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中国农业科学 2025年第5期58卷 864-876页

作者：张洪程邢志鹏张瑞宏单翔奚小波程爽翁文安胡群崔培媛魏海燕扬州大学水稻产业工程技术研究院/扬州大学江苏省作物栽培生理重点实验室/扬州大学江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心扬州大学机械工程学院/扬州大学江苏省现代农机农艺融合技术工程中心

【目的】为创新小麦绿色丰产优质高效的无人化栽培技术体系提供理论和技术支撑。【方法】笔者团队根据土地流转与规模化经营加速、从事农业生产的劳动力不断减少、种田方式要求更为高效舒适的形势，通过“农艺-农机-农智”融合研究，研... 详细信息

【目的】为创新小麦绿色丰产优质高效的无人化栽培技术体系提供理论和技术支撑。【方法】笔者团队根据土地流转与规模化经营加速、从事农业生产的劳动力不断减少、种田方式要求更为高效舒适的形势，通过“农艺-农机-农智”融合研究，研创了小麦整合化无人化栽培技术，即运用新技术、新产品、新装备，进行小麦全程生产农事操作的简化整合，以最少的作业次数、用最少的机具和无人化作业，完成小麦生产。在探索性试验的基础上，于2019—2020、2020—2021和2021—2022年度在江苏省盐城市大中农场，设置小麦整合化无人化栽培技术（IU）处理和试验区小麦常规全程机械化丰产栽培技术（CK）处理，研究不同处理间小麦产量形成特征及差异，分析小麦整合化无人化栽培的丰产特征，进而提出无人化栽培技术途径。【结果】IU处理较CK处理提高小麦产量3.0%—5.9%，部分品种和生长季下处理间差异显著。在产量构成上，穗数表现为IU>CK（部分品种和生长季下处理间差异显著），穗粒数为IU>CK(P>0.05)，总实粒数为IU>CK(P<0.05)，千粒重为IU0.05)，说明IU处理通过稳定穗粒数和千粒重、增加穗数，实现小麦增产。在光合物质生产上，主要生育时期的茎蘖数、叶面积指数、干物质积累量和主要生育阶段的光合势、群体生长率以及茎蘖成穗率、粒叶比均表现为IU>CK（部分品种和生长季下处理间差异显著），为IU处理增产奠定物质基础。总结了所创建的整合化无人化栽培途径及基本技术，从整合化、无人化、“农艺-农机-农智”融合度、关键栽培技术、综合评价等方面进行了小麦整合化无人化栽培发展的若干讨论。【结论】小麦整合化无人化栽培与试验区小麦常规全程机械化丰产栽培的产量相当或显著增加，可以较少的机力人力投入与无人化作业实现小麦丰产栽培，是农业现代化生产发展的有效途径，未来应加强多方面协同创新与投入，以加快该技术的优化熟化和大面积示范推广。

关键词：小麦整合化栽培无人化栽培产量技术途径

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无人化旱直播水稻产量形成特征及其能量与经济效益研究

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作物学报 2025年

作者：翁文安邢志鹏胡群魏海燕廖萍朱海滨瞿济伟李秀丽刘桂云高辉张洪程扬州大学水稻产业工程技术研究院/江苏省作物栽培生理重点实验室/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心扬州大学机械工程学院/江苏省现代农机农艺融合技术工程中心大中农场集团有限公司农业科技研究所

本研究旨在探讨无人化旱直播(unmanned dry direct-seeding， UDS)水稻的丰产形成规律，分析稳产栽培的关键技术，为无人化旱直播技术的规模化推广提供理论依据和技术支持。于2021—2023年，以南粳5718为材料，以无人化毯苗机插(unmanne... 详细信息

