謝慶 孔凡婷 石磊 陳長林 吳騰 孫勇飛

摘要：棉花打頂作為棉花種植過程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)棉花產(chǎn)量與品質(zhì)具有重要影響。針對(duì)我國棉花打頂機(jī)械的發(fā)展情況，分類總結(jié)近年來在棉花高度與頂端檢測(cè)、打頂裝置、控制系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)方面的研究現(xiàn)狀，闡述各個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的突破與創(chuàng)新。同時(shí)指出在棉花高度與頂端檢測(cè)、打頂裝置、控制系統(tǒng)等方面檢測(cè)精度不足、切割可靠性與準(zhǔn)確性差、打頂控制算法不完善等問題。提出未來打頂技術(shù)研究的發(fā)展方向，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、5G通訊等技術(shù)可用于棉花打頂識(shí)別，創(chuàng)新優(yōu)化打頂切割裝置，先進(jìn)智能控制算法應(yīng)用解決棉花打頂控制問題，機(jī)器人等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到打頂中，發(fā)展無人機(jī)打頂技術(shù)，結(jié)合水肥調(diào)控栽培技術(shù)，推進(jìn)打頂機(jī)械與生產(chǎn)農(nóng)藝相結(jié)合，最大限度減低棉花田間管理復(fù)雜度，提升棉花打頂效果，實(shí)現(xiàn)棉花機(jī)械打頂大規(guī)模應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：棉花；打頂；頂端檢測(cè)；切割裝置；打頂控制

中圖分類號(hào)：S224.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-5553 （2023） 03-0028-07

Abstract： As an important part in the cotton planting process， cotton topping has an important impact on cotton yield and quality. According to the development of cotton topping machinery in China， this paper classifies and summarizes the research status of key technologies such as cotton height and top detection， topping device and control system in recent years， and expounds the break through and innovation of various key technologies， at the same time， it points out the problems of insufficient detection accuracy， poor cutting reliability and accuracy and imperfect topping control algorithm in cotton height and top detection， topping device and control system， and puts forward the development direction of topping technology in the future. Neural network， 5G communication and other technologies can be used for cotton topping identification and innovate and optimize topping and cutting device， advanced intelligent control algorithm is applied to solve the problem of cotton topping control， and advanced technologies such as robots are applied to the topping.Unmanned aerial vehicle technology can be used for topping. The water and fertilizer regulation and cultivation technology promotes the combination of topping machinery and production agronomy， minimizes the complexity of cotton field management， improves the cotton topping effect， and realizes the largescale application of cotton machinery topping.

Keywords： cotton； topping； top detection； topping device； topping control

0引言

我國棉花種植面積廣闊，種植面積超過3 000 khm2［12］，棉花打頂作為棉花種植過程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)棉花產(chǎn)量與品質(zhì)具有重要影響［3］。

棉花打頂是通過摘除棉花頂尖，實(shí)現(xiàn)去除頂端優(yōu)勢(shì)，抑制棉株枝葉生長，促進(jìn)結(jié)鈴結(jié)桃，提高棉花產(chǎn)量。棉花打頂多采用人工操作，通過摘除“一葉一芯”，進(jìn)行人工打頂作業(yè)。

國外對(duì)于棉花機(jī)械打頂方面研究主要集中在20世紀(jì)，研制多種形式的棉花打頂機(jī)械，但由于受到管理方式以及品種氣候等諸多因素影響，對(duì)打頂機(jī)械需求較弱，未形成成熟的產(chǎn)品，相關(guān)技術(shù)相對(duì)落后，近年來相關(guān)研究也鮮有報(bào)道。我國棉花打頂機(jī)械研究自20世紀(jì)60年代就有相關(guān)報(bào)道［4］，并逐步發(fā)展至今，關(guān)鍵在于解決棉花打頂機(jī)械化問題。過去依賴于我國的人口優(yōu)勢(shì)，農(nóng)業(yè)從業(yè)人口充足，棉花打頂采用人工作業(yè)，作業(yè)成本較低，打頂機(jī)械化需求較弱；然而隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)勞動(dòng)力短缺的問題日益突出，同時(shí)由于棉花打頂勞動(dòng)強(qiáng)度大，且打頂時(shí)為高溫炎熱的夏季，工作條件惡劣，意愿從事打頂人員大幅度減少，同時(shí)隨著人員薪酬普遍提升，大幅度提高的打頂作業(yè)成本，迫切需求機(jī)械替代人工，使得棉花打頂機(jī)械化成為目前亟待解決的棉花生產(chǎn)問題。

