本书系统阐述了谷物收获机械作业参数的检测方法及其智能控制关键技术，重点介绍了收获作业质量检测方法与传感技术、整机智能监控与故障诊断方法，以及导航与自主作业技术。同时，根据谷物机械化收获作业流程，分别从切割、输送、脱粒、分离、清选五个关键环节，详细阐述了收获机械的结构、工作原理、作业过程建模仿真、状态参数检测方法、智能调控技术等内容。除谷物收获机械智能化技术与装备之外，本书还介绍了棉花、马铃薯和甘蔗等经济作物机械化收获所采用的智能化技术与装备。
本书以收获机械装备机电液一体化技术为基础，突出信息感知与智能控制的深度融合，充分体现了嵌入式系统、人工智能、机器视觉等相关前沿技术在智能农业装备领域的应用。本书可作为智能农业装备领域的研究人员和产品设计人员，以及农业装备类专业方向本科生和研究生的参考用书。

目录
第1章收获机械及其智能化技术/1
1.1收获机械概述/1
1.1.1谷物联合收获机/1
1.1.2谷物联合收获机发展简史/2
1.2收获环节技术要求及机械收获原理/3
1.2.1收获期谷物属性特征与农艺要求/3
1.2.2谷物收获的农艺要求/4
1.2.3谷物的机械化收获方式/5
1.3联合收获机的结构及工作原理/6
1.3.1稻麦联合收获机/6
1.3.2玉米联合收获机/6
1.3.3棉花收获机/7
1.3.4马铃薯收获机/8
1.3.5甘蔗收获机/9
1.3.6青饲收获机/10
1.4谷物收获各环节的智能化需求/11
1.4.1切割输送环节的智能化需求/11
1.4.2脱粒分离环节的智能化需求/12
1.4.3清选环节的智能化需求/13
1.5收获机械质量控制与参数检测方法/14
1.6谷物收获机械智能化技术及其发展/19
1.6.1谷物联合收获机智能化技术/19
1.6.2谷物联合收获机自主作业技术/20
1.6.3联合收获机智能化等级划分/23
本章参考文献/24
第2章收获作业质量检测方法与传感装置/26
2.1喂入量检测方法与传感装置/26
2.1.1通过传动轴扭矩或功率表示喂入量/27
2.1.2通过物料挤压力反映喂入量/32
2.1.3通过作物密度及株高预测喂入量/33
2.2籽粒破碎率和含杂率检测方法与传感装置/37
2.2.1检测原理/37
2.2.2基于物理特性的破碎率与含杂率检测方法/38
2.2.3基于数字图像处理的破碎籽粒与杂质检测方法/39
2.2.4基于深度学习的破碎籽粒与杂质检测方法/42
2.3夹带和清选损失检测方法与传感装置/52
2.3.1清选损失监测方法/53
2.3.2基于压电效应的清选损失监测传感器设计/54
2.3.3夹带损失监测方法及传感器设计/56
2.4谷物流量检测方法与传感装置/58
2.4.1谷物流量测量原理概述/58
2.4.2体积测量式谷物流量测量方法/60
2.4.3冲量式谷物流量测量方法/62
2.4.4基于流量的谷物测产系统/63
本章参考文献/67
谷物收获机械智能化技术与装备目录第3章切割输送环节智能化技术/70
3.1不同割台工作原理及智能化技术/70
3.1.1稻麦联合收获机割台/70
3.1.2玉米联合收获机割台/71
3.1.3青贮收获机割台/72
3.2切割输送装置智能调控技术/73
3.2.1面向倒伏作物的割台智能调控技术/74
3.2.2面向起伏地形的割台高度智能调控技术/83
3.2.3玉米摘穗台自动对行控制技术/90
3.3工作展望/100
本章参考文献/101
第4章脱粒分离环节智能化技术/104
4.1脱粒分离系统/104
4.1.1脱粒分离系统结构/104
4.1.2脱粒分离系统工作原理/107
4.1.3典型脱粒分离装置及机型/109
4.2脱粒分离过程建模与仿真分析/111
4.2.1基于Hertz接触理论的脱粒机理分析/111
4.2.2离散元模型构建/116
4.2.3脱粒机理仿真分析/123
4.3基于喂入量的智能调控技术/126
4.3.1基于灰色关联的喂入量检测模型构建/127
4.3.2喂入量与脱粒分离质量之间的关系研究/132
4.4基于作业性能的智能调控技术/138
4.4.1低损失率控制策略/138
4.4.2低破碎率控制策略/142
本章参考文献/144
第5章清选环节智能化技术/145
5.1清选系统/145
5.1.1风筛式清选系统结构原理/145
5.1.2风筛式清选系统配置原则/145
5.1.3风筛式清选系统测控装置/146
5.2清选过程建模与仿真分析/150
5.2.1清选过程仿真与分析/150
5.2.2清选过程试验与分析/162
5.2.3清选过程建模/172
5.3清选筛智能调控技术/186
5.3.1清选筛智能化调控目标与原则/186
5.3.2清选筛智能调控策略模型/186
5.4风机智能调控技术/197
5.4.1风机智能调控目标与原则/197
5.4.2风机智能调控模型与装置/197
5.5未来技术展望/211
本章参考文献/212
第6章收获机械导航与自主作业/215
6.1收获作业定位技术与路径规划基础/215
6.1.1定位技术/215
6.1.2路径规划原理及其在收获作业中的应用/222
6.2导航系统及自动驾驶/228
6.2.1导航系统构成结构/229
6.2.2收获机导航控制技术/231
6.2.3障碍物识别与防碰撞/233
6.2.4辅助驾驶/237
6.3收获机组协同作业智能技术/241
6.3.1收获机组协同导航控制技术/241
6.3.2收获机群协同导航控制技术/244
6.3.3无人农场/247
本章参考文献/254
第7章整机智能监控与故障诊断技术/257
7.1整机控制系统/257
7.1.1整机控制系统架构/257
7.1.2控制器功能/259
7.2驾驶室人机交互技术/259
7.2.1人机交互终端/260
7.2.2多功能电控手柄/261
7.3故障诊断技术与系统/264
7.3.1传动系V带烧损故障诊断方法/265
7.3.2脱粒滚筒堵塞故障诊断方法/269
7.4田间作业网络监控与运维管理/277
7.4.1远程监控与运维管理系统总体方案/277
7.4.2参数远程监测与预警/279
7.4.3故障记录与统计/281
7.4.4作业统计与轨迹/283
7.4.5分析模型与用户报告/285
本章参考文献/286
第8章其他智能化收获技术与装备/288
8.1棉花智能化收获技术与装备/288
8.1.1采棉机结构组成与工作原理/289
8.1.2籽棉产量检测技术与装置/292
8.1.3采棉机作业工况监测技术与系统/303
8.2马铃薯智能化收获技术与装备/319
8.2.1马铃薯联合收获装备概述/319
8.2.2挖掘装置及智能化技术/324
8.2.3智能化薯土分离分选技术/327
8.2.4未来技术展望/330
8.3切段式甘蔗收获机关键技术与应用/332
8.3.1切段式甘蔗收获机概述/332
8.3.2割台仿形技术与应用/337
8.3.3喂入量识别技术与应用/343
8.3.4微波灭菌技术与应用/346
8.3.5甘蔗茎节位置识别技术与应用/348
本章参考文献/350

