可视化解释；最后，结合验证集准确率评价两组模型对完好、破损以及霉变玉米籽粒的特征提取能力。结果表明，本文提出的图像切片处理方法可将验证集准确率提高到93.74%，相较于未经图像切片处理的数据集，在GoogLeNet上验证集准确率提升7.99%；借助GradCAM可视化方法显示模型关注区域，可视化解释网络提取的特征，验证该方法的有效性，为玉米籽粒图像预处理及辨识分类提供新思路。

针对当前施肥机无法自主上肥、肥料抛撒效果差、转场作业耗时长、自动化程度低等问题，设计一款自走式上肥撒施一体机，通过对上肥、输肥、抛撒等关键部件进行设计，实现上肥、运输、撒肥一体化；该机可参数化设定链板输送速度、肥料闸门开度、竖直绞龙转速和抛撒机构护罩角度，实现撒施量和幅宽的可变调节，撒施幅宽4~7.5m，有效撒肥量1000~4000kg/hm2。按大田施肥3000kg/hm2、幅宽7m进行抛撒试验，施肥纵向变异系数约为15%，横向变异系数约为30%，施肥机能够满足大田施肥作业要求。

为精准辨识叶片粘连雾滴，提高叶面雾滴沉积分布检测的准确性，利用智能手机采集田间植保作业雾滴图像，选取9组喷雾检测叶片样本，使用以灰度级形态学为基础的处理算法进行叶片区域和雾滴区域特征提取。提出基于轮廓固性的雾滴类型判别方法，并与传统的基于圆形度和基于形状因子的方法进行对比；以粘连雾滴迭代开运算的结果作为标记，对传统距离变换分水岭图像分割算法进行改进。结果表明：经改进的分水岭检测算法，雾滴覆盖率比OTSU算法(最大类间方差法)与分块阈值算法分别高31.93%和33.43%，雾滴提取最低正确率为91.19%，平均正确率为97.23%；基于固性的雾滴类型判别方法正确率为97.5%，较基于圆形度和基于形状因子的方法分别提高21%和5%；沉积密度与人工统计的平均相对误差为6.61%，粘连雾滴分割最低正确率为91.03%，平均正确率为94.74%。该算法可为植保器械田间作业质量图像检测提供技术支持。

为增加玉米种植经济收益，扩大玉米脱粒机推广度，以提高玉米脱粒脱净率、降低脱粒过程破损率为旨，通过研究玉米脱粒装置的结构特点，优化设计一种可调节式玉米脱粒装置。通过理论分析，确定脱粒装置滚筒直径为600mm，纹杆长度为1400mm，调节杆长度为150mm。通过对脱粒过程进行力学和运动学分析，得出凹板筛可变间隙为0~25mm，进而得出脱粒间隙为20~45mm，根据脱粒滚筒的设计，确定作业参数，脱粒滚筒转速为200~300r/min以及物料进给量小于2.1kg/s。试制一台可调节式玉米脱粒装置物理样机进行性能试验，以调节间隙、脱粒滚筒转速、物料进给量为试验因素，以脱净率和破损率为指标，开展响应面试验，并依据试验结果进行参数优化。结果表明：试验因素对玉米脱净率和籽粒破损率的影响顺序为：调节间隙＞脱粒滚筒转速＞物料进给量。验证试验结果表明最优参数组合：调节间隙为30mm、脱粒滚筒转速为300r/min、物料进给量为1.5kg/s，在最优参数组合下获得玉米脱净率和籽粒破损率分别为99.07%、2.23%，满足谷物脱粒过程农艺要求。该研究也为玉米脱粒装置的设计与优化提供参考。

为强化施肥器的吸肥性能，提出采用计算流体力学手段研究喷嘴长度对射流式施肥器吸肥性能的影响。建立不可压缩多相流模型，基于该模型研究喷嘴长度对射流式施肥器的吸肥性能的影响，并对其影响机制进行调查分析。研究结果表明：喷嘴长度对射流式施肥器的吸肥性能有显著影响，当喷嘴长度过长时，施肥器的吸肥量增长受限，吸肥性能降低。不同进出口压差条件下，喷嘴长度为L施肥器的吸肥浓度、进口流量比和吸肥效率这几个指标也均为最低；且当进出口压差为1.0MPa时，喷嘴长度较小的施肥器的吸肥量均比喷嘴长度为L时的吸肥量大10%以上。通过对施肥器内部流场进行分析得到，施肥器内部负压分布是影响吸肥性能的关键，而较大的喷嘴长度则会限制吸肥腔内部的负压分布面积导致更加剧烈的空化现象，进而影响其相应的吸肥性能。