近年來開展棉花機(jī)械打頂相關(guān)研究較多，研究方向及著重點(diǎn)也各有不同，本文針對(duì)近年來棉花打頂主要集中的棉花高度與頂端檢測(cè)、打頂切割裝置、打頂控制系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)方面進(jìn)行分析，闡述目前棉花機(jī)械打頂研究存在的主要問題，探究棉花機(jī)械打頂?shù)陌l(fā)展方向。

1棉花打頂關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀

1.1棉花高度與頂端檢測(cè)技術(shù)

由于棉花生長高度的不同，棉花機(jī)械打頂首先需要解決的是棉花高度與頂端檢測(cè)，進(jìn)而調(diào)節(jié)打頂位置，進(jìn)行機(jī)械打頂作業(yè)。早期采用基于地面仿行的打頂方式，根據(jù)地形調(diào)整打頂位置，如蔣永新等［5］研制的3DDF-8型棉花打頂機(jī)，其僅僅考慮到地形對(duì)打頂位置的影響，忽視了棉花自生生長的差異性，而在實(shí)踐中易發(fā)現(xiàn)棉花自身生長差異影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地形的影響。另外，還有在自動(dòng)化技術(shù)較少應(yīng)用到打頂方面的時(shí)期，還有采用人工手動(dòng)調(diào)節(jié)的打頂機(jī)，通過人眼觀察頂尖位置，通過手動(dòng)快速調(diào)節(jié)打頂機(jī)構(gòu)進(jìn)行打頂?shù)陌胱詣?dòng)打頂方式［3］。隨著技術(shù)發(fā)展，目前研究棉花高度與頂端檢測(cè)的方式方法較多，不同方式均有研究應(yīng)用，主要可分為接觸式與非接觸式棉花高度與頂端檢測(cè)。

1.1.1接觸式棉花高度與頂端檢測(cè)

接觸式棉花高度與頂端檢測(cè)方式，主要采用可控元件與棉株頂端接觸，結(jié)合角度、壓力、限位等傳感器進(jìn)行接觸檢測(cè)，通過分析獲取頂端位置。如何磊等［6］研制開發(fā)的一種垂直升降式單體仿形棉花打頂機(jī)采用了一種仿形板式結(jié)構(gòu)，通過仿形板與棉花頂部接觸，結(jié)合多個(gè)不同位置接近開關(guān)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)棉花頂端位置檢測(cè)，如圖1所示，工作過程如下：當(dāng)仿形板一端碰到高棉株，在棉株的反作用力下，仿形板上升，斷開下接近開關(guān)，觸發(fā)上接近開關(guān)，信號(hào)傳遞到電磁閥，驅(qū)動(dòng)打頂機(jī)構(gòu)上升；棉株較低時(shí)，在重力作用下仿形板降低至棉株頂端，斷開上接近開關(guān)，觸發(fā)下接近開關(guān)，信號(hào)傳遞到電磁閥，驅(qū)動(dòng)打頂機(jī)構(gòu)下降；如果仿形板位于上、下接近開關(guān)之間，則保持當(dāng)前高度。另外，康秀生等［7］設(shè)計(jì)的一種小型棉花打頂機(jī)也采用了類似仿形板結(jié)構(gòu)，不同之處在于其采用杠桿結(jié)構(gòu)，可進(jìn)行仿形板平衡調(diào)節(jié)，提升準(zhǔn)確性。