收获，作为现代农业生产的核心环节，不仅是对农民辛勤付出的最终回报，更是维系农业生产链条的重要纽带。古诗有云：“谁知盘中餐，粒粒皆辛苦”，“春种一粒粟，秋收万颗子”，“农月无闲人，倾家事南亩”。这些诗句生动地描绘了农业生产的艰辛，也凸显了收获环节在农业生产中的重要性。谷物收获机械的问世，极大地提升了生产效率，缩短了作业周期，显著降低了劳动强度，有力保障了谷物收获的质量。正如毛泽东主席所言：“农业的根本出路在于机械化”。这一精辟论断清晰地指明了农业现代化的发展方向。
智能化已成为现代农业装备发展的必然趋势。本书以谷物收获机械的智能化技术为核心，紧密围绕“信息获取—智能调控—自主作业”三个层次，深入阐述其信息感知方法与智能控制技术。在信息获取层面，详细介绍了信息获取方法、传感器工作原理和传感装置设计；在智能调控层面，系统梳理了谷物机械化收获中切割、输送、脱粒、分离、清选五大关键环节的工作原理和典型机械结构，并重点剖析了实现低损、高效、高质量收获的智能调控技术；在自主作业层面，全面介绍了收获机械自动导航、运维管理、智能监控与故障诊断等关键技术，力求为读者呈现谷物收获机械智能化技术体系。
本书共分为8章。第1章概述了收获机械及其智能化技术，由中国农业大学王书茂撰写；第2章介绍收获作业质量检测方法与传感装置，由中国农业大学王玲和毛旭撰写；第3章介绍切割输送环节智能化技术，由中国农业大学迟瑞娟和崔涛撰写；第4章介绍脱粒分离环节智能化技术，由中国农业大学张亚伟撰写；第5章介绍清选环节智能化技术，由江苏大学马征撰写；第6章介绍收获机械导航与自主作业，由华中农业大学丁幼春撰写；第7章介绍整机智能监控与故障诊断技术，由中国农业大学陈度、王新、倪昕东和鲁东大学徐保岩撰写；第8章介绍其他智能化收获技术与装备，由中国农业机械化科学研究院集团有限公司周利明、江苏大学马征、中国农业大学马少春撰写。另外，研究生王发明、张旗、国树金、王三辉、苏晨阳、李文志、宋悦、邢肖扬、张栋津、陈文杰等参与了部分内容撰写和图表编辑等工作。感谢赵春江院士团队、潍柴雷沃智慧农业科技股份有限公司、洛阳智能农业装备研究院有限公司、中机美诺科技股份有限公司等为本书撰写及相关研究工作提供了试验验证场景、部分产品图片。陈度负责全书的组稿、统稿、修订和审定工作。
本书为2024年度国家出版基金资助项目“智能化农业装备技术研究丛书”之一，在中国农业机械学会的精心组织与丛书主编中国工程院赵春江院士的指导下，得以顺利开展编写工作。华中科技大学出版社编辑亦为本书的出版付出了辛勤的劳动。在此，致以崇高的敬意和诚挚的感谢。
通过本书的系统阐述，我们期望为读者提供谷物收获机械智能化技术的相关内容，助力现代农业装备向更高水平迈进。鉴于智能化技术发展日新月异，且作者水平有限，书中难免存在遗漏与不足之处，我们诚挚地欢迎广大读者提出宝贵的批评与指正意见，以便日后进一步修订完善。

作者
2025年12月