تحقیقات سامانه ها و مکانیزاسیون کشاورزی
سال:1398 | دوره:20 | شماره:73 |تعداد مقالات:12

دستیابی به دانش پایه بینایی ماشین در کنترل کیفی بذر گندم اهمیت ویژه ای دارد. در این پروژه، با تهیه سخت افزار و نرم افزار مناسب، تصویر 21000 عدد نمونه دانه، تهیه و با الگوریتم طراحی شده پردازش شد. نود و یک ویژگی شکل، بافت و رنگ محاسبه و رتبه بندی شد. از میان پنج مدل طبقه بندی کننده، بیشترین صحت کل، طبقه بندی در مدل شبکه عصبی مصنوعی با دو لایه پنهان و به کار گیری 35 ویژگی برتر اول به دست آمد. در آزمون این مدل با استفاده از داده های مستقل، صحت طبقه بندی برای گندم سفید درشت، گندم سفید کوچک، گندم سفید شکسته، گندم سفید چروکیده، گندم قرمز، جو و چاودار به ترتیب 100، 7/96، 3/99، 3/90، 99، 7/99، 98 درصد و میانگین آنها 6/97 درصد محاسبه شده است. صحت کل طبقه بندی در مدل های تحلیل تفکیک خطی، تحلیل تفکیک درجه دوم، K-نزدیک ترین همسایگی و شبکه عصبی مصنوعی با یک لایه پنهان به ترتیب 95، 7/96، 6/91 و 3/97 درصد به دست آمده است. در شرایط این تحقیق، سیستم بینایی ماشین شامل دوربین دیجیتال صنعتی و طبقه بندی کننده مدل شبکه عصبی مصنوعی دو لایه، با صحت خوبی قابل استفاده در بررسی کیفیت ظاهری بذر گندم تشخیص داده شده است.

در این مطالعه، به منظور تعیین مکانیزاسیون بهینه ی حمل ونقل اولیه چوب در جنگل های هیرکانی ایران، ماشین های فعلی شامل Timberjack 450C، HSM 904، تراکتور کشاورزی و برخی ماشین های جدید شامل LKT 81، TAF 690، Vimek 610 و Mowi 650 مورد بررسی قرار گرفتند. از روش برنامه ریزی آرمانی که روشی برای بهینه سازی چند هدف، شامل: زیست محیطی، اقتصادی، عملکرد، ارگونومیک است، استفاده شد. نتایج بررسی های اقتصادی نشان می دهد که در حال حاضر برای حمل گرده بینه، اسکیدرهای Timberjack 450C و HSM 904 نسبت به ماشین های دیگر هزینه حمل و نقل کمتری دارند و به لحاظ اقتصادی همچنان ماشین های مقرون به صرفه ای هستند. استفاده از تراکتور کشاورزی برای حمل هیزم و کاتین مقرون به صرفه نیست و گزینه اقتصادی جایگزین، تریلر Mowi 650 است. با این جایگزینی، هزینه حمل هیزم و کاتین 44 درصد کاهش می یابد. نتایج بهینه سازی با استفاده از برنامه ریزی آرمانی و لحاظ کردن همه هدف ها نشان می دهد که برای حمل گرده بینه و هیزم، اسکیدر LKT 81 و فورواردر Vimek 610 باید جایگزین ماشین های فعلی شود. با این جایگزینی، هزینه حمل برای گرده بینه 15 درصد افزایش و برای هیزم و کاتین 10 درصد کاهش می یابد. در حال حاضر مکانیزاسیون حمل ونقل اولیه چوب در جنگل های هیرکانی از لحاظ هدف-های چهارگانه این مطالعه، بهینه نیست و نیاز به تغییر دارد. در مدیریت ماشین آلات جنگل، جنبه های زیست محیطی و ارگونومیک باید مورد توجه قرار گیرد.

یکی از روش های استفاده از فضولات دامی، فشرده سازی و پلت کردن آن است که باعث سهولت در حمل و نقل، کاهش بو و آزادسازی تدریجی نیتروژن می شود. برای پلت کردن کود دامی از دستگاه های اکسترودر و پلت کننده ی دیسکی استفاده می شود. از آنجا که تکه های سنگ و مواد اضافی موجود در کود انبار شده، باعث آسیب رساندن به دستگاه های پلت سازی می شود، جداسازی سنگ از کود قبل از فرآوری از جمله ضروریات فرآوری کود خواهد بود. در این تحقیق، یک دستگاه جداساز گرانشی با هدف جداسازی سنگ از کود طراحی و ساخته شد. با تغییر سه پارامتر شیب صفحات جداساز مواد، رطوبت کود و اندازه ی ابعاد سنگ و کود، عملکرد دستگاه ساخته شده ارزیابی شد. بدین منظور سطوح آزمایش برای شیب صفحات جداساز 10، 15 و 20 درجه، برای رطوبت کود 10، 30 و 50 درصد رطوبت و برای اندازه ی تکه های سنگ و کود 10 و کمتر از 10، بین 10 تا 20 و بین 20 تا 50 میلی متر درنظر گرفته شد. بامقایسه میانگین ها، بیشترین بازده جداسازی سنگ از کود با دستگاه (به میزان81/76 درصد)، در سطح شیب 10 درجه، رطوبت 50 درصد و تکه سنگ های 10 و کمتر از 10 میلی متر، به دست آمد.