彭強(qiáng)吉等［8］在原仿形板結(jié)構(gòu)僅設(shè)高低位檢測(cè)基礎(chǔ)上，開發(fā)了使用角度傳感檢測(cè)的仿形板方案，如圖2所示，使得棉株檢測(cè)高度更加精確，提高了棉花打頂?shù)臏?zhǔn)確性。

由于接觸式結(jié)構(gòu)需要與棉株接觸進(jìn)行檢測(cè)，在響應(yīng)速度與檢測(cè)精度上存在一些不足，逐步發(fā)展起來非接觸式檢測(cè)方式。

1.1.2非接觸式棉花高度與頂端檢測(cè)

非接觸式棉花頂端檢測(cè)是通過非接觸傳感器直接或者間接檢測(cè)分析棉花頂端位置，如可采用超聲波傳感器、紅外測(cè)距傳感器、相機(jī)等進(jìn)行棉花頂端分析檢測(cè)。

李霞等提出了用超聲波方式檢測(cè)棉株高度，其原理如圖3所示，后續(xù)有多種基于超聲波檢測(cè)的方式，謝慶等在一種基于PLC伺服控制的棉花打頂機(jī)中上采用進(jìn)口的ＵT20-700-AIM４型超聲波傳感器對(duì)棉花高度進(jìn)行檢測(cè)，并獲取了其測(cè)距特性，并經(jīng)過試驗(yàn)表明該傳感器可應(yīng)用于棉花機(jī)械打頂機(jī)中的棉株高度檢測(cè)?？敌闵仍诨趩纹瑱C(jī)的棉花打頂機(jī)打頂高度的控制研究中，利用超聲波反射原理進(jìn)行打頂檢測(cè)，構(gòu)建了一套基于超聲波檢測(cè)機(jī)制的棉花打檢測(cè)方式。

閆毅敏等［9］于自動(dòng)控制的棉株頂尖高度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)中，采用了超聲波傳感器對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究了一種紅外測(cè)距傳感器用于棉株檢測(cè)，其工作原理如圖4所示，紅外線發(fā)射器可發(fā)射出紅外線光束，當(dāng)遇到棉株時(shí)，光束反射后經(jīng)過濾鏡被CCD檢測(cè)器檢測(cè)到以后，可測(cè)得偏移量Ｌ，通過幾何關(guān)系計(jì)算，可得出傳感器到棉株的距離Ｄ。

由于超聲波傳感器與紅外傳感器均利用反射原理進(jìn)行非接觸式棉花高度與頂端檢測(cè)，在田間復(fù)雜條件易受到干擾，逐步發(fā)展出了基于光電的檢測(cè)方式與技術(shù)。史增錄等［10］在基于自動(dòng)檢測(cè)與控制的棉花打頂裝置中采用了光幕傳感器作為棉花高度檢測(cè)系統(tǒng)，其原理如圖5所示。另外，彭強(qiáng)吉等［11］研制的3MDZ-4型自走式棉花打頂噴藥聯(lián)合作業(yè)機(jī)采用一種測(cè)量光幕傳感器作為棉花高度檢測(cè)系統(tǒng)。該棉花高度傳感器包含相互分離且相對(duì)放置的發(fā)射管和接收管兩部分，識(shí)別范圍為0～320 mm，低于識(shí)別范圍無檢測(cè)信號(hào)，高于識(shí)別范圍將最高點(diǎn)視為棉株高度。作業(yè)時(shí)，棉株從傳感器中間穿過，發(fā)射管發(fā)出的光束被遮擋，接收管接收不到光束，接收管截止，接收管輸出高電平信號(hào)；如果沒有棉株從傳感器中間穿過，發(fā)射管發(fā)出光束被接收管接收，接收管導(dǎo)通，接收管輸出低電平信號(hào)，配合控制軟件，進(jìn)行分析檢測(cè)數(shù)據(jù)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)棉花高度的精準(zhǔn)檢測(cè)。

