详情

智农先锋——基于激光雷达与深度视觉的智能旋耕除草机

申报人:兰丽华 申报日期:2025-01-06

基本情况

2025年批次
智农先锋——基于激光雷达与深度视觉的智能旋耕除草机 学生申报
创新训练项目
工学
机械类
学生自主选题
一年期
该项目积极响应政府推进乡村振兴战略、加快农业现代化的政策的号召,致力于研发生产智能化农机,解决水果种植产业发展面临的挑战,如人口老龄化、劳动力短缺和环境污染等。本项目研发生产的智能除草旋耕一体机采用先进的传感器、控制系统、智能算法,同时改进机械结构,不仅能够智能高效地除去杂草、同时还可以进行深度翻土,能够显著减少水果种植中除草、耕地的人力劳动和时间成本、杜绝使用除草剂,从而提升水果的品质和安全性。另外,本项目已申报2项实用新型专利、1份查新报告,1份软著,未来将继续深化该产品性能。
负责2024年桂林理工大学大学生创新创业训练项目校级立项
2023年在第十二届中国软件杯大学生软件设计决赛获全国二等奖
2023年在第六届“泰迪杯”数据分析赛中获全国三等奖
2024年在第十五届蓝桥杯AI办公个人实战赛中获省级三等奖
黄观媛:参与市厅级课题2项,校级课题4项
韦艳莎:1.主持2023年桂林理工大学南宁分校辅导员专项重点项目研究课题——《传播仪式观下高校开学及毕业典礼思想政治教育研究》(GUTN23FA01)
2.主持2023年桂林理工大学辅导员专项研究一般课题——《传播仪式观视域下高校开学及毕业 典礼思想政治教育研究》(GUT23FB06)
3.主持2022年桂林理工大学南宁分校辅导员专项一般项目研究课题——《“躺平”文化背景下,高校评奖评优中马太效应应对研究——以桂林理工大学南宁分校为例》(2022B07)
4.主持2020年桂林理工大学辅导员专项研究课题——《广西高校少数民族大学生民族认同与国家认同教育研究》(GUT20FD12)
5.作为第一课题组成员参与广西教育科学“十四五”规划2023年度重点课题——《地方应用型高校创新创业教育质量评价体系研究》(2023ZJY1528)
发表论文:
1.2024年5月以第一作者发表论文《高校评奖评优工作推进学生树立文化自信自强的路径》于《学园》;
2.2017年10月以第一作者发表论文《<解放画报>妇女解放问题图像叙事研究》于《广西职业技术学院学报》;
3.2017年4月以第一作者发表论文《用传统呼唤“工匠精神”的回归》于《传播与版权》。
4.2016年9月以第一作者发表论文《浅析新闻摄影图片在中国新闻宣传中的优势——基于受众体验的视角》于《传播与版权》
在我们指导“智农先锋——基于激光雷达与深度视觉的智能旋耕除草机”项目的过程中,我们全力提供了技术与策略支持。从项目初期开始,我们便深入参与其中,协助团队明确研究方向,确保技术路线的前沿性和实用性。针对激光雷达与深度视觉的融合应用,我们引入了先进算法,以提升机器在复杂农田环境下的识别精度与作业效率。
在硬件选型与集成方面,我们提供了专业建议,确保设备性能稳定,能够适应各种田间作业条件。同时,我们鼓励团队进行多次实地测试,收集宝贵数据,从而不断优化算法与机械结构,实现精准除草与土壤保护的目标。
此外,我们还协调了多方资源,为项目争取到了与农业院校、科研机构及农机企业的联合研发机会,这极大地拓宽了项目的视野,加速了技术成果的转化。通过持续的技术指导与团队建设,项目进展顺利,已初步展现出智能农业装备的广阔应用前景。
我们的全方位支持,旨在助力“智农先锋”项目成为智能农业领域的先锋力量,为推动农业现代化进程贡献力量。
校级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
兰丽华 南宁分校 计算机工程与技术 2022 项目产品负责人
刘心雨 南宁分校 计算机工程与技术 2023 产品管理
黄辰强 南宁分校 计算机工程与技术 2023 产品实践技术人
覃文海 南宁分校 计算机工程与技术 2022 产品研发
卜鸿薇 南宁分校 化学工程与工艺 2023 产品财务负责人