本研究旨在探讨无人化旱直播(unmanned dry direct-seeding， UDS)水稻的丰产形成规律，分析稳产栽培的关键技术，为无人化旱直播技术的规模化推广提供理论依据和技术支持。于2021—2023年，以南粳5718为材料，以无人化毯苗机插(unmanned carpet seedling machine transplanting， UMT)为对照，在江苏省稻麦两熟制代表性地区大丰和泗洪开展了大面积丰产栽培试验，系统研究了无人化旱直播水稻的生育期特征、分蘖特性、光合物质生产和产量形成规律，分析其能量投入及经济效益。结果表明，不同生态区无人化旱直播水稻的全生育期较对照缩短12～19 d，全生育期有效积温减少226.1～329.3℃。与对照相比，无人化旱直播通过提高主茎成穗比例，利用主茎的生长优势可以提高水稻拔节期和抽穗期的叶面积指数，从而提高播种到拔节阶段的群体生长率和群体净同化率以及拔节至抽穗阶段的群体光合势。然而，较低的成穗率和群体颖花量以及干物质积累量的减少是导致减产的重要因素，无人化旱直播水稻的产量平均降低了5.4%～5.9%。从能量投入和经济效益来看，无人化旱直播水稻种植环节的机械化集成度较高，耕播环节的机械能量投入减少43.8%，能源投入减少27.8%，总体能量投入减少了5.8%，水稻生产成本降低了11.8%，经济效益增加了3.4%。综上，在生产上应当进一步优化无人化旱直播栽培质量，在充分发挥主茎生长优势下，重点调控优势蘖位分蘖的发生及最终成穗以满足无人化旱直播水稻壮主茎、攻足穗的生产目标。同时应当以合理增加生育中期的生长量为重点，促进生育后期干物质的积累，提高穗部生物量，在大群体库容的前提下获得充足的籽粒灌浆物质，以实现无人化旱直播水稻进一步增产。

关键词：水稻无人化旱直播生育特征产量能量投入经济效益

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无人化旱直播水稻产量形成特征及其能量与经济效益研究

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作物学报 2025年第5期51卷 1363页

作者：翁文安邢志鹏胡群魏海燕廖萍朱海滨瞿济伟李秀丽刘桂云高辉张洪程扬州大学水稻产业工程技术研究院/江苏省作物栽培生理重点实验室/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心江苏扬州225009 扬州大学机械工程学院/江苏省现代农机农艺融合技术工程中心江苏扬州225009 大中农场集团有限公司农业科技研究所江苏盐城224135

本研究旨在探讨无人化旱直播(unmanneddrydirect-seeding,UDS)水稻的丰产形成规律,分析稳产栽培的关键技术,为无人化旱直播技术的规模化推广提供理论依据和技术支持。于2021—2023年,以南粳5718为材料,以无人化毯苗机插(unmanned carpet... 详细信息

本研究旨在探讨无人化旱直播(unmanneddrydirect-seeding,UDS)水稻的丰产形成规律,分析稳产栽培的关键技术,为无人化旱直播技术的规模化推广提供理论依据和技术支持。于2021—2023年,以南粳5718为材料,以无人化毯苗机插(unmanned carpet seedling machine transplanting, UMT)为对照,在江苏省稻麦两熟制代表性地区大丰和泗洪开展了大面积丰产栽培试验,系统研究了无人化旱直播水稻的生育期特征、分蘖特性、光合物质生产和产量形成规律,分析其能量投入及经济效益。结果表明,不同生态区无人化旱直播水稻的全生育期较对照缩短12~19d,全生育期有效积温减少226.1~329.3℃。与对照相比,无人化旱直播通过提高主茎成穗比例,利用主茎的生长优势可以提高水稻拔节期和抽穗期的叶面积指数,从而提高播种到拔节阶段的群体生长率、群体净同化率以及拔节至抽穗阶段的群体光合势。然而,较低的成穗率和群体颖花量以及干物质积累量的减少是导致减产的重要因素,无人化旱直播水稻的产量平均降低了5.4%~5.9%。从能量投入和经济效益来看,无人化旱直播水稻种植环节的机械化集成度较高,耕播环节的机械能量投入减少43.8%,能源投入减少27.8%,总体能量投入减少了5.8%,水稻生产成本降低了11.8%,经济效益增加了3.4%。综上,在生产上应当进一步优化无人化旱直播栽培质量,在充分发挥主茎生长优势下,重点调控优势蘖位分蘖的发生及最终成穗以满足无人化旱直播水稻壮主茎、攻足穗的生产目标。同时应当以合理增加生育中期的生长量为重点,促进生育后期干物质的积累,提高穗部生物量,在大群体库容的前提下获得充足的籽粒灌浆物质,以实现无人化旱直播水稻进一步增产。