另外，瞿端陽等［12］提出一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的棉株識(shí)別定位方法，利用２個(gè)相同型號(hào)的攝像頭搭建雙目立體視覺系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定、圖像采集、圖像分割、特征點(diǎn)提取等過程，利用最小二乘法計(jì)算出棉株的深度信息，證明基于機(jī)器視覺技術(shù)的棉株識(shí)別定位方法的可行性。韓大龍等［13］開發(fā)雙目立體視覺的棉株動(dòng)態(tài)識(shí)別系統(tǒng)，運(yùn)用基于圖像Haar_Like特征的Adaboost算法設(shè)計(jì)出棉株頂尖檢測(cè)識(shí)別的級(jí)聯(lián)分類器，應(yīng)用于雙目立體識(shí)別系統(tǒng)的頂尖檢測(cè)識(shí)別，如圖6所示。

隨著人工智能技術(shù)興起，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人工智能技術(shù)也逐步應(yīng)用到棉花頂芽識(shí)別定位方面。2021年陳柯屹等［14］研究了以Faster R-CNN 為基礎(chǔ)框架，使用RegNetX-6.4GF作為主干網(wǎng)絡(luò)的田間棉花頂芽識(shí)別方法，構(gòu)建了相關(guān)數(shù)據(jù)庫，并對(duì)比分析了不同神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別效果，為棉花精準(zhǔn)打頂作業(yè)奠定基礎(chǔ)。Li等［15］通過采用雙目相機(jī)，結(jié)合YOLOv3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)棉花頂芽的精準(zhǔn)識(shí)別，取得了較好的效果。

1.2棉花打頂切割技術(shù)

棉花打頂切割技術(shù)是最終實(shí)現(xiàn)棉花打頂切割動(dòng)作的關(guān)鍵，為實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確高效的打頂切割，目前主要采用的方式有甩刀、單/雙圓盤刀、滾刀、線刀、往復(fù)式割刀等結(jié)構(gòu)形式，輔助于扶禾器、防護(hù)罩等裝置。

羅新豫等［16］設(shè)計(jì)了一種平推式棉花打頂機(jī)采用長滾筒切割裝置與前、后推禾板相互配，將高低不齊的棉株頂尖斜推至同一水平高度進(jìn)行切割打頂，試驗(yàn)表明速度在3.4 km/h左右時(shí)，打頂率達(dá)到92%，結(jié)構(gòu)如圖7所示。

史增錄等［10］設(shè)計(jì)了一種棉花打頂裝置，如圖8所示，其利用前擋板和后擋板防止切頂裝置在上升或下降時(shí)過切棉株莖葉，避免傳統(tǒng)棉花打頂機(jī)切頂裝置易過切棉株莖葉及部分棉桃問題，同時(shí)在切割裝置上增加了固定刀，使得切割裝置以有支撐切割的方式作業(yè)，減少切割消耗的動(dòng)力，改善棉株頂尖切口的整齊度。

姚強(qiáng)強(qiáng)等［17］設(shè)計(jì)的單體仿形棉花打頂機(jī)與彭強(qiáng)吉等［11］設(shè)計(jì)的3MDZ-4型自走式棉花打頂噴藥聯(lián)合作業(yè)機(jī)均采用單獨(dú)圓盤刀，如圖9所示，通過高速驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)刀片對(duì)棉株頂端進(jìn)行切割，該切割方式操作簡(jiǎn)單，難點(diǎn)在于驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)上，需同時(shí)實(shí)現(xiàn)上下仿形運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)切割，其中前者采用套筒式結(jié)構(gòu)，而后者采用了電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。

謝慶等在一種基于PLC伺服控制的棉花打頂機(jī)中采用了雙圓盤打頂切割機(jī)構(gòu)（圖10），其在單圓盤切刀基礎(chǔ)上改進(jìn)，采用較低的轉(zhuǎn)速，具有較高的切割可靠性。

姜學(xué)森等［18］設(shè)計(jì)了一種棉花仿形縱橫切割機(jī)構(gòu)，其主要包括方形滾筒以及中間水平刀以及多組縱向排布線刀，可通過方形滾筒帶動(dòng)水平刀與線刀高速旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)切割頂芯同時(shí)打去側(cè)枝頂芽，如圖11所示。

