羅錫文院士團(tuán)隊(duì)新成果！雙卸糧協(xié)同系統(tǒng)讓水稻收獲轉(zhuǎn)運(yùn)效率飆升 | Engineering

一直以來，水稻收獲環(huán)節(jié)的效率瓶頸制約著農(nóng)業(yè)智能化生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展。傳統(tǒng)方式下，無人駕駛收獲機(jī)需頻繁進(jìn)行卸糧轉(zhuǎn)運(yùn)，作業(yè)連貫性差，嚴(yán)重影響整體收獲效率。羅錫文院士團(tuán)隊(duì)精準(zhǔn)錨定這一關(guān)鍵難題，全力投入研發(fā)，成功打造出一套采用履帶式收獲機(jī)和運(yùn)糧車為平臺(tái)的自動(dòng)協(xié)同收獲–轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。相關(guān)成果以“Dual-Unloading Mode Autonomous Operation Strategy and Cotransporter System for Rice Harvester and Transporter”（基于雙卸糧模式的水稻協(xié)同收獲轉(zhuǎn)運(yùn)策略及系統(tǒng)研究）為題發(fā)布于中國工程院院刊《Engineering》，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室丁凡為第一作者，張聞?dòng)顬橥ㄓ嵶髡摺?/p>

圖1. (a) HWU 和 (b) TFU 的作業(yè)場(chǎng)景。

團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性提出 “收獲機(jī)等待卸糧（HWU）” 和 “運(yùn)糧車跟隨卸糧（TFU）” 的雙卸糧模式，構(gòu)建了高效的收獲–卸糧–轉(zhuǎn)運(yùn)（HUT）策略。HWU 模式保障收獲機(jī)在糧倉滿載時(shí)有序等待運(yùn)糧車，適用于田邊空間有限的卸糧和轉(zhuǎn)運(yùn)；TFU 模式則使收獲機(jī)在作業(yè)中無需停車即可完成卸糧，極大保證了作業(yè)流暢性。兩種模式靈活配合，依田塊實(shí)際情況切換，有效減少收獲機(jī)非作業(yè)時(shí)長，大幅提升作業(yè)效率。

在技術(shù)實(shí)現(xiàn)層面，針對(duì)雙模式收獲–卸糧–轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)非順序性和高復(fù)雜性的特點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)基于有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)（FSM）原理，將其統(tǒng)一至一個(gè)循環(huán)狀態(tài)框架內(nèi)，將復(fù)雜的流程切分為基本動(dòng)作，提煉出關(guān)鍵狀態(tài)節(jié)點(diǎn)，通過狀態(tài)變量決定循環(huán)分支的走向，提高流程的可解析性，并為后續(xù)的進(jìn)一步優(yōu)化和擴(kuò)展提供良好的基礎(chǔ)。

圖2. HUT 協(xié)同作業(yè)的主要階段（S1-S8）和流程。(a)收獲機(jī)和運(yùn)糧車協(xié)同卸糧的示意圖。(b)運(yùn)糧車的五個(gè)停車狀態(tài)。

最后通過仿真與田間試驗(yàn)充分驗(yàn)證了該策略的可行性。利用MATLAB Simulink 和 Stateflow 模塊構(gòu)建的仿真模型清晰呈現(xiàn)了雙機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程，表明了HUT策略及其邏輯框架的有效性。在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)增城教學(xué)科研基地水稻無人農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行的田間試驗(yàn)表明：收獲過程順利完成 6 次 TFU 和 1 次 HWU，運(yùn)糧車成功卸糧 4 次，在1.9 m收獲幅寬及0.8 m?s?1收獲機(jī)速度的條件下，收獲效率達(dá)到了0.42 hm2?h?1，較單收獲機(jī)效率提升26.0%，比僅用HWU模式提高9.9%。

羅錫文院士團(tuán)隊(duì)的這一成果，得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國家糖料產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的資助，為水稻協(xié)同收獲提供關(guān)鍵理論與技術(shù)支撐，為無人農(nóng)場(chǎng)收獲環(huán)節(jié)開辟新路徑，有力推動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械化、智能化進(jìn)程。展望未來，團(tuán)隊(duì)將持續(xù)深耕，聚焦智慧農(nóng)場(chǎng)耕種管收智能化作業(yè)等關(guān)鍵領(lǐng)域，不斷拓展農(nóng)業(yè)科技前沿，為保障糧食安全、推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化持續(xù)奮進(jìn)，引領(lǐng)農(nóng)業(yè)科技發(fā)展新方向。

文章信息：

Dual-Unloading Mode Autonomous Operation Strategy and Cotransporter System for Rice Harvester and Transporter

基于雙卸糧模式的水稻協(xié)同收獲轉(zhuǎn)運(yùn)策略及系統(tǒng)研究

作者：

丁凡，羅錫文，張智剛，胡煉，吳欣洛，鮑開元，張嘉銳，苑炳軒，張聞?dòng)?/p>

引用信息：

Fan Ding, Xiwen Luo, Zhigang Zhang, Lian Hu, Xinluo Wu, Kaiyuan Bao, Jiarui Zhang, Bingxuan Yuan, Wenyu Zhang. Dual-Unloading Mode Autonomous Operation Strategy and Cotransporter System for Rice Harvester and Transporter. Engineering, https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.11.006

開放獲取全文

https://www.engineering.org.cn/engi/EN/10.1016/j.eng.2024.11.006