关键词：水稻无人化旱直播生育特征产量能量投入经济效益

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基于Bezier曲线优化的农机自动驾驶避障控制方法

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农业工程学报 2019年第19期35卷 82-88页

作者：奚小波史扬杰单翔张琦金亦富龚俊杰张剑峰张瑞宏扬州大学机械工程学院/扬州大学江苏省现代农机农艺融合技术工程中心扬州225127 南京沃杨机械科技有限公司南京211200

动力换挡拖拉机的产生促进农机自动驾驶向着无人化方向发展,农机的自动避障成为需要解决的关键问题。该文针对最短切线路径曲线曲率不连续、跟踪控制精度差及农机运动模型精度低等缺点,采用三阶Bezier曲线优化法形成连续平滑农机避障路... 详细信息

动力换挡拖拉机的产生促进农机自动驾驶向着无人化方向发展,农机的自动避障成为需要解决的关键问题。该文针对最短切线路径曲线曲率不连续、跟踪控制精度差及农机运动模型精度低等缺点,采用三阶Bezier曲线优化法形成连续平滑农机避障路径,通过链式控制理论建立农机运动线性控制模型,利用PI控制器进行转角补偿,并进行了控制方法的仿真和犁耕作业试验。仿真结果表明:农机行驶的航向误差角在-0.06~0.06 rad,横向位置误差小于13 cm,前轮转向角变化平缓,没有显著突变,说明该方法控制精度较高,农机能够按预设轨迹行驶。犁耕作业试验结果表明:Bezier曲线部分的避障精度为5.21 cm,曲线路径的跟踪控制效果较好;避障后农机继续沿直线行驶的精度为1.98 cm,说明该方法可保证农机在避障后恢复直线自动驾驶。研究结果表明,该避障路径控制方法在不平整犁耕地中具有较好的鲁棒性和适应性,可满足拖拉机作业的避障要求。

关键词：农业机械运动规化避障自动驾驶 Bezier曲线

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农业机械导航路径跟踪控制方法研究进展

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农业工程学报 2023年第15期39卷 1-14页

作者：史扬杰程馨慧奚小波单翔金亦富张瑞宏扬州大学机械工程学院/江苏省现代农机农艺融合技术工程研究中心扬州225127

路径跟踪控制技术作为农业机械导航的核心,是提高控制系统控制精度和对环境适应性的关键,可提高农机具作业精度和效率,同时可避免重复作业和遗漏现象,减少农业生产资料浪费。该文根据农业机械导航路径跟踪控制方法中是否涉及农机模型,... 详细信息

路径跟踪控制技术作为农业机械导航的核心,是提高控制系统控制精度和对环境适应性的关键,可提高农机具作业精度和效率,同时可避免重复作业和遗漏现象,减少农业生产资料浪费。该文根据农业机械导航路径跟踪控制方法中是否涉及农机模型,将路径跟踪控制技术分为与农机运动学模型相关、与农机动力学模型相关以及与模型无关的路径跟踪控制方法。通过对原理的解析明确了各类控制方法的优缺点,及对现有解决方案进行了总结分析,指出了现有方案存在共性或个性问题,由此完成了对现阶段国内外针对农业机械导航路径跟踪控制方法的研究进展的阐述。通过对各类控制方法适用性及农机导航产品发展现状的分析,提出了农机导航路径跟踪控制方法的发展展望,以期为后续路径跟踪控制方法的研究提供指导性方向和有针对性的参考,具体如下:1)明确了现有模型对农机运动过程描述的局限性,指出高精度农机模型研究的必要性;2)为提升控制方法自适应性和鲁棒性,研究需从常规工况向极限工况和复杂工况拓展;3)明确单一控制方法的局限性,明确多方法融合控制的发展趋势。

关键词：农业机械导航路径跟踪运动模型

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基于热风-太阳能-中短波红外的菌类多能干燥装备设计与试验