در سیستم های خاک ورزی حفاظتی، بقایای زیاد محصولات زراعی بر سطح خاک، کارایی کارنده های کاشت مستقیم و در نتیجه تولید محصول را پایین می آورد و بدین گونه پذیرش این سیستم ها توسط کشاورزان را محدود می کند. برای ارزیابی کارایی کارندة کاشت مستقیم در روش های مختلف مدیریت بقایای محصولات و اثر آن بقایا بر عمق کاشت، سرعت جوانه زنی، یکنواختی عمق کاشت و ظرفیت مزرعه ای مؤثر در زراعت ذرت، مطالعه ای مزرعه ای با استفاده از طرح بلوک های کامل تصادفی با چهار تیمار و پنج تکرار اجرا گردید. تیمارها شامل رها کردن بقایای گیاهی (T1)، بیرون بردن (T2)، خرد کردن (T3) و دیسک زدن آنها (T4) بود. از تحلیل عاملی به منظور گروه بندی و تعیین مؤثرترین شاخص های کارایی کارنده استفاده شد. نتایج بررسی ها نشان داد که روش های مختلف مدیریت بقایای گیاهی تأثیر معنی داری بر ظرفیت مزرعه ای مؤثر، عمق کاشت، سرعت جوانه زنی و یکنواختی عمق کاشت ذرت دارد. کمترین میزان عمق کاشت و یکنواختی توزیع عمودی بذر در روش T1 مشاهده شد. یافته ها نشان می دهد تأثیر روش های مختلف مدیریت بقایای گیاهی بر سرعت جوانه زنی و یکنواختی عمق کاشت به-ترتیب به صورت T2>T3>T1>T4و T2>T3>T4>T1 است. نتایج حاصل از تحلیل عاملی نشان می دهد که سرعت جوانه زنی، عمق کاشت و یکنواختی عمق کاشت برجسته ترین شاخص های کارایی کارنده کاشت مستقیم ذرت شناخته می شوند.

با کمبود منابع آب، زراعت چغندرقند با استفاده از نشای ریشه لخت مورد توجه قرار گرفته است؛ ارائه سامانه ای مکانیزه برای تولید این نوع نشا در خزانه، به توسعه این روش کمک می کند. برای انتخاب روش مناسب کاشت در مرحله اول، در یک آزمایش اسپلیت پلات بر پایه طرح آماری بلوک های کامل تصادفی دو روش کاشت ارزیابی شد: روش پخشی و روش خطی کاشت بذر (فاکتور اصلی) و استفاده کردن یا استفاده نکردن از پوشش شن (فاکتور فرعی) از نظر تأثیر بر شاخص های سبز محصول و تعداد نشاهای قابل استحصال (نشا های قابل کاشت در زمین اصلی). پس از دوره رشد، برای انتخاب ماشین مناسب برداشت، در کرت های یکی از فاکتور های فرعی چهار تیمار برداشت شامل: استفاده از غده کن تیغه ای، غده کن غربال دار، ترکیب ماشین های تیغه ای و غربال دار و روش دستی از نظر تأثیر بر آسیب های مکانیکی و نیروی کارگری صرف شده برای جمع آوری نشا ها در قالب طرح آزمایشی بلوک های کامل تصادفی مقایسه شدند. نتایج بررسی ها نشان می دهد روش پخشی بذر به همراه استفاده از پوشش شن، با برقراری توزیع افقی یکنواخت تر بوته ها، نسبت به روش خطی و بهبود درصد سبز نسبت به بستر بدون شن، می تواند مناسب ترین روش برای تأمین تعداد نشای لازم برای سطحی معادل 10 برابر زمین خزانه معرفی شود. در مقایسه تیمار های برداشت نیز مشخص شد که استفاده از ماشین غربال دار آسیب های مکانیکی را به شکلی چشمگیر افزایش می دهد. زیربُر کردن نشاها با غده کن تیغه ای ضمن دربرداشتن کمترین میزان نشا های بریده شده و کاهش نیروی کارگری به میزان 30 درصد نسبت به روش دستی، مناسب ترین روش در میان فناوری های موجود قابل توصیه است.

