通过梳理2019—2023年全国棉油糖蔬果茶药等主要经济作物产业和机械化发展情况，提出各作物机械化新趋势和急需解决的问题。结果表明，棉花种植面积逐年萎缩，单产逐年增加，机收率超过77%，国产采棉机实现新发展，机械化植保化控是短板；油菜不断扩面积提单产，油菜机种率达到45%，机械化移栽在不同地区形成配套解决方案，机收损失仍较大；花生种植面积和产量均达到新高，综合机械化率超过68%，收获机供不应求，南方机种机收是难点；甘蔗种植面积、产量基本稳定，分步式机收与联合机收同步推进，“一刀砍”问题亟待解决；蔬菜种植面积和产量稳步增长，综合机械化率为42.61%，以收定种、机艺融合理念得到认可，急需研推用一体推进种收关键机具熟化应用；园林水果面积和产量稳定增长，综合机械化率只有27.3%，现代果园全程机械化典型不断涌现，水果收获减损与防灾减灾装备水平亟待提高；茶园面积和产量持续增加，综合机械化率为34.09%，机采机运水平和夏秋茶利用率显著提高，加工向智能化成套设备方向发展，中耕施肥专用机具缺乏；临床常用类中药材种植面积呈恢复性增长，综合机械化率为42.90%，重点省份适宜品种基本实现全程机械化，山地林下和花叶果实类中药材机械化基本空白。

农机底盘技术是智能农机装备的关键技术，也是影响农业农村现代化的关键技术。欧美农场化、集约化的种植场景和雄厚的工业基础的先天优势使美西方在智能农机领域领先于我国，我国农机底盘的适应性差、智能化程度不足、舒适性差以及安全系数低。为此，从智能驱动、高适应性行走和自主作业三个方面对未来农业机械底盘智能化发展的方向进行思考和展望。着重归纳液压提升、动力换挡、无级变速、可变轮距、线控转向以及无人驾驶等新技术在农业机械底盘上应用的进展，并结合我国实际应用情况阐述农机底盘各系统相关技术的基本原理与特点，最后根据国内外农机底盘的研究进展和国内外的差距，从强化电液压技术与E-CVT的研发与升级、推动多向行走与线控转向技术的落地、实现智能化控制与无人作业等方面为未来智能农机底盘研究设计以及农业农村现代化发展提供参考。

针对播种作业均匀性差的问题,设计基于STM32单片机的小麦机械化匀播控制系统,通过轮式机器人变速作业,并依据轮式行驶机器人实时行驶速度,控制排种电机转速,实现变速匀播。采用多级控制直流电机转速,一级控制参数为轮式行驶机器人实时行驶速度信号,采用PID控制;二级控制参数为排种器电机实时电流和转速,采用模糊PID控制。控制算法仿真结果表明,该控制算法响应时间短,超调量小,控制效果良好。播种试验结果表明,轮式行驶机器人恒速状态下的播量控制精度达96.8%,变速状态下的播量控制精度达95.1%。

计算机视觉是一个涉及使机器“看到”的领域。该技术使用相机和计算机代替人眼来识别，跟踪和测量目标以进行进一步的图像处理。随着计算机视觉的发展，这种技术在现代农业领域得到广泛的应用，并在其发展中发挥关键作用。首先，详细阐述计算机视觉的概念、组成部分和工作原理。其次，介绍国内外计算机视觉技术在水产养殖、畜牧养殖、农作物生长监测、农作物病虫害监视、果蔬识别定位与采摘等领域的研究进展与应用情况。通过分析发现，现有技术可以促进现代农业自动化发展，实现低成本、高效率、高精度的优势。然而，未来技术将继续向现代农业新的应用领域拓展，需要克服的技术问题会更多。最后，系统总结和分析计算机视觉技术在现代农业的应用与挑战，探讨未来的机遇和前景，为研究者提供最新的参考。

高速作业是当前精量播种技术的发展趋势，气力式精量排种器是实现高速作业的关键技术载体。分析限制气力式排种器作业速度提升的主要因素，提出高速充种技术、稳定清种技术、投种过程种子平稳运动控制技术、排种器平稳驱动技术四项关键技术。综述气力式精量排种器主要类别及特点，梳理国内外气力式排种器研发应用现状，针对提出的四项关键技术分析国内外研究现状，得出稳定充种、有效清种、平稳投种、排种器平稳驱动是有效提升高速作业播种合格率、降低变异系数、保证粒距均匀性的主要技术措施。结合我国的情况分析高速精量播种存在作业速度及效率低、电驱技术及质量监控技术不完善等问题，提出气力式高速精量排种器需要加大自主创新，未来向着高精度、高效率、智能化方向发展。