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
黄观媛 南宁分校
韦艳莎 南宁分校

立项依据

面对农村日益严峻的老龄化问题,果园维护工作中如除草、撒药等环节难以招募到年轻劳动力。为此,我们研发了一款智能化的多功能机械,旨在自主完成这些任务,有效缓解人力资源短缺的困境。这款智能旋耕除草机搭载了激光雷达、深度相机以及多种先进算法,配备了多样化的可切换刀片,能够在如沃柑种植区等复杂果园环境中,独立完成旋耕、除草、开沟和回填等一系列工作。
智能除草旋耕一体机的设计理念和技术实现,代表了现代农业机械领域的一次重大创新。该设备通过一体化设计,将除草与旋耕功能巧妙结合,大幅提升了作业效率,相较于传统农业机械,实现了作业流程的简化。运用高精度图像识别技术,智能除草旋耕一体机能够准确识别并处理杂草,其除草准确率远超传统机械,达到了98%,显著提高了除草效果。
此外,该机器的精准施药系统根据杂草种类和生长状况智能调节施药量,有效减少了农药使用,降低了环境污染。通过物联网技术,智能除草旋耕一体机支持远程监控与操作,极大地方便了农户的管理。与现有技术相比,该机器在作业效率、除草效果和环保性方面均有显著进步,体现了其在科学性和先进性上的突出特点。参考文献资料显示,智能除草旋耕一体机的研究与发展符合当前农业机械技术的前沿趋势,有望推动我国农业现代化进程
在国际范围内,旋耕机的发展历程已超过150年。最初由英、美等国发明的机械,经过多次技术革新,如今已被广泛应用于多种农业活动中。不同国家根据自身农业需求,开发了多种旋耕机械。例如,美国、法国、澳大利亚、日本和瑞士在果树和蔬菜生产中广泛应用小型旋耕机械,而德国则将旋耕播种技术用于大面积谷物生产。近年来,为满足特定作物的需求,国外还开发了间隔窄幅深耕旋耕机和全幅深耕旋耕机。
在中国,旋耕机的研究始于20世纪50年代末,主要研制与手扶拖拉机配套的旋耕机。到了70年代,中国研制了与各类拖拉机配套的系列旋耕机,并在北方平原旱田大面积推广应用。90年代以来,国内研制出了一批旋耕复式或联合作业机具,这些机具采用新型旋耕刀,具有多种功能,能满足不同的农艺要求。
中国在智能除草机方面也取得了进展。例如,扬州大学和江苏省农科院合作研制了北斗定位水稻机械智能除草机。这项技术融合了北斗定位、信息学、控制学、机械学等多个学科,能够精准地进行除草作业,同时不伤害秧苗,还有松土促苗的作用。这种技术对于减少化学除草剂的使用,保护环境具有重要意义
智能旋耕除草一体机是基于先进技术的农业机械设备,旨在帮助农民自动化进行除草作业,提高作物生长的品质和产量。通过采用先进的传感器、控制系统和算法,该设备能够智能地识别和除去杂草,减少人力劳动和时间成本。以下是其核心技术突破和创新点:
移动端4G网络控制技术:移动端4G网络控制技术实现了移动设备与4G网络的稳定连接,确保实时数据传输的流畅性。这项技术极大地提升了设备的远程控制和监测能力,使农民可以随时随地通过移动设备监控和操作除草机器。无论身处何地,农民都能即时了解作业情况,实现对农业生产的远程管理,从而提高了生产效率和农田管理的精确性。
高效能动力系统技术:高效能动力系统技术采用先进的动力系统,显著提高了设备的工作效率和能源利用效率。通过优化动力系统的设计和控制,智能旋耕除草一体机能够在长时间、高强度的作业中保持稳定性和持续性。这项技术的应用使得除草作业更加高效,大大减少了能源消耗,降低了运行成本,同时也延长了设备的使用寿命。
精准识别和辨别能力:精准识别和辨别能力是智能旋耕除草一体机的重要特点之一。通过采用高分辨率图像传感器和先进的图像处理算法,智能旋耕除草一体机能够准确识别作物和杂草,从而降低误伤作物的概率,提高了作业效率和安全性。这项技术的应用不仅可以有效地减少对作物的损害,还能够提高除草作业的精确度和可靠性,为农民创造更多的经济收益。