از عوامل مؤثر بر کارآیی ادوات خاک ورزی می توان به درصد رطوبت خاک، شکل هندسی تیغه و سرعت پیشروی تراکتور اشاره کرد. برای تعیین تاثیر خاک ورز جدید کج ساق بر میزان خرد شدن خاک، این پژوهش در قالب طرح آماری کرت های دو بار خرد شده با سه تکرار اجرا شد. کرت اصلی، رطوبت خاک شامل 10-7، 13-10 و 16-13 درصد؛ کرت فرعی، سرعت پیشروی تراکتور شامل 5، 5/7 و 10 کیلومتر در ساعت؛ و کرت فرعی-فرعی، فاصله ی بین تیغه های کج ساق شامل 12، 16 و 20 سانتی متر بود. پارامترهای رطوبت خاک، سرعت پیشروی تراکتور و میانگین قطر وزنی ذرات خاک (MWD) اندازه گیری شد. نتایج تحقیق نشان می دهد که سرعت پیشروی تراکتور، فاصله بین تیغه های کج ساق و درصد رطوبت خاک در زمان خاک ورزی بر میزان MWD مؤثر هستند. با افزایش سرعت پیشروی تراکتور و رطوبت خاک و کاهش فاصله بین تیغه های کج ساق، میزان MWD کاهش می یابد. یافته های این تحقیق نشان می دهد که تکنولوژی خاک ورز جدید کج ساق، پتانسیل افزایش سرعت پیشروی در عملیات خاک ورزی را به همراه کاهش کلوخه ایجاد شده را دارد و می تواند باعث بهبود شرایط کاری و کاهش زمان تهیه بستر بذر شود.

در این مطالعه یک مدل نرم افزاری از واحد پاشنده کودپاش گریز از مرکز شبیه سازی و عملکرد پاشش آن با تیغه های مختلف طراحی شده بررسی شد تا مناسب ترین تیغه برای پاشش کودهای پلت انتخاب شود. تیغه های بررسی شده در این مطالعه شامل پنج طراحی شاهد، ذوزنقه ای، ذوزنقه ای زاویه دار، ناودانی و نبشی بودند. به منظور اعتبارسنجی نتایج نرم افزاری با حالت عملی، یک ماشین پاشنده آزمایشگاهی منطبق با قسمت پاشنده کودپاش گریز از مرکز تجاری ساخته شد. الگوی پاشش تیغه های طراحی شده به صورت عملی در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار بررسی شد. اثر نوع طراحی به عنوان متغیر مستقل بر دو متغیر الگوی پاشش عرضی ایستای کل (TTSP) و درجه غیریکنواختی پاشش (CV) به عنوان متغیرهای وابسته برای انتخاب مناسب ترین الگوی پاشش و رسیدن به مناسب ترین تیغه در حالت آزمایشی استفاده شد. نتایج بررسی ها نشان می دهد تیغه ذوزنقه ای در میان سایر تیغه ها بهترین عملکرد پاشش را در عرض پاشش مؤثر دارد (18/0CV=) و پس از آن به ترتیب تیغه های نبشی (29/0CV=)، ناودانی (38/0CV=)، ذوزنقه ای زاویه دار (57/0CV=) و شاهد (64/0CV=) قرار دارند که این ترتیب هم در حالت نرم افزاری و هم در حالت آزمایشی صادق است. بررسی وضعیت انطباق نتایج شبیه سازی شده با حالت آزمایشی نشان می دهد برای تمام تیغه ها، انطباق قابل قبولی بین نتایج مدل سازی و آزمایشگاهی وجود دارد (90/0≤ R2).

مطالعه روی پارامترهای زیستی ماهی قزل آلا با روش سنتی (متکی بر عوامل انسانی و غیر اتوماتیک)، به دلیل مشکلات جدی مانند انتقال بیماری، مرگ بر اثر استرس، بی دقتی ها، زمان بر بودن و. . . کارایی پایینی دارد. در این پژوهش، به کارگیری یک سامانة بینایی ماشین، مبتنی بر ویدیونگاری شامل محفظة تصویربرداری و نورپردازی، برای غلبه بر مشکلات روش سنتی پیشنهاد شده است. شیوة عمل برای اندازه گیری پارامترهای زیست سنجی ماهی، ویدئونگاری از حرکت ماهی حین عبور از اتاقک تاریک است. تصویر های منتخب از ویدیوی گرفته شده، پردازش شد. در این روش، طول، سطح رویه، وزن، میزان غذای مصرفی ویژه و فاکتور رشد ماهیان قزل آلا در شرایط کاملأ کنترل شده اندازه گیری و به عنوان ملاک مقایسه (کنترل یا شاهد) به کار گرفته شده است. برای تخمین وزن ماهی از طریق پارامترهای اندازه گیری شده، شش مدل ریاضی به کارگیری شد و از این میان از مدل توانی وزن-طول به عنوان بهترین مدل برای تخمین وزن ماهی استفاده شده است. دقت سیستم در تخمین فاکتورهای زیست سنجی ماهی بزرگتر از 90 درصد و قابلیت سامانه در تخمین غذای مورد نیاز ماهی در فرایند رشد برابر با 98 درصد به دست آمده است.