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东北农业大学学报 2023年第4期54卷 73-85页

作者：翁小祥奚小波史扬杰单翔刘静张瑞宏扬州大学机械工程学院/江苏省现代农机农艺融合技术工程中心江苏扬州225127

针对目前食用菌干燥自动化程度低、能耗高问题,文章设计一种热风-太阳能-中短波红外多能干燥装备,旨在降低干燥能耗,提高干燥效率。建立多能干燥装备结构模型和仿真模型,对干燥室温度与气流流场进行数值模拟,在循环风机作用下,干燥室内... 详细信息

针对目前食用菌干燥自动化程度低、能耗高问题,文章设计一种热风-太阳能-中短波红外多能干燥装备,旨在降低干燥能耗,提高干燥效率。建立多能干燥装备结构模型和仿真模型,对干燥室温度与气流流场进行数值模拟,在循环风机作用下,干燥室内部温度较均匀,但气流场不均匀,在循环风机口加装间隙10 cm、斜30°向上的均风板可显著改善干燥室内气流状况。以香菇为试验对象对比纯热风干燥(AD)和热风-太阳能-中短波红外多能干燥(ASID)效果,发现AD热效率为56.35%,ASID热效率为62.34%,其中太阳能占总消耗能量百分比为20.19%,ASID比AD少耗时2 h,节能28.40%,同时ASID干燥品质和干燥速率均优于AD。在多能干燥方式下,干燥室内不同位置香菇干燥速率差异较小,干燥装备结构设计合理。

关键词：多能干燥 CFD 食用菌干燥试验

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浮性水产饲料膨化加工参数优化研究

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中国农业科技导报 2020年第12期22卷 88-96页

作者：奚小波孙福华张翼夫单翔张琦金亦富张瑞宏扬州大学机械工程学院扬州大学江苏省现代农机农艺融合技术工程中心江苏扬州225127

为优化浮性水产饲料挤压膨化加工参数,以膨化度、容积密度、吸水性和溶失率作为饲料加工品质评价指标,采用响应面分析法研究了螺杆转速、出料段机筒温度和物料含水率对饲料加工品质的影响,并利用扫面电镜观测了饲料微观形貌。结果表明:... 详细信息

为优化浮性水产饲料挤压膨化加工参数,以膨化度、容积密度、吸水性和溶失率作为饲料加工品质评价指标,采用响应面分析法研究了螺杆转速、出料段机筒温度和物料含水率对饲料加工品质的影响,并利用扫面电镜观测了饲料微观形貌。结果表明:适中的螺杆转速、出料段机筒温度以及低物料含水率,有利于形成较高的饲料膨化度;高螺杆转速与高出料段机筒温度有利于形成较低的饲料容积密度、吸水性以及溶失率;优化后的浮性水产饲料膨化加工参数为螺杆转速130 r·min^-1,出料段机筒温度150℃,物料含水率10%,其加工后的饲料膨化度、容积密度、吸水性和溶失率分别为1.223、0.398 g·mL^-1、214.803%、4.297%;优化后的浮性水产饲料微观表面相对光滑圆润,物料的熔融效果较好,结构质密,饲料膨化加工综合质量较好。

关键词：浮性水产饲料膨化加工膨化度容积密度吸水性溶失率

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稻田气力施肥装置设计与试验

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中国农机化学报 2022年第1期43卷 14-19,32页

作者：胡辰方学良史扬杰扬州工业职业技术学院交通工程学院江苏扬州225127 扬州大学机械工程学院/江苏省现代农机农艺融合技术工程中心江苏扬州225009

针对水稻施肥过程中肥料分布不均、作业效率低、劳动强度大等问题,设计一种稻田气力施肥装置与控制系统,采用气力输送的方式实现肥料的输送,通过电控排肥系统实现机具行驶速度与排肥电机转速实时匹配,最终达到精量施肥的目的。通过对所... 详细信息

