蔗地之眼--整杆式甘蔗收割领军者

根据《国务院关于加快推进农业机械化和农机装备产业转型升级的指导意见》、广西农业机械化高质量发展“十四五”规划中推进甘蔗生产全程机械化的政策要求可知，在我国，农业发展具有深远的影响力，尤其是在广西等地区的甘蔗种植产业，其经济效益格外显著。然而，现代化甘蔗收割技术的发展过程面临着诸多挑战。

从行业角度分析，甘蔗收割领域存在诸多的显著问题。例如，种植区域的分散性加剧了收割作业的复杂程度；大部分甘蔗收割依然严重依赖人工方式，导致效率低下且劳动力需求庞大，无法满足大规模生产的需求；尽管收割机械化是趋势，且其在速度和劳动成本方面均有优势，但在切割位置的精确度上存在明显不足，这不仅对甘蔗的保存效果产生负面影响，如导致甘蔗纤维损伤、糖分流失，进而影响品质，还可能引发甘蔗堆放不稳定，容易出现压碎、断裂等现象，降低了利用率。

在应对上述问题中，我国政府及相关部门积极推动农业机械化发展，加大对甘蔗机械收割上技术方面的研究投入。基于此，本研究项目遵循国家政策初衷，致力于开发一款高精度新型甘蔗收割设备，旨在攻克当前甘蔗收割领域的技术难题，特别是解决切割位置精度等关键问题。

通过对本项目的深入探讨和实际应用，我们期望显著优化甘蔗收割机械的性能，实现对人工收割的有力替代，降低劳动力投入，同时提升甘蔗的产量与品质。从技术角度推动甘蔗收割行业的创新发展，进而加速我国农业机械化进程，为我国农业可持续发展贡献力量，切实解决当前甘蔗收割领域所面临的诸多问题。

针对以上问题，本项目研究一种新型整秆式甘蔗收割机，可实现在甘蔗切梢过程对收割点的智能化识别和切梢控制，从而提高甘蔗采集的效率和质量。

本项目主要对切梢识别系统与刀盘机构进行智能化改进。我们计划利用人工智能算法和自动化控制技术，使这两个关键组件能够协同工作，达到优化的效果。

1.图像处理与识别技术

我们将采用先进的图像处理技术和人工智能算法，提升切梢识别系统的准确性和速度。通过训练深度学习模型，系统将能够快速识别甘蔗的梢部，得出相应三维参数并进行智能化运算，为后续的切割操作提供精准的指导。

2.刀盘自动升降控制系统

我们将开发一套自动升降控制的刀盘机构，使刀盘机构能够根据识别的结果自动调节高度。这将极大地提高切割的效率和安全性，避免因传统手工和机械操作带来的误差和风险。

国内：通过知网等文献查询平台检索可知，我国从20世纪70年代开始引进甘蔗收获机械，在学习国外甘蔗收获机械技术及样机的基础上，已研制出十几种型号的甘蔗收获机械。主要广泛应用的有切段式收割机和整秆式切割机。

切段式甘蔗联合收割机是仿照国外大型甘蔗联合收割机改进而成。广西农机院研制的4GZ-250型自走切断式甘蔗联合收割机采用是发动机功率为190kW的全液压驱动^[1],这种大功率驱动不适合我国小地块种植。整秆式甘蔗收割机从收获方式看可分为联合式和分段式整秆收获两种。联合式整秆甘蔗收割机可一次性完成：切梢、扶倒、切割、输送、清选、剥叶等工序。代表机型为广西农机研究院研制的以中马力轮式拖拉机作底盘KALTOR—80型甘蔗联合收割机。分段式整秆收割机可一次性完成扶倒、切割输送不铺放（或打捆）等工序。这类机型中的4ZL-1型整杆式甘蔗收割机，其切茬合格率提高了5.9个百分点、宿根破头率降低了6.3个百分点、蔗茎合格率提高了3.2个百分点、断尾合格率提高了5.1个百分点、总损失率降低了2.6个百分点、未剥净率提高了3.0个百分点5^[2]。