در ایران، شوری مسأله ای فراگیر و محدودکننده تولیدات کشاورزی است، به طوری که بخش وسیعی از مناطق خشک و نیمه خشک کشور دارای خاک شور و سدیمی با درجات مختلف است. خاک و آب شور از منابعی هستند که با مدیریت صحیح و با شناخت کامل مسأله می توان از آن ها استفاده لازم را برد. این تحقیق با هدف ارزیابی کارایی ماشین خطی کار کف کار برای کاشت مکانیزه گندم در خاک های شور حاشیه دریاچه ارومیه اجرا شده است. تیمارهای آزمایشی شامل: الف) کاشت با خطی کار در کف جویچه های با عرض 60 سانتی متر، ب) کاشت با خطی کار در کف جویچه های با عرض 100 سانتی متر، ج) کاشت با خطی کار در زمین هموار و آبیاری غرقابی است. برای تجزیه و تحلیل آماری داده ها از طرح بلوک های کامل تصادفی با 3 تکرار استفاده شد. روش های کاشت از نظر شاخص های درصد سبز شدن بذرها، عملکرد دانه و اجزای عملکرد گندم، مقدار آب مصرفی، بهره وری مصرف آب و نحوه توزیع شوری خاک پس از هر دور آبیاری ارزیابی و مقایسه شدند. طبق نتایج به دست آمده، تیمارهای آزمایشی روش های کاشت در هیچ یک از شاخص های اندازه گیری شده با هم اختلاف معنی دار (در سطح 5 درصد) نداشتند. با کاهش عرض جویچه ی آبیاری از 100 به 60 سانتی متر، شوری خاک در کف جویچه 37 درصد کاهش یافت. مشخص شد میانگین بهره وری مصرف آب در روش کاشت در جویچه ی 60 سانتی متری حدود 40 درصد نسبت به میانگین بهره وری مصرف آب در تیمارهای دیگر بیشتر است. نتایج تحقیق نشان می دهد روش کاشت گندم با خطی کار در کف جویچه های 60 سانتی متری می تواند در مناطق نیمه خشک با خاک های شور توصیه شود.

کشاورزان برای کاهش مقاومت کششی خاک های سنگین رسی، ابتدا زمین را آبیاری می کنند (ماخار) و پس از گاورو شدن خاک، خاک ورزی را شروع می کنند. در این پژوهش، پنج روش خاک ورزی-کاشت از نظر شاخص های مصرف سوخت، مدت زمان مورد نیاز برای تهیه بستر و کاشت بذر، نفوذی پذیری خاک، تعداد بوته در متر مربع، تعداد علف های هرز وعملکرد دانه گندم، در یک خاک رسی در استان خوزستان و به روش بلوک های کامل تصادفی در سه تکرار مقایسه شدند؛ این پنج روش خاک ورزی-کاشت عبارت اند از: کاشت به صورت بی خاک ورزی در خاک خشک بدون ماخار (T1)، یک بار دیسک زدن بدون ماخار + کارنده ی بی خاک ورز (T2)، ماخار+ کارنده بی خاک ورز در خاک گاورو (T3)، ماخار+نم کاری با کارنده ی بی خاک ورز (T4) و ماخار+ دوبار دیسک زدن + کاشت با خطی کار (T5 شاهد). نتایج بررسی ها نشان می دهد که از نظر عملکرد دانه، تیمارهای T5 (شاهد) و T4 به ترتیب با 5287 و 5168 کیلوگرم بر هکتار، از دیگر تیمارها برترند. بیشترین تعداد علف های هرز با 34/42 بوته در مترمربع در T3 دیده می شود، اما در T5 با وجود آبیاری ماخار، بیشتر علف های هرز سبز شده با دوبار دیسک زدن از بین رفته اند و تراکم علف های هرز به 33/7 بوته در متر مربع رسیده است. به طور کلی، در صورت وجود آب و فرصت کافی برای ماخار، T4 نسبت به شاهد برتری دارد و دلیل آن حذف آبیاری اول، کاهش مصرف سوخت (از 11/34 به 35/11 لیتر بر هکتار) و کاهش مدت زمان مورد نیاز برای تهیه ی بستر و کاشت بذر (از 91/2 به 4/0 ساعت بر هکتار) است وگرنه روش T2 پیشنهاد می شود که در آن عملکرد دانه (4734 کیلوگرم بر هکتار)، و 30 درصد کاهش در مصرف سوخت و 57 درصد کاهش در مدت زمان مورد نیاز برای تهیه بستر و کاشت بذر، نسبت به شاهد، برای آن به دست آمده است.