目前果蔬采摘大多以人工采摘为主，存在效率低、采摘成本大等缺点，同时随着人口老龄化问题的日益严重，劳动力紧缺，制约农业的快速发展。末端执行器作为果蔬采摘机器人的关键部件，在很大程度上影响着采摘机器人的采摘率和损伤率，对末端执行器的研究具有至关重要的意义。充分阐述当前国内外果蔬采摘机器人的研究现状。根据采摘方式和驱动方式的不同对采摘末端执行器进行归纳，总结出采摘过程中致损原因。通过列举典型采摘末端执行器，分析末端执行器在采摘过程中果实致损的原因；通过对现有采摘机器人末端执行器方案的具体参数对比梳理，提出存在识别定位不准、采摘效率低等问题，并从损伤率、采摘效率等方面对未来末端执行器进行展望。

目前我国仍采用传统的人工方式采摘名优茶，实现名优茶机械化、智能化、高效率采摘成为当前一个研究热点。从名优茶嫩芽的识别和定位、机械臂的设计、末端执行器的设计等方面，介绍国内外名优茶采摘机器人的研究进展、特点，指出当前采茶机器人存在识别定位较差、采摘速度较慢等问题。研发具有普适性和通用性的嫩芽识别定位算法、高效的采摘机械臂及其控制系统、具有保护性的柔性末端执行器都是未来名优茶采摘机器人需要解决的关键问题。

壳仁分选是核桃破壳取仁的重要环节，是核桃进行精深加工的基础。对核桃壳仁分选领域中智能分选技术、风选技术、筛分技术和浮选技术的设备研究和应用现状分别进行剖析和总结。核桃智能分选技术具有识别率高的优点，可用于壳仁初步分选后的仁的精选，但由于目前智能分选设备成本较高，在生产中推广应用存在难度；风选技术具有仁损伤小、设备易操作的优点，通过改变设备结构，可达到不同分选效果，在核桃壳仁分选领域应用最为广泛；筛分技术中，筛网一定程度上会损伤果仁，多用于对榨油核桃的壳仁分选；浮选技术中，壳仁分离后需要进行干燥处理，提高了生产成本，目前应用较少。在分析分选技术优缺点的基础上，提出应加强智能分选设备研发和促进不同分选技术间进行技术融合的发展方向，为核桃壳仁分选设备的研制提供理论参考。

核桃是我国重要的经济作物，其收获具有采收时间短、收获环境复杂等特点。随着近年来我国核桃产量的快速增长，现有的收获技术制约着核桃产业的发展，核桃机械化收获存在的问题逐渐凸显，核桃机械化收获体系亟需完善。国内外现有的核桃机械收获装置可分为分段式与采收一体式，通过总结核桃机械化收获装置的结构、特点以及工作原理，指明现阶段核桃机械化收获装置存在自动化水平不足、装置集成化程度低、地形适应能力不足、作业效果差等问题，并对核桃机械化收获装置未来的发展提出建议，为核桃机械化收获装置的改进与创新提供方向与思路。未来核桃收获机械的发展应全面面向自动化、智能化、集成化、拥有更强的适应性与可靠性，以满足不断发展的核桃产业的需求。

我国古代是传统的农耕社会，农具器械自古以来就是我国农业生产中不可或缺的一部分，它们是劳动人民在实际生产中创造的智慧结晶，更是农耕文明和传统文化传承的重要载体，同时也是历代画作、画像石、壁画等作品创作的重要题材。基于此，研究古代农具的发展变迁，并以耕整播种器械、灌溉器械、收获器械、加工器械为大类，通过古代美术作品中出现的农具形象，对中国古代的犁、耧、耙、耖、翻车、水车、镰、刈、锄、连枷、杵臼、磨等典型农具进行探究，结合作品分析它们的功能特点、使用方式及文化承载等。这些农具发明使用不仅提升社会生产力，直接推动我国农耕社会繁荣发展，而且将它们融入文化创作后，成为古人歌颂社会生活、寄托美好愿望、表达政治理想的重要抓手和载体。以美术作品为例证和视角来研究古代农具，为我国农耕文化遗产研究提供一种新思路，对如何挖掘提炼农耕文化中的古代智慧、科技价值和时代意义具有重要作用，也为现阶段农耕文化遗产的传承、保护、利用及乡村振兴文化建设提供参考。