针对水稻施肥过程中肥料分布不均、作业效率低、劳动强度大等问题,设计一种稻田气力施肥装置与控制系统,采用气力输送的方式实现肥料的输送,通过电控排肥系统实现机具行驶速度与排肥电机转速实时匹配,最终达到精量施肥的目的。通过对所设计的文丘里管混合腔进行流场分析,确定最优混合腔直径为15 mm,进肥口与进气角度呈锐角;最后,进行田间试验,结果表明,在规定电机转速变化范围内,各行平均排肥量变异系数均小于2.21%,各行排肥量一致性较好,排肥量稳定;在目标施肥量为150 kg/hm^(2),作业速度为4 km/h时,各区域内施肥量偏差控制在7.47%以内,施肥精确性较好。肥料在排肥管中的滞后时间随着排肥管长度增加而增加,变化范围为0.67~1.81 s。本文设计的稻田气力施肥装置可以满足生产需求。

关键词：气力施肥文丘里管流场分析变异系数

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CO_(2)冷阱微波真空干燥装置设计与试验

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中国农业科技导报 2021年第6期23卷 97-104页

作者：史扬杰奚小波袁日灿单翔张琦赵其东张瑞宏扬州大学机械工程学院江苏省现代农机农艺融合技术工程中心江苏扬州225127 兴化市嘉禾食品有限公司江苏泰州225700

为优化微波真空冷冻干燥工艺,基于微波真空冷冻干燥原理研制了CO_(2)冷阱微波真空干燥装置,并介绍了该装置的主要结构、工作原理和工作流程。创新采用液态CO_(2)作为制冷媒,通过合理布局实现CO_(2)的循环利用。采用喷淋冷冻技术,从液态C... 详细信息

为优化微波真空冷冻干燥工艺,基于微波真空冷冻干燥原理研制了CO_(2)冷阱微波真空干燥装置,并介绍了该装置的主要结构、工作原理和工作流程。创新采用液态CO_(2)作为制冷媒,通过合理布局实现CO_(2)的循环利用。采用喷淋冷冻技术,从液态CO_(2)喷淋预冷冻原理出发,设计了喷淋装置结构,并匹配计算了转盘转速,旨在提高物料预冷冻效果。设计了翅片式冷阱管,根据翅片式冷阱管传热系数公式确定了冷阱管的具体规格尺寸;分析了冷阱内部有相变的对流换热过程,通过计算判断冷阱室内气体处于滑流区。由此得到冷阱室内对流换热强烈程度评价指标Nu≈4.3,换热效率较好。以白萝卜为例进行了喷淋流量与微波功率对干燥速率的影响试验,结果表明:在不对物料产生冻伤的情况下,喷淋流量越大,物料预冻结效果越好;在一定范围内,物料干燥速率与喷淋流量和微波功率呈正相关,且均呈现先快后慢的趋势。

关键词：果蔬干燥微波干燥真空冷冻干燥冷阱干燥速率传热

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水产饲料含水率预测模型研究

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中国农机化学报 2021年第3期42卷 84-90页

作者：张琦梁国栋张鹏飞奚小波张剑峰程春扬州大学机械工程学院江苏扬州225127 江苏省现代农机农艺融合技术工程中心江苏扬州225127 国家饲料加工装备工程技术研究中心江苏牧羊控股有限公司江苏扬州225120

目前饲料烘干技术上最大的难点在于缺乏有效的干燥数学模型来准确预测饲料的含水率,为此,文章基于指数函数建立三种水产饲料的含水率预测数学模型,并进行试验验证。首先在循环风机频率为30 Hz,料层厚度为30 mm的条件下,对三种水产饲料... 详细信息

目前饲料烘干技术上最大的难点在于缺乏有效的干燥数学模型来准确预测饲料的含水率,为此,文章基于指数函数建立三种水产饲料的含水率预测数学模型,并进行试验验证。首先在循环风机频率为30 Hz,料层厚度为30 mm的条件下,对三种水产饲料进行单一温度(90℃、105℃、120℃、135℃)烘干试验,其次基于单一温度试验数据,采用最小二乘法确定该模型的参数值,最后通过多梯度温度(90℃-105℃-120℃、105℃-120℃-135℃)试验进行模型的验证。对比结果显示:试验数据与模型模拟数据基本一致,相关系数R 2值均大于0.98,表明本数学模型能够很好的模拟温度变量对水产饲料含水率的影响。

关键词：水产饲料含水率数学模型温度

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