پژوهش‌های مکانیک ماشینهای کشاورزی

چکیده مدیریت بیماری‌ها در گیاه انگور به یکی از مسائل اساسی تبدیل شده است که کشاورزان باید با آن روبرو شوند. بیماری‌ها می‌توانند تأثیر زیادی بر عملکرد و عمر این گیاه بگذارند. با افزایش فشارهای محیطی و تغییرات اقلیمی، نیاز به روش‌های نوین و هوشمند در مدیریت بیماری‌ها و آفات اجتناب‌ناپذیر شده است. با پیشرفت اخیر روش‌های هوش مصنوعی و فناوری‌های یادگیری ماشین، کاربرد بینایی ماشین و الگوریتم‌های یادگیری ماشینی برای شناسایی و طبقه‌بندی بیماری‌های انگور در حال توسعه است. در این پژوهش به منظور تشخیص و طبقه‌بندی برخی بیماری‌های برگ گیاه انگور با نام‌های پوسیدگی سیاه، اسکای (زوال) و لکه برگی، پس از حذف پس زمینه از تصاویر برگ‌ها و استخراج ویژگی‌های بافت، رنگ و شکل از تصاویر، از ترکیبی از طبقه‌بند ماشین بردار پشتیبان و الگوریتم بهینه‌سازی پروانه برای انتخاب مهم‌ترین ویژگی‌ها در تشخیص بیماری برگ گیاه انگور استفاده شد. نتایج صحت طبقه‌بندی برای بیماری‌های پوسیدگی سیاه، اسکای (زوال) و لکه برگی و برگ سالم به ترتیب 100، 100، 100 و 95 درصد و دقت طبقه‌بندی برای تشخیص کل گروه‌های بیمار و سالم 75/98 درصد به دست آمد. همچنین 15 ویژگی بافت، رنگ و شکل به کمک الگوریتم انتخاب ویژگی بهینه‌سازی پروانه به پژوهشگران بیماری شناسی گیاهی و علوم داده معرفی گردید. نتایج طبقه‌بندی نشان داد، استفاده از پردازش تصویر و یادگیری ماشین توانایی بالایی در تشخیص و طبقه‌بندی بیماری‌های گیاهی دارد.

چکیده مکانیزاسیون کشاورزی به عنوان یک رویکرد اساسی در تولید محصولات کشاورزی مطرح می‌باشد. مکانیزاسیون موجب انجام به موقع عملیات کشاورزی، کاهش هزینه‌های تولید، کاهش سختی‌کار، مدیریت مصرف نهاده‌های کشاورزی، ایجاد جذابیت در فعالیت‌های کشاورزی، ارتقاء کمی و کیفی تولید و اقتصادی نمودن تولید محصولات کشاورزی را فراهم می‌سازد. لازمه برنامه‌ریزی صحیح کشاورزی برنج در استان گیلان، شناخت کافی از وضعیت موجود مکانیزاسیون آن می‌باشد. از شاخص‌های مکانیزاسیون برنج، می‌توان در برآورد صحیح تعداد ماشین و انجام به موقع عملیات کشاورزی اسفاده کرد. در این مطالعه، با جمع‌آوری اطلاعات و داده‌ها از طریق تکمیل پرسشنامه و با مراجعه به منابع آماری موجود، شاخص‌های تعیین کننده وضعیت مکانیزاسیون برنج استان (شامل؛ درجه، سطح و ظرفیت مکانیزاسیون، توان اجرایی واقعی و بالقوه)، روزهای کاری و بازده مزرعه‌ای محاسبه شد. تعداد ماشین‌های کشاورزی مورد نیاز برای انجام عملیات مکانیزه در مراحل مختلف از تولید برنج با استفاده از روش فرصت زمانی برآورد گردید. نتایج نشان داد درجه مکانیزاسیون عملیات خاک‌ورزی، کاشت با نشاکار، سمپاشی، وجین و برداشت (دروگر و کمباین) برنج به ترتیب در استان 100، 55/72، 57/23، 62/4 و 83/84 درصد، سطح مکانیزاسیون 55/3 اسب بخار بر هکتار، متوسط ظرفیت مکانیزاسیون 48/404 اسب‌بخار-ساعت بر هکتار می‌باشد. همچنین به ازای هر 27 هکتار یک تراکتور، 4 هکتار یک تیلر، 30 هکتار یک نشاکار، 563 هکتار یک وجین کن و هر 60 هکتار یک کمباین برنج وجود دارد. بعلاوه برای هر 100 بهره‌بردار 2 تراکتور و 2 نشاکار موجود است. با توجه به نتایج، تعداد ماشین‌های موجود استان در خاک‌ورزی، داشت و برداشت به ترتیب 85/19، 23/33 و 69/55 درصد بیشتر و در نشاکاری 61/2 درصد کمتر از تعداد برآورد شده است. مقایسة شرایط کنونی استان با برآورد انجام شده، بیانگر ضعف در برنامه‌ریزی جامع برای تأمین و توزیع ماشین‌های کشاورزی می‌باشد.