剪枝点的精确识别与定位是实现葡萄藤冬季剪枝智能化的基础,葡萄藤关键结构的分割是用于推理精确剪枝点的重要前提。针对现有分割方法受背景影响较大致使葡萄藤各关键结构损失和剪枝点识别与定位不准确的问题,提出一种基于Mask R-CNN的葡萄藤关键结构分割方法,建立葡萄藤修剪模型以及各关键结构数据集。通过主干特征提取网络和分割性能的对比试验,得出最优的Mask R-CNN模型结构并验证其拟合与泛化能力以及在不同自然背景下的分割性能。结果表明,以ResNet 101+FPN为主干特征提取网络的Mask R-CNN模型具有较好的拟合与泛化能力,相较于对照组模型准确率分别提升7.33%和8.89%,召回率分别提升9.32%和9.26%,平均精度均值分别提升12.69%和12.63%,其能够克服各类自然种植背景因素,分割目标边缘完整,葡萄藤各关键结构之间连接关系正确。

为优化履带式全地形车爬坡特性，提升其对复杂地形的适应能力，利用离散元法(DEM)与多体动力学(MBD)耦合算法，建立基于RecurDyn与EDEM的DEM-MBD耦合模型，并结合正交试验设计方法，研究路面类型、车辆质心位置、接地长度、速度耦合对车辆爬坡能力与稳定性的影响规律。研究结果表明:各因素对履带式全地形车爬坡能力的影响权重为:速度>x向质心坐标>路面类型>接地长度>y向质心坐标。基于正交试验理论，爬坡能力最佳组合为:碎石路面，质心位置为x=200，y=400，接地长度为1 100 mm，速度为5 km/h；当该型车辆运行速度为0~5 km/h时，提升速度、前移质心有利于提升车辆爬坡能力；该车辆在低车速、砂土地形、较大的接地比压的情况下稳定性更好。

“双碳”已成为当前中国农业绿色发展的关键任务，为实现2060年碳中和目标减少农业温室气体排放刻不容缓。通过回顾中国近年来农业碳排放研究进展以及发展趋势，从农业材料、水稻种植、耕地固碳、秸秆燃烧、畜禽养殖和农业机械六大排放源进行研究，并提出农业六大排放源碳减排建议以及展望。研究发现：当前对农业材料、水稻种植、秸秆燃烧、畜禽养殖和农业机械五大农业排放源的农业碳排放强度实证分析较多，且碳减排效果显著，原因是对其碳排放有效的监管以及加强购买补贴政策的影响。而对耕地固碳这一排放源实证分析较少，且碳减排进程较慢，主要是由于受到农户主观因素影响较大，应加强对农户宣传学习。中国在农业碳排放总量虽呈现上下浮动但整体趋于下降趋势，为实现绿色可持续发展需要政府和全民共同努力，实行低碳农业有助于实现2060碳中和目标。

果园机械化是提升生产效率、增加果农经济收入的重要手段。总结国内外果园作业平台关键技术研究进展，分析作业平台最新的研究成果，对比不同类型底盘结构之间的性能差异，概括常见作业平台升降机构、自动调平机构的类型与特点以及安全与稳定性方面的研究进展，探讨无人驾驶技术在作业平台中的应用情况并阐述常见路径规划技术路线。指出果园机械化发展存在配套设施不完善以至平台扩展性差、智能化程度低等问题，并提出果园作业平台应向着适应性强、底盘专用化、整机高度智能化、调平精度高等发展建议。

自动取投苗技术是自动移栽机研究的关键，是推动移栽作业全面机械化、自动化发展的重要一环。自动取投苗机构种类多、结构复杂，为使研究者或用户等能够更快、更系统地了解自动取投苗技术，以文献综述的方法，归纳总结国内外穴盘苗移栽自动取投苗技术，分为夹取式、顶出式、顶夹结合式、直落式四种类型；分析不同类别取投苗技术的工作原理和特点。指出应用于实际生产的自动取投苗技术研究成果存在稳定性差、可靠性低的问题，提出完善相关评价标准，推进机械式取投苗技术研究和小型机械装备的发展，推进适合多行作业、高效移栽的取投苗技术发展的措施。展望结构简单、性能稳定及作业智能的自动取投苗技术未来趋势，以期为我国自动移栽机的发展提供参考。