秸秆微粉碎后可作为新型节能环保原料，实现精细化和高值化利用。通过文献综述秸秆粉体的利用技术、秸秆微粉碎方式、秸秆微粉碎理论及设备研究现状，指出存在问题并展望未来发展方向。当前秸秆的利用途径多元化，秸秆粉体被应用于复合材料等众多领域，且市场需求持续增长。针对秸秆特性最适宜的粉碎方式是机械粉碎，但存在能耗大、粉尘污染等问题。秸秆微粉碎设备多借鉴矿石类物料的微粉碎设备，原料适应性差，且不能兼顾细粉碎粒度和高生产率的要求。粉碎理论研究多关注粉碎效果、能耗以及产量的影响因素，针对秸秆物性进行粉碎机理的研究较少。未来应扩大秸秆粉体高值化应用场景，探究更适宜规模化生产的秸秆复合微粉碎方式，提高秸秆微粉碎设备的自动化、专门化、简单化和轻量化。

针对我国荸荠去皮机械化程度低、去皮质量差，缺乏荸荠去皮评价标准，对高效、低损去皮技术和设备需求强烈等问题，详细阐明荸荠的物料特性，全面梳理去净率、去皮损失、去皮效率三种去皮技术评价指标及计算方法，系统总结近年来国内外常用荸荠去皮技术和新兴技术研究进展，重点凝练化学去皮、蒸汽去皮、机械去皮、超声波去皮、红外加热去皮等主要去皮技术，深入分析各种去皮技术的优缺点。指出荸荠去皮过程中易导致果肉熟化、褐变和去皮损失率高等技术难点，提出以多种去皮技术相结合、延长作业工序、新兴技术辅助等建议，为我国荸荠去皮技术研究和去皮机械创新设计提供参考。

为解决杏鲍菇人工分选耗时低效、准确率低的问题，提出一种基于深度学习的分级检测与抓取检测双模型并联的杏鲍菇智能分选方法和机器人智能分选系统。通过深度相机采集杏鲍菇图像，采用机器人作为分选执行器，基于ROS(Robot Operating System)应用python和C++语言设计开发智能分选控制软件，基于PyQt设计开发监控管理系统。测试结果表明：本分选系统可自动实现杏鲍菇的分级检测和机器人分选抓取，单只杏鲍菇分选检测用时18ms，分级检测平均准确率为88.35%，机器人抓取成功率为98.33%，智能分选成功率为88.35%，证实系统整体的可行性与有效性，为其他农产品智能分选系统的整体实现提供新的解决思路。

为明晰核桃在初加工过程中冲击载荷对其损伤断裂特性的影响，基于连续介质损伤理论，首先通过单轴压缩试验证明损伤的存在，然后使用落锤冲击试验台开展单次冲击和反复冲击加载试验，分别建立核桃损伤和断裂模型，最后探讨核桃尺寸在30~44mm区间时对模型特征参数的影响。结果表明：核桃尺寸为35mm时，损伤累积系数为最小值3.89；核桃尺寸为30mm时，产生裂纹需要阈值能量为4.74J/kg。核桃损伤是其发生断裂的成因。能量阈值是核桃裂纹产生的判定标准，损伤累积系数量化核桃抵抗损伤的能力，核桃尺寸与能量阈值和损伤累积系数分别满足线性关系和多项式关系。研究结果有助于在初加工过程中对核桃损伤断裂进行调控。

为解决目前靠人为主观经验判别鲜烟成熟度并不准确的问题，对不同成熟度鲜烟叶进行图像处理、特征提取，并建立鲜烟叶成熟度判别模型，以实现鲜烟成熟度的智能判别。通过采集云烟87品种不同成熟度上部烟叶图像的10种颜色特征和纹理特征，分别进行变量聚类分析以及相关性分析，筛选出每类特征与成熟度相关性最强的1个特征组成特征子集，利用基于遗传算法的支持向量机(GA-SVM)、基于粒子群算法的反向传播(PSO-BP)神经网络和极限学习机(ELM)进行鲜烟成熟度的判别研究。结果表明：以优选后5个烟叶图像特征作为模型输入时，所建立的GA-SVM、PSO-BP、ELM模型的判别准确率分别为92.00%、90.00%、84.00%。证明利用机器视觉技术判别鲜烟成熟度是可行的，为之后烟叶智能采收提供理论基础和技术支持。