خاک ورزی مرحله مقدماتی تولید محصولات کشاورزی است و مقدار بالایی از انرژی در این مرحله مصرف می شود. با توجه به بحران انرژی و انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از مصرف سوخت های فسیلی، باید در کاهش مصرف انرژی تا حد ممکن تلاش شود. هدف از این مطالعه موردی بررسی اثر پارامترهای طراحی و عملیاتی کولتیواتور بر میزان مصرف سوخت و مقاومت کششی به هنگام خاک-ورزی با کولتیواتور 8 شاخه ای با هندسه تیغه مشخص در خاکی با بافت رسی با رطوبت مشخص است. آزمایش ها با استفاده از روش سطح پاسخ و طرح مرکب مرکزی با در نظر گرفتن سه سطح برای سرعت پیشروی تراکتور (3، 5 و 7 کیلومتر بر ساعت)، سه سطح عرض تیغه (5، 10 و 15 سانتی متر) و سه عمق خاک ورزی متفاوت (6، 12 و 18 سانتی متر) اجرا شدند. از نرم افزار Design Expert 8. 0. 6 برای تجزیه و تحلیل داده های آزمایش استفاده شد. نتایج بررسی ها نشان داد که پارامترهای عرض تیغه، سرعت پیشروی، و عمق خاک ورزی اثر معنی داری در سطح یک درصد بر مصرف سوخت و مقاومت کششی دارند. متغیرهای مستقل به-صورت معادلات رگرسیونی مرتبه ی دوم مدل سازی شدند و نقاط بهیه آنها به دست آمد. بالاترین مطلوبیت در عمق خاک ورزی 18 سانتی-متر، سرعت 7 کیلومتر بر ساعت و عرض تیغه 5 سانتی متر به دست آمد.

هدف از این مطالعه، بررسی الگوی مصرف انرژی، کارایی مزارع گندم، مشخص کردن مزارع کارا و تعیین میزان بهینه ی انرژی مصرفی در تولید گندم آبی استان البرز با استفاده از تکنیک ناپارامتری تحلیل پوششی داده ها (DEA) است. اطلاعات مورد نیاز تحقیق با تکمیل پرسشنامه با مصاحبه ی حضوری و مطالعات اسنادی در سال 1397 جمع آوری شد. این مطالعه بر پایه دو خروجی (گندم و کاه) و هشت ورودی اجرا و داده های مورد نیاز آن از بیست مزرعه گندم استان البرز جمع آوری شد. کل انرژی مصرفی و ستانده در تولید گندم آبی این استان به ازای هر هکتار به ترتیب 84/45458 و 28/162169 مگاژول محاسبه شد. شاخص کارایی انرژی، بهره وری انرژی و افزوده ی خالص انرژی به ترتیب 57/3، 27/0 کیلوگرم بر مگاژول و 44/116710 مگاژول بر هکتار به دست آمد. بیشترین مقدار مصرف انرژی (06/43 درصد از کل انرژی مصرفی در تولید گندم ) در کود شیمیایی دیده شده است. مثبت بودن افزوده ی خالص انرژی نشان می دهد که تولید گندم آبی در استان البرز توجیه پذیر است. در رویکرد بازده به مقیاس ثابت و بازده به مقیاس متغیر به ترتیب 4 و 10 مزرعه گندم کارا تشخیص داده شدند. متوسط کارایی فنی، کارایی فنی خالص و کارایی مقیاس مزارع به ترتیب 893/0، 990/0 و 901/0 محاسبه شد. مقدار صرفهجویی انرژی در تولید گندم آبی استان 51/3 درصد به دست آمد و نشان می دهد با توجه به توصیه های این مطالعه و با حفظ سطح فعلی عملکرد محصول گندم، میتوان به طور متوسط 62/1610 مگاژول به ازای هر هکتار زمین زیر کشت گندم در مصرف انرژی صرفهجویی کرد.