为克服传统烟苗移栽机无法满足井窖式移栽农艺要求的问题，设计由拖拉机悬挂牵引的2QBZ-1型烟苗井窖式移栽机。通过建立三维模型对井窖制作装置、移栽装置及浇水装置进行合理的结构布置；通过计算和反复试验对移栽机传动系统的传动比进行匹配。试验表明：该机适用茎高5~8cm的小苗移栽，株距在50~60cm内可以调节，可实现断续穴灌浇水，每穴浇水量在200~1 000mL内无级调节，漏根率≤247%，埋苗率≤220%，合格率≥9533%，可减轻烟农的劳动强度，提高烟苗的成活率和生产效率，降低移栽成本。

智慧农业是未来农业发展的方向，智慧化农业耕作是实现智慧农业的基础之一。在深入探究数字孪生的概念与应用的基础上，提出基于数字孪生的智慧化农业耕作方案。首先分析智慧化农业耕作的需求和数字化土壤、土壤切削过程模拟、信息化农业耕作机械装备等发展状况；然后对数字孪生的产生与演化过程进行探究，并详述数字孪生基本概念，列举数字孪生概念在众多领域的应用与拓展，提出基于数字孪生的智慧化农业耕作的系统架构，包括物理耕作系统、虚拟耕作系统、智慧服务系统、孪生数据管理中心4个部分；并分析基于数字孪生的智慧化农业耕作的关键支撑技术；最后以小面积田地区域为研究场景，实现数字孪生旋耕机耕作。将数字孪生技术应用于农业耕作领域可为智慧化农业耕作的实现提供解决方案。

针对猕猴桃采摘效率低、易损伤果实等问题，应用TRIZ理论指导猕猴桃采摘机的设计。通过需求分析，确定猕猴桃采摘机的作业流程。基于系统功能分析识别旋拧式猕猴桃采摘末端执行器的功能缺陷，应用因果分析、物场分析等TRIZ工具对采摘末端执行器求解创新方案，创新设计出一种自动定位果树—识别果实—剪断果梗—收集果实的猕猴桃采摘机。应用ADAMS对末端执行器采摘动作进行步态仿真、应用MATLAB对采摘机作业空间和采摘轨迹进行动态仿真，结果表明：猕猴桃采摘机采摘轨迹空间范围为X方向行程约1.4m、Y方向行程约1.8m和Z方向行程约2.3m；采摘速度为8 s/个，末端执行器采摘过程作业动作平稳连贯，满足预期设计要求。在产品概念设计阶段应用TRIZ理论，有利于产生高质量、多层级的概念解，提高产品设计效率。

病害检测对提高大豆作物产量至关重要。针对传统视觉法诊断大豆作物病害而导致病害识别效率和分类准确率不高的问题，提出一种基于局部描述符和视觉词袋技术以数据表征大豆叶片图像的分类算法，同时保留有关潜在疾病的视觉信息。采用SIFT、DSIFT、PHOW和SURF 4种算法对大豆叶片的霜霉病、锈病TAN和锈病RB进行分类识别。结果表明，局部描述符PHOW表现出最佳的分类识别结果，其正确分类率为96.25%。进一步研究PHOW在不同颜色空间下的大豆病害识别效果。结果表明，与灰度图像相比，使用HSV、Opponent颜色空间可有效提升对大豆叶片病害检测的正确分类率，其正确分类率分别可达99.83%和99.58%，验证采用局部描述符和视觉词袋技术识别大豆叶片病害方法的可行性和高效性，并为其他作物的病害识别提供一种通用的分类识别方法。

温室通过创造适宜的种植条件有效地提高农业资源利用率，在农业生产中的地位日趋重要。温室气候变化是一种多因子高度耦合的非线性过程，易受外部气候环境干扰，进而影响整个控制系统的稳定性，如何稳定、高效、智能地控制温室内气候变量是当前亟待解决的实际问题。通过总结国内外温室环境控制方法研究现状，分别从模糊控制、解耦控制、节能控制、神经网络4个方面着手，阐述现阶段主流温室智能控制方法应用现状与优缺点，发现当前温室环境控制因素单一、能源利用效率低、控制模型动态调整能力差等问题；提出未来温室环境控制应实现系统多变量控制、控制的可持续性和节能性、控制模型优化、农艺与环境控制相结合等建议，以期为温室农业的健康发展与精细化管理提供参考和指导。