化橘红烘干是其生产加工过程中非常重要的一个环节，通过调研化橘红干燥发展现状，合理分析该领域存在的科学与技术问题，为化橘红产业合理化发展提供参考和对策。根据化橘红自身特性，科学调研本领域应用的相关技术装备现状，通过结合化橘红传统干燥工艺和中草药领域现有的干燥方法，对比研究不同干燥方法及装备对化橘红有效成分和品质的影响，并充分考虑适应性和经济性等问题，浅析化橘红干燥装备的技术缺陷和不足，同时对该领域急需解决的关键技术和发展趋向进行合理分析。在当前化橘红干燥行业中，传统烘干房干燥设施和阳光生晒、阴干干燥设施的成本最低，微波干燥和热风干燥设备的效率最高，真空冷冻干燥和变温压差膨化干燥设备对化橘红的有效成分保留最多，但从效率、成本、有效成分损耗等各方面综合分析来看，各干燥设施或设备均存在不足之处，因此需要在探究并掌握化橘红传统干燥工艺流程及参数变化规律的基础上，建立化橘红干燥技术标准和品质等级标准，合理利用各干燥设备的优势，进行联合干燥，将各干燥方式的优势最大化。

为改变废菌棒人工脱袋、机械粉碎的低效率模式，设计一台集脱袋、粉碎一体的小型粉碎分离机。对脱袋装置和粉碎装置进行设计，分析粉碎过程中绞龙对废菌棒的作用力。基于离散单元软件EDEM，建立废菌棒的bonding模型，并对粉碎过程进行仿真。通过设计正交试验，得到绞龙参数对废菌棒粉碎程度的影响并建立预测模型；通过响应面分析和预测模型对影响废菌棒粉碎程度的参数进行优化，得到最佳工作参数为：粉碎轴转速323.4r/min，绞龙外径261.185mm，叶片厚度6mm，模型预测废菌棒的粉碎程度为81.739%。将最佳工作参数代入仿真试验，对比得到模型预测值与仿真值间的相对误差为1.79%，验证预测模型的可用性。以绞龙外径260mm，叶片厚度6mm制造样机，进行粉碎试验，结果表明：当绞龙转速为320r/min时，整机工作性能稳定，废菌棒喂入顺畅，粉碎合格率为92%，菌袋脱净率为93%，满足废菌棒粉碎分离机设计需求。

玉米适收期短，收获劳动强度大，有关玉米的研究工作总是受这两点限制。玉米剥皮装置中压送轮为橡胶材质，在实际工作中会发生很大的变形，ANSYS与EDEM等软件很难对其建立柔性化的仿真模型。针对以上问题，采用EDEMRecurDyn耦合的方式，建立玉米剥皮装置柔性化仿真模型，以剥皮辊及压送轮转速为试验因素进行试验，结果显示，当剥皮辊转速为480r/min、压送轮转速为96r/min，喂入速度为500kg/h时，玉米果穗平均受力为15.65N，受力的方差为7.80，果穗绕自身轴线的转动速度为58.86r/min，此工况下玉米受力平稳且有较快转速。以果穗剥净率、落籽率及籽粒破损率为试验指标进行台架试验对仿真结果展开验证，当剥皮辊转速为480r/min、压送轮转速为96r/min，喂入速度为500kg/h时，果穗剥净率为90.22%，落籽率和籽粒破损率分别为0.97%和1.07%，试验结果和仿真结果相吻合。此研究表明利用EDEMRecurDyn耦合建立玉米剥皮装置离散仿真模型，可为此后玉米剥皮装置试验工作提供前期指导，节省试验成本，减轻劳动负担。

针对平贝母筛净率低（含土率高）的问题，通过对平贝母与土壤团聚体物理力学特性试验，测定平贝母和土壤三轴平均尺寸和临界破损压力，结果表明：筛上平贝母土壤团聚体的三轴尺寸不显著，平贝母与筛上土壤团聚体的临界挤压力值显著。基于这一结论，提出筛揉方法的平贝母和土壤团聚物高效分离方案，搭建平贝母高效分离试验装置。计算并确定了筛揉装置揉搓力取值的最佳范围为20~40N，确定揉搓单体厚度的取值范围在0.2~0.4cm。设计二次回归正交旋转试验方案，得出喂入量、喂入量平方项与输送筛线速度平方项对筛净率的影响极显著，揉搓力、喂入量与输送筛线速度交互项对筛净率影响显著；喂入量、输送筛线速度平方项对破损率的影响极显著，揉搓力、喂入量与输送筛线速度交互项、喂入量与揉搓力交互项、喂入量平方项对破损影响显著。利用DesignExpert.V8.0.6软件，得出最优参数组合为：喂入量0.68kg/s、输送筛线速度0.38m/s、揉搓力36N时，室内试验筛净率为80.5%，破碎率为12.6%。田间试验表明：该分离装置筛净率平均值为79.18%，破碎率平均值为13.34%，满足平贝母机械化收获的农艺要求。