1.3棉花打頂控制技術(shù)

棉花打頂機(jī)控制系統(tǒng)從純機(jī)械仿形結(jié)構(gòu)控制，逐步發(fā)展至全自動(dòng)電子控制的打頂系統(tǒng)，主要以單片機(jī)、PLC、FPGA等為基礎(chǔ)的打頂機(jī)控制系統(tǒng)。如閆毅敏等［9］設(shè)計(jì)開發(fā)了基于C51單片機(jī)的棉株高度檢測(cè)系統(tǒng)，并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)研究；史增錄等［10］設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的棉花打頂控制系統(tǒng)，其采用激光對(duì)射式傳感器自動(dòng)檢測(cè)棉株高度，將高度數(shù)據(jù)反饋到單片機(jī)控器中，通過分析處理控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)打頂裝置精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)到打頂位置，其結(jié)構(gòu)如圖12所示。另外為該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了控制電路及配套控制軟件，形成完整的棉花打頂控制系統(tǒng)，并進(jìn)行了系統(tǒng)試驗(yàn)研究。

謝慶等針對(duì)3MD-3型棉花打頂機(jī)開發(fā)了基于PLC控制的打頂控制系統(tǒng)，其主要由PLC主控制器、觸控顯示屏、行駛速度傳感器、棉花頂端檢測(cè)傳感器、提升伺服電機(jī)及旋切伺服電機(jī)等組成，如圖13所示。所設(shè)計(jì)打頂機(jī)采用一套控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)3行打頂機(jī)的控制，并配備便于用戶操作的觸摸控制屏，實(shí)現(xiàn)了打頂?shù)娜詣?dòng)控制。

彭強(qiáng)吉等［11］為3MDZ-4型自走式棉花打頂噴藥聯(lián)合作業(yè)機(jī)設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的打頂機(jī)控制系統(tǒng)，如圖14所示，將棉花打頂系統(tǒng)與變量噴藥系統(tǒng)進(jìn)行集成，可實(shí)現(xiàn)棉株高度檢測(cè)、打頂切割控制、變量噴藥控制等，進(jìn)一步提升了打頂機(jī)的綜合性能。

張晉國等［19］研究的棉花打頂機(jī)自動(dòng)對(duì)行裝置及控制系統(tǒng)，如圖15所示。

通過檢測(cè)桿與角度傳感器相結(jié)合，運(yùn)用PLC控制器結(jié)合滑移控制方法，實(shí)現(xiàn)棉花打頂機(jī)左右對(duì)行調(diào)節(jié)，解決打頂過程中對(duì)行作業(yè)需求，減少偏行量，提升打頂準(zhǔn)確性。

另外，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、江蘇大學(xué)、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)機(jī)械化研究所等正針對(duì)棉花打頂機(jī)開發(fā)智能機(jī)器人，結(jié)合人工智能識(shí)別技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)，實(shí)現(xiàn)棉花智能化打頂，實(shí)現(xiàn)人工打頂?shù)街悄艽蝽數(shù)目缭健?/p>

2存在問題

目前眾多學(xué)者與研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行棉花機(jī)械打頂方面的技術(shù)研究，開展了大量的試驗(yàn)探索，但在諸多方面仍然存在不足，棉花機(jī)械打頂方面依然面臨諸多問題。

1） 棉花打頂檢測(cè)方面。由于棉花頂芽較小，同時(shí)棉花生長的特殊構(gòu)造，易受到遮擋，同時(shí)種植密度較大，檢測(cè)難度較大，其主要問題在于準(zhǔn)確性、抗干擾與實(shí)時(shí)性方面不足。無論是仿形板等接觸方式還是超聲波、光幕等非接觸方式均為間接測(cè)量，其準(zhǔn)確性存在天生缺陷，無法實(shí)現(xiàn)高精度打頂；基于相機(jī)等圖像處理方式，需要結(jié)合復(fù)雜的算法分析，準(zhǔn)確性較高，但受到傳感器與算法雙重影響，同時(shí)實(shí)時(shí)性也受到硬件制約，成本也相對(duì)較高。針對(duì)棉花頂尖檢測(cè)技術(shù)，詳細(xì)對(duì)比分析見表1。