چکیده یکی از مهم‌ترین عملیات‌ کشاورزی در مزارع چوب، مزارع محصولات ردیفی، باغ‌‌ها و گلخانه‌های سنتی شخم‌زنی کم عمق، سله-شکنی و حذف علف‌های هرز می‌باشد. در این پژوهش یک دستگاه شخم‌زن-سله‌شکن سبک وزن (65 کیلوگرم) با موتور 5 اسب-بخار با واحد خاکورز جلوسوار طراحی، ساخت و ارزیابی شد. از یک جعبه‌دنده تک سرعته سیاره‌ای برای انتقال توان موتور از طریق یک محور انتقال توان و کاهنده نهایی 90 درجه به تیغه‌های که در جلو دستگاه نصب شده‌اند، استفاده شد. کاربرد جعبه دنده سیاره‌ای علاوه بر تدارک گشتاور مورد نیاز برای عملیات خاکورزی باعث کاهش وزن چشمگیری در دستگاه در مقایسه با روتوتیلرهای مرسوم شد. عرض کار واحد خاکورز با 6 فلنج تیغه نوع C شکل، از 15 تا 60 سانتیمتر قابل تغییر است. آزمون‌ها با 3 دور واحد خاکورز (200، 250 و 300 دور بر دقیقه) و در شرایط پوشش گیاهی در قالب آزمایش طرح پایه کاملا تصادفی انجام شد. نتایج ارزیابی مزرعه‌ای نشان دارد که دستگاه برای انجام شخم‌کم عمق، سله‌شکنی و حذف علف‌های هرز در مقایسه با تیلرهای مرسوم کشاورزی دارای سرعت عمل بالاتر و عملکرد رضایت بخش‌تری بوده و به دلیل جلو سوار بودن مانورپذیری بهتری بخصوص در زمانی که بین ردیف‌ها عمل می‌کند، دارد. با توجه به اینکه افزایش دور محور تیغه‌ها باعث افزایش سرعت پیشروی نیز می‌شود، نتایج تحلیل آماری نشان دارد افزایش دور محور تیغه‌ها باعث ریزتر شدن ذرات خاک خاکورزی شده می‌شود. همچنین با افزایش دور واحد خاکورز شدت عمل دستگاه در شرایط پوشش گیاهی بیشینه مناسب‌تر و از قفل شدن محور خاکورز جلوگیری می‌کند.

چکیده برنج غذای اصلی حدود 2/5 میلیارد نفر از جمعیت جهان است. کیفیت این محصول تحت تاثیر عوامل مختلفی است. در نتیجه، کنترل کیفیت و تشخیص تقلب از مسائل مهم صنعت برنج محسوب می شود. هدف از این تحقیق، بررسی و تشخیص تقلب برنج با بکارگیری روش طیف سنجی Vis/NIR و روش های شیمی سنجی و یادگیری ماشین بود. برای انجام آزمایش ها 13 کلاس براساس میزان اختلاط رقم اصلی برنج (رقم هاشمی) با ارقام غیراصلی فجر، گیلانه، خزر و شیرودی تهیه شد، بدین صورت که کلاس های ناخالص حاصل اختلاط 90، 80 و 70 درصد از برنج رقم هاشمی به ترتیب با 10، 20 و 30 درصد از ارقام دیگر مورد اشاره بود. برای طبقه بندی نمونه های برنج از الگوریتم های پرسپترون چندلایه (MLP)، درخت تصمیم (DT) و ماشین های بردار پشتیبان (SVM) استفاده شد. برای ارزیابی عملکرد طبقه بندهای مورد مطالعه از شاخص های آماری شامل حساسیت (Se)، ویژه بودن (Sp)، صحت (Ac) و ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) در قالب توسعه ماتریس های آسیمگی طبقه بندها استفاده شد. نتایج مطالعه نشان داد که الگوریتم های درخت تصمیم از نوع J48، شبکه های عصبی مصنوعی پرسپترون چندلایه و ماشین بردار پشتیبان با تابع هسته RBF به ترتیب با مقادیر صحت و RMSE برابر با 100 درصد و صفر، 96/92 درصد و 0/0951 و 92/31 درصد و 0/2483 توانستند نمونه های مختلف برنج سفید را طبقه بندی کنند.