国外：通过知网等文献查询平台检索可知，国外一些产蔗大国，如澳大利亚、巴西早已实现了甘蔗切割收获机械化。国外甘蔗收割机主要分为两种类型：切段式甘蔗收割机和整秆式甘蔗切割机（配套剥叶机）。大型切段式甘蔗联合收割机在国外得到了广泛应用，其能够一次性完成：扶倒、切梢、收割、切段、清选、装载、蔗叶切碎还田等工序^[3]。对于整秆式甘蔗收割机，适用于小田块蔗田，其结构特点是：以手扶拖拉机底盘为动力和行走装置，安装有地面仿型装置，割台可调程度高等。  

虽然我国的甘蔗收割机械的生产得到了一定的发展，但其与国外的甘蔗收割机械在质量和技术上还存在一定的差距，在实际收割应用过程中还存在诸多的问题，例如：由于切割点不精确，导致收割的甘蔗参差不齐，不利于甘蔗收割后的存放和运输；甘蔗的损坏率、破头率比较高，很多甘蔗都在收割的过程被损坏，不利于储藏^[4]。

1.创新点：

（1）本实用新型整秆式甘蔗收割机提供一种基于轻量化YOLOv7的甘蔗断尾点目标检测方法，所述方法包括以下特征：S1甘蔗断尾点检测数据集的构建；S2甘蔗断尾点检测数据集的处理；S3 YOLOv7检测算法的改进；S4改进后Y0L0v7检测算法的训练；S5甘蔗断尾点检测。

（2）本实用新型整秆式甘蔗收割机创新了刀盘机构，所述机构采用连杆间的齿轮传动进行可自动升降调节，对切割位置根据不同甘蔗进行动态的调节，进行精准切割。

（3）本实用新型整秆式甘蔗收割机利用切梢识别系统可实现对刀盘机构的快速调控，所述切梢识别系统包含自主研发的人工智能算法；所述刀盘对系统的指令快速响应，大大提高了甘蔗收割的质量和效率。

2.项目特色：

本实用新型整秆式甘蔗收割机通过加入甘蔗断尾点目标检测方法的切梢识别系统与可自动升降刀盘的配合工作，有效提高甘蔗收割的效率与质量，降低收割甘蔗中的杂质，以解决我国因切割位置不精确导致的甘蔗含杂率高、储存难、损失率大等问题以及因蔗田地形差异带来的机械收割不便问题，促进广西制糖产业向智能化、高质量方向发展，推动我国甘蔗种植业的机械化进程。

1.技术路线

通过智能切梢识别系统对切割点进行精确识别，根据识别结果动态调整刀盘位置。首先通过摄像头识别确定切割点的三维数据，将数据经过人工智能算法，算得到精确的识别结果，进而根据识别结果对刀盘位置进行升降调整。

2.拟解决的问题

（1）解决因蔗田起伏不平、割台可调性差而造成割茬不齐、破头率高的问题；

（2）解决因切割点位置不精确而造成甘蔗剥净率低、含杂率高、损失率大的问题；

（3）解决因地形差异而造成机械化收割推广难的问题。

3.预期成果

本应用新型整秆式甘蔗收割机，为我国甘蔗收割领域提供更可靠、高效、精确的技术支持，在甘蔗收割中，能确保制糖原料蔗的高质量品质。其本身的智能化、自动化的科技技术，是未来机械化生产的发展趋势。

第一阶段：设计策划阶段（2024年4月—2024年5）

(1)组建项目团队，确定研究课题，撰写开题报告。

(2)制定调研方案，完成前期调研资料整理汇总。

(3)进行市场调查，开展问卷调查，汇总调查结果并分析、归纳，撰写报告。

(4)产品初步落地测试。

第二阶段：项目生产阶段（2024年5月—2025年3月）

(1)整合设备资源，设计三维零件图，并通过调试实践进行调整、改进。

(2)建立实践平台模拟，通过调试及对地区甘蔗收割机的深入走访，剖析此项目的不足与优势，结合实际情况进行数据分析，并且有针对性地对项目的发展模式进行改进。

(3)通过分析新型整秆式甘蔗收割机的市场数据，并不断地进行实验实施，更新设备，提高技术水平，不断记录分析数据，以满足市场多样化需求，对项目发展模式进行正向调整，完善项目。

第三阶段：项目验收阶段（2025年3月—2025年5月）

(1)整理研究数据，形成研究报告。

(2)组织内部评估。

(3)整理课题建设材料，进行总结、评估，完成结果分析并撰写相关论文，申报并迎接评审。

(4)参与校企合作等。