2） 切割裝置方面。目前主要采用的甩刀、單/雙圓盤刀、滾刀、線刀、往復(fù)式割刀等多種切割方式應(yīng)用于棉花打頂切割，不同切割方式針對(duì)切割轉(zhuǎn)速、切割范圍、切割時(shí)對(duì)行要求以及對(duì)特定目標(biāo)切割的可靠性等方面對(duì)比如表2所示。

主要問題是切割可控性普遍不足，無法穩(wěn)定高效切割棉花頂尖部分，易發(fā)生漏切與過切問題；另外切割精度不足，普遍易傷頂芽周邊枝葉，易損傷蓋頂桃，影響棉花品質(zhì)和產(chǎn)量。

3） 打頂控制系統(tǒng)方面。多種自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用提升了打頂自動(dòng)化與智能化程度，而打頂控制系統(tǒng)主要在于控制精度、穩(wěn)定性與可靠性不足。硬件方面主要應(yīng)用有單片機(jī)、PLC、FPGA等，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上基本相似，整體結(jié)構(gòu)已趨于完善，但在軟件方面存在較大不足，相關(guān)理論研究較少，特別是針對(duì)打頂作業(yè)的動(dòng)態(tài)過程，需要實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)速度匹配，相關(guān)算法的無法滿足精準(zhǔn)打頂要求。

4） 另外，在進(jìn)行棉花打頂相關(guān)研究開展方面也存在不足。棉花打頂機(jī)械與農(nóng)藝管理融合不足。目前進(jìn)行棉花機(jī)械打頂相關(guān)研究主要還集中在機(jī)械裝備的研制方面，配套的相關(guān)農(nóng)藝要求研究還不足，目前多采用與人工打頂相同的管理方式，對(duì)于機(jī)械打頂?shù)臅r(shí)間、打頂期的田間管理等方面的技術(shù)要求仍不明確，還未形成與機(jī)械打頂相適應(yīng)的規(guī)范流程，成為影響機(jī)械打頂效果的一個(gè)重要因素。另外目前研制棉花打頂機(jī)多為單一功能裝備，使用期短，成本較高，裝備利用率與成本問題制約其進(jìn)一步發(fā)展與推廣應(yīng)用。

3發(fā)展趨勢(shì)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，棉花機(jī)械打頂相關(guān)技術(shù)逐步發(fā)展，更多新的技術(shù)將應(yīng)用在棉花打頂領(lǐng)域。

在頂端檢測(cè)技術(shù)方面，多學(xué)科多技術(shù)融合成為研究的重點(diǎn)方向，諸如基于人工智能相關(guān)的圖像識(shí)別技術(shù)將成為棉花打頂研究的一個(gè)重要方面，解決當(dāng)前棉花頂尖識(shí)別這一關(guān)鍵性問題，大大提升識(shí)別的準(zhǔn)確性與可靠性。另外基于5G通訊技術(shù)，可將云處理技術(shù)應(yīng)用在打頂方面，在保證棉花打頂實(shí)時(shí)性需求的同時(shí)，可以進(jìn)一步優(yōu)化識(shí)別準(zhǔn)確性，同時(shí)滿足大規(guī)模處理需求，降低設(shè)備成本。

在棉花打頂切割方面，創(chuàng)新設(shè)計(jì)打頂切割裝置，進(jìn)一步優(yōu)化棉花打頂裝置結(jié)構(gòu)，提高打頂效率，解決打頂切割可靠性問題，同時(shí)最大限度降低打頂過程中對(duì)枝葉與花蕾的損傷，減少對(duì)棉花產(chǎn)量影響。

在打頂控制方面，各種控制系統(tǒng)的集成應(yīng)用以及多種控制理論與方法的應(yīng)用將推動(dòng)打頂控制技術(shù)的提升，關(guān)鍵在于解決打頂準(zhǔn)確性、打頂速度與行駛速度的同步等核心問題，提升打頂效率與準(zhǔn)確性。