چکیده پدیده فیزیولوژیکی گرانوله شدن مرکبات یکی از مسائل و مشکلات کیفی در بازارهای مصرف است و با توجه به اینکه این پدیده در محصولات کشاورزی به‌صورت چشمی قابل تشخیص نیست لذا تشخیص این پدیده در حجم گسترده، نیازمند استفاده از تکنیک‌های دقیق و سریع است. یکی از روش‌های کاربردی جهت بررسی غیرمخرب بافت داخلی محصولات کشاورزی، تکنیک طیف‌سنجی مرئی و مادون‌قرمز نزدیک است که در این تحقیق روش طیف‌سنجی مرئی و مادون ‌قرمز نزدیک (Vis-NIR) و هوش مصنوعی استفاده شد. در این مقاله ابتدا سیگنال‌های مادون‌قرمز نزدیک در طول‌موج 1100-200 نانومتر برای هر نمونه به‌صورت تماسی ثبت شد. میزان بازتاب در حالت برهم‌کنش محاسبه و بعد از نرمال‌سازی سیگنال، از روش میانگین‌گیری متحرک و ساویتسکی-گولای برای هموارسازی سیگنال استفاده شد. نهایتاً از هر طیف، 7 کمیت آماری استخراج و انتخاب شدند. پنج سطح برای پدیده گرانوله شدن شامل سطوح (شدت گرانولاسیون) A، B، C،D و E تعریف شد. میزان گرانوله شدن بر اساس میزان خشکی و شکل ظاهری ناحیه خشک شده به روش مخرب تعریف شد. از ماشین بردار پشتیبان (SVM) برای تخمین محتوای رطوبتی و تشخیص سطوح گرانوله شدن پرتقال‌ها استفاده شد. بررسی سیگنال‌ها نشان داد که با توسعه گرانولاسیون در پرتقال، میزان جذب در ناحیه 400 تا 950 نانومتر به‌طور محسوسی کاهش پیدا کرد که در ناحیه 570 تا 850 نانومتر، اختلاف شدت جذب برای کلاس‌های مختلف گرانوله شدن بیشینه بود. نتایج تشخیص سطوح گرانولاسیون نشان داد که حساسیت SVM با کرنل‌ چندجمله‌ای در تشخیص سطوح A، B، C، D و E به ترتیب برابر با 0/98%، 40/91%، 30/97%، 80/96% و 70/95% بود.

چکیده پیاز یکی از مهم‌ترین محصولات زراعی در جهان و ایران است که علی‌رغم ظرفیت بالای تولید آن در کشور، به دلیل نبود فناوری سورتینگ و بسته‌بندی، در شرایط نامناسب به بازارهای مصرف داخلی و خارجی عرضه ‌‌شده و در بازارهای جهانی به قیمت پایینی به فروش می‌رسد. هدف از تحقیق حاضر آزمون و ارزیابی کامل ماشین سورتینگ پیاز، بررسی تاثیر مشخصه‌های عملکردی آن روی شاخص های سورتینگ و بررسی میزان صدمات مکانیکی وارده به محصول در حین سورتینگ بود تا بتوان مشخصات عملکردی بهینه ماشین را بدست اورده و نیز در صورت نیاز با تغییر طراحی، راندمان سورتینگ را اصلاح کرد. این ماشین با مکانسیم اندازه‌بندی با 2 غربال‌های رفت و برگشتی و در ابعاد 1×2 متر با محرک ارتعاشی لنگ و لغزنده توسط این تیم تحقیقاتی طراحی و ساخته شده است و پیاز را به 3 درجه از لحاظ اندازه (محصول با قطر کوچکتر از 50 ، بین 70 و 50 و بزرگتر از 70 میلی‌متر) دسته‌بندی می‌کند. ارزیابی ماشین براساس کد استانداردهای ملی و بین‌المللی موجود و برای پیاز رقم قرمز آذرشهر صورت گرفت و شاخص‌های درجه آلودگی و خلوص سورتینگ اندازه‌گیری و محاسبه شدند. هم‌چنین بر اساس شاخص‌های به دست آمده در شرایط مختلف آزمون، مشخصه‌های بهینه عملکرد ماشین شامل ظرفیت موثر، شیب غربال ها و فرکانس ارتعاش الک ها و تاثیر آنها روی صدمات مکانیکی تعیین شدند. بر اساس نتایج، در ظرفیت اسمی 1 الی 2/1 تن محصول در ساعت، بیش‌ترین درجه خلوص (60/95 درصد) در فرکانس 33/3 هرتز و شیب 10 درجه غربال‌ها حاصل شد. هم‌چنین بازده سورتینگ ماشین نیز 34/92 درصد به دست آمد. پیازهای اندازه‌بندی شده توسط ماشین فاقد هرگونه صدمات مکانیکی ظاهری اعم از بریدگی، لهیدگی و قطع‌شدگی بودند.