激光雷达技术:激光雷达技术是智能旋耕除草一体机的核心,能够全方位地感知周围环境并实现准确定位。通过激光雷达扫描地形,结合先进的建图算法如Gmapping、Hector、Karto等,设备能够即时生成高精度的环境地图。利用这些地图,除草一体机可以进行定点或多点导航,并通过TEB和A*等路径规划算法确保安全避障。这些算法的应用使得智能旋耕除草一体机能够在各种复杂环境下高效导航,提高了作业效率和精准度。
深度相机技术:深度相机技术为智能旋耕除草一体机提供了强大的视觉识别功能。通过深度相机获取环境的信息,结合Yolov8先进的视觉识别算法,机器能够实时准确地识别树木与杂草。
目前,市场上尚未出现将这些智能化技术全面融合的农业机械设备。然而,我们具备研发和制造这些智能旋耕除草一体机设备的技术能力。这些创新点大大提升了设备的性能,使其在农业生产中发挥重要作用,不仅提高了除草效率,还优化了农田管理,推动了农业现代化进程。通过这些技术,我们能够实现真正的智能除草,满足现代农业的高效、精准和环保需求。
1.自创的旋耕除草
技术,可调节深度刀箱可深入土壤,有效去根减少再生。结合果园丘陵地形,优
化了机器结构,采用伸缩式履带,可适应多种复杂地形,能在 30°斜坡上平稳
作业。
2.油电混合供能,马力更加强劲,能够轻松应对陡坡。机器可以 360°原地
旋转,解决了转弯问题。
3.引入遥控和移动端 4G 网络控制技术,实现了远程精准
作业,提高了除草效率。
4.基于 Cartographetr 算法的激光雷达系统和深度相机系统首次应用,实现了机器自动导航、识图和避障的技术突破。
引入智能化功能。实现机器智能化
阶段 时间安排 具体事项
前期 2024年12月——2025年5月 产品迭代,技术更新,产品实现智能化
中期 2025年5月 参加中国国际大学生创新创业大赛及第二十届“挑战杯”
后期 2025年5月——2026年1月 完成结课
类型 说明 证明
竞赛获奖 1.中国国际大学生创新创业大赛(2024)“数广集团杯”广西区赛银奖
查新报告 1.旋耕除草一体机查新报告
专利申请(受理中) 1.一种多功能旋耕除草机一体机(申请号:2020211721414.7)
2.一种除草机(申请号:202420059705X) 
已具备的条件
1.技术集成:集成了可调节深度刀箱,油电混合供能、遥控和移动端 4G 网络控制技术、激光雷达系统和深度
相机系统
2.多功能性:能够同时进行除草和旋耕作业,提高了作业效率。
3.环境友好:减少了对化学除草剂的依赖,有利于环境保护和生态农业的发展。
4.自动化程度:机型已实现可用遥控及手机app控制的自动化操作,减轻了人力需求。
尚缺的条件:
1.适应性:对不同作物和土壤条件的适应性有待增强。
2.成本控制:设备成本较高,限制了其在小规模农户中的普及。
解决方法:
1.技术研发:
加大技术研发投入,特别是在智能控制系统和精准定位技术方面。
开发更为先进的传感器和算法,以提升机器的作业精度和适应性。
2.成本优化:
通过规模化生产和本地化制造来降低成本。
探索金融租赁模式,减轻农户的经济负担。
3.用户培训和教育:
提供操作培训,帮助农户更好地理解和使用智能设备。

经费预算

开支科目 预算经费(元) 主要用途 阶段下达经费计划(元)
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 4000.00 2500.00 1500.00
1. 业务费 1000.00 500.00 500.00
(1)计算、分析、测试费 0.00 0.00 0.00
(2)能源动力费 0.00 0.00 0.00
(3)会议、差旅费 1000.00 调研考察使用 500.00 500.00
(4)文献检索费 0.00 0.00 0.00
(5)论文出版费 0.00 0.00 0.00
2. 仪器设备购置费 3000.00 产品制作 2000.00 1000.00
3. 实验装置试制费 0.00 0.00 0.00
4. 材料费 0.00 0.00 0.00
结束