另外可開展棉花打頂機(jī)械手的研究，將其替代人工打頂，提高效率同時(shí)提升打頂精度，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)打頂；而隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，也可應(yīng)用在棉花打頂方面，開發(fā)打頂無人機(jī)，配合集群控制模式，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模打頂應(yīng)用。

此外，融合機(jī)械打頂與水肥調(diào)控方式用于棉花生產(chǎn)管理，可實(shí)現(xiàn)少打頂甚至不打頂，進(jìn)一步提升棉花打頂管理的效果，提高棉花品質(zhì)與產(chǎn)量。

為進(jìn)一步推動(dòng)棉花打頂機(jī)械發(fā)展，需要相關(guān)政策扶持，吸引更多人才與企業(yè)參與，將相關(guān)技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用，形成產(chǎn)品，應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，推動(dòng)棉花打頂機(jī)械快速發(fā)展。

4結(jié)語

隨著我國農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)方式的改變，土地逐步推進(jìn)集約化管理，棉花生產(chǎn)將進(jìn)一步向大規(guī)?；l(fā)展，為減少棉花田間管理成本，提升棉花品質(zhì)與產(chǎn)量，棉花打頂機(jī)械化將成為棉花生產(chǎn)的重要一環(huán)。棉花打頂相關(guān)裝備研發(fā)將針對(duì)棉花頂端識(shí)別與定位、打頂切割等方面存在的問題，解決棉花打頂?shù)臏?zhǔn)確性與可靠性問題，融合新興技術(shù)，發(fā)展打頂新方式，改變目前打頂現(xiàn)狀，推進(jìn)棉花生產(chǎn)全程機(jī)械化；結(jié)合水肥調(diào)控栽培技術(shù)，推進(jìn)打頂機(jī)械與生產(chǎn)農(nóng)藝相結(jié)合，最大限度減低棉花田間管理復(fù)雜度，提升棉花打頂效果，實(shí)現(xiàn)棉花機(jī)械打頂大規(guī)模應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

［1］國家統(tǒng)計(jì)局. 中國統(tǒng)計(jì)年鑒［M］. 北京： 中國統(tǒng)計(jì)出版社， 2020.

［2］喻樹迅， 張雷， 馮文娟. 棉花生產(chǎn)規(guī)?；C(jī)械化、信息化、智能化和社會(huì)服務(wù)化發(fā)展戰(zhàn)略研究［J］. 中國工程科學(xué)， 2016， 18（1）： 137-148.

Yu Shuxun， Zhang Lei， Feng Wenjuan. Study on strategy of large scale， mechanization， informationization， intelligence and social services for cotton production ［J］. Engineering Sciences， 2016， 18（1）： 137-148.

［3］郝延杰， 石磊， 曹龍龍， 等. 棉花頂芽識(shí)別定位技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望［J］. 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)， 2018， 39（11）： 72-78.

Hao Yanjie， Shi Lei， Cao Longlong， Gong Jianxun， Zhang Aimin. Research status and prospect of cotton terminal bud identification and location technology ［J］. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2018， 39（11）： 72-78.

［4］八一農(nóng)學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械系. 馬拉棉花打頂機(jī)［J］. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)， 1961（2）： 141-142.

［5］蔣永新， 陳發(fā)， 王春耀， 等. 3FDD－6型后懸掛滾筒式棉花打頂機(jī)［J］. 中國農(nóng)機(jī)化， 2012（1）： 126-128.

Jiang Yongxin， Chen Fa， Wang Chunyao， et al. 3FDD-6 types queen flies drumtype cotton topping machine ［J］. Chinese Agricultural Mechanization， 2012（1）： 126-128.

［6］何磊， 劉向新， 周亞立， 等. 垂直升降式單體仿形棉花打頂機(jī)［J］. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)， 2013， 44（2）： 62-67.

He Lei， Liu Xiangxin， Zhou Yali， et al. Vertical lift type single profiling cotton topping machine ［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2013， 44（2）： 62-67.