چکیده ماشین‌های برداشت غده‌های سیب‌زمینی به دلیل داشتن قطعات فلزی، باعث ایجاد آسیب‌های مکانیکی می‌شوند. با توجه به ساختمان، تعداد قطعات متحرک و نحوه کارکرد ماشین برداشت، میزان این آسیب‌ها متفاوت است. همچنین افزایش حساسیت غده‌های سیب‌زمینی نسبت به آسیب‌های مکانیکی در حین برداشت، باعث افزایش آن شده و این در حالی است که این آسیب‌ها در زمان انبارداری نیز موجب فساد بیشتر غده‌های سیب‌زمینی و افزایش خسارت ناشی از آن می‌شود. بنابراین در این پژوهش بر مبنای نتایج و توصیه پژوهش‏های انجام شده در داخل کشور به منظور کاهش میزان آسیب‌های مکانیکی سیب‌زمینی و نقش آن در افزایش تولید، به صورت مرور نظام‌مند و از روش فراتحلیل (متا آنالیز) استفاده شد. مقاله‌های منتشر شده در نشریه‌های علمی، گزارش‌های نهایی پروژه‌های تحقیقاتی، مقاله‌های ارائه شده در همایش‌های علمی و نیز پایان نامه‌های دانشجویی با استفاده از کلید واژه‌های استاندارد مرور شد. سپس آنهایی که دارای معیارهای ورود به پژوهش بودند، پس از کنترل کیفی با استفاده از مدل تصادفی وارد فرایند فراتحلیل شدند. نتایج نشان داد که ماشین برداشت سبزدشت بدون تکان‌دهنده، با کمترین آسیب مکانیکی به عنوان مناسب‌ترین ماشین برای برداشت غده‌های سیب‌زمینی به دست آمد و ماشین‌های برداشت سبزدشت با تکان‌دهنده، طرح روسیه، گریمه، طرح زاکا و طرح آمریکایی به ترتیب با 14/2، 09/4، 27/12، 52/23 و 07/24 درصد، دارای آسیب‌های مکانیکی بیشتری نسبت به تیمار شاهد (ماشین برداشت سبزدشت بدون تکان‌دهنده) بودند.

چکیده برای ایجاد امنیت غذایی و پایداری تولید گندم، در کنار منفعت اقتصادی، بهبود بهره وری مصرف انرژی و سازگاری با محیط زیست، حیاتی است. مطالعه حاضر بصورت آزمایش بنیان در قالب طرح بلوکهای کامل تصادفی با سه تیمار (کاشت با بذرکار رایزبد بر روی پشته‌های دائمی بلند و روش‌های مرسوم کاشت با خطی‌کار معمولی غلات و خطی‌کار فاقد جوی‌وپشته‌ساز) و چهار تکرار، در کشت و صنعت پارس آباد مغان استان اردبیل اجرا شد. نتایج نشان داد چرخه تولید گندم با روش کاشت جدید می تواند شاخص بهره وری انرژی را 9 درصد و انتشار گازهای گلخانه ای را تا 220 کیلوگرم دی اکسید کربن در هکتار کاهش دهد. در میان بخش‌های اثر بررسی شده در هر سه روش کاشت، بیش‌ترین سهم مربوط به انواع مسمومیت آب‌های آزاد، مسمومیت انسانی و مسمومیت آب‌های سطحی بود که ناشی از مصرف نهاده‌های کود و سم است. همچنین در روش کشت رایزبد، عملکرد بیولوژیک، شدت و بهره وری انرژی به طور معنی داری افزایش و اثرات زیست‌محیطی را کاهش داده است. در مجموع مقایسه شاخص های مرتبط با پایداری (اثرات زیست محیطی، بهره وری انرژی، شاخص برداشت، بهره وری مصرف آب و سودخالص) نشان داد که اولویت کارنده پایدار بترتیب متعلق به خطی کار رایزبد، خطی کار معمولی غلات و خطی کار فاقد جوی و پشته ساز است. با توجه به مفهوم جامع پایداری مفهوم پایداری و به منظور مقایسه کامل تر، پیشنهاد می شود در مطالعات آتی، ابعاد اجتماعی کارنده ها نیز مورد بررسی قرار گیرد.