［7］康秀生， 楊瑩， 唐學(xué)鵬， 等. 仿形棉花打頂機(jī)的設(shè)計(jì)研究［J］. 農(nóng)業(yè)科技與裝備， 2014（10）： 16-17.

［8］彭強(qiáng)吉， 馬繼春， 宋和平， 等. 棉花高度仿形裝置研究［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2016， 44（12）： 356-358.

［9］閆毅敏， 王維新， 李霞， 等. 基于自動(dòng)控制的棉株頂尖高度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)［J］. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2018， 53（5）： 176-184.

Yan Yimin， Wang Weixin， Li Xia， et al. Design and test of cotton top height measurement system based on automatic control［J］. Journal of Gansu Agricultural University， 2018， 53（5）： 176-184.

［10］史增錄， 張學(xué)軍， 丁永前， 等. 基于自動(dòng)檢測(cè)與控制的棉花打頂裝置的設(shè)計(jì)［J］. 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)， 2017， 38（12）： 58-62.

Shi Zenglu， Zhang Xuejun， Ding Yongqian， et al. Design of cotton topping device based on automatic detection and control ［J］. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2017， 38（12）： 58-62.

［11］彭強(qiáng)吉， 康建明， 宋裕民， 等. 3MDZ-4型自走式棉花打頂噴藥聯(lián)合作業(yè)機(jī)設(shè)計(jì)［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2019， 35（14）： 30-38.

Peng Qiangji， Kang Jianming， Song Yumin， et al. Design of 3MDZ-4 selfpropelled cotton topping and spraying combined machine ［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2019， 35（14）： 30-38.

［12］瞿端陽， 王維新， 馬本學(xué)， 等. 基于機(jī)器視覺技術(shù)的棉株識(shí)別定位［J］. 中國棉花， 2013， 40（2）： 16-19.

Qu Duanyang， Wang Weixin， Ma Benxue， et al. Cotton Identification and Localization based on Machine Vision［J］. China Cotton， 2013， 40（2）：? 16-19.

［13］韓大龍， 王維新， 馬本學(xué)， 等. 基于MATLAB GUI的棉株頂尖特征提取系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2014， 42（3）： 346-348.

［14］陳柯屹， 朱龍付， 宋鵬， 等. 融合動(dòng)態(tài)機(jī)制的改進(jìn)型Faster R-CNN田間棉花頂芽識(shí)別［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2021， 37（16）： 161-168.

Chen Keyi， Zhu Longfu， Song Peng， et al. Recognition of cotton terminal bud in field using Faster R-CNN by integrating dynamic mechanism［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2021， 37（16）： 161-168.

［15］Li Jianliang， Xin Leizhi， Wang Yingying， et al. Research on intelligent recognition system of cotton apical bud based on Deep Learning ［J］. Journal of Physics： Conference Series， 2021， 1820（1）： 1-8.

［16］羅新豫， 王吉奎， 布爾蘭·卡力木別克， 等. 平推式棉花打頂機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)［J］. 新疆農(nóng)機(jī)化， 2018（2）： 5-10.

［17］姚強(qiáng)強(qiáng)， 黃勇， 陳永， 等. 單體仿形棉花打頂機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)［J］. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2018， 53（1）： 174-180.

Yao Qiangqing， Huang Yong， Chen Yong， et al. Design and experimental of single profiling the cotton topping machine ［J］. Journal of Gansu Agricultural University， 2018， 53（1）： 174-180.

［18］姜學(xué)森， 侯元?jiǎng)祝?王振芹. 棉花仿形縱橫切割打頂機(jī)［J］. 山東農(nóng)機(jī)化， 2019（4）： 43-45.

［19］張晉國， 鄭超， 趙金， 等. 棉花打頂機(jī)自動(dòng)對(duì)行裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)［J］. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)， 2021， 52（7）： 93-101.

Zhang Jinguo， Zheng Chao， Zhao Jin， et al. Design and experiment of autofollow row device for cotton topping machine［J］. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2021， 52（7）： 93-101.