作者:李晨 方彦蘅 董瑞文 来源:中国科学报 发布时间:2022/7/12 13:38:14
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双创团队智能技术让新疆长绒棉真正“白富美”

 

 团队成员现场调试分拣设备。南京南林大供图

“太好了!这样棉农们十月的收入就有保障了!”1000米的海拔让盛夏的烈日更加地灼人,但是南京林业大学机械电子工程学院博士研究生李振业毫不在意早已湿透的衣襟,看着面前正在有序运行的长绒棉智能分拣设备激动地说。

6年前,李振业偶然了解到新疆棉花种植中地膜覆盖带来的“白色污染”问题,给新疆高品质棉花的生产造成了影响。于是他决心投身新疆棉田,为棉农排忧解难。经过努力,他带领的“双创”团队不仅发明了高效的长绒棉智能分拣技术,而且通过推广应用为新疆棉农带去了增收的喜悦。

一次旅行引发的“暗下决心”

有着得天独厚自然条件的新疆是我国唯一的长绒棉生产基地,这里夏季温差大,阳光充足,光合作用充分,病虫害发生较轻,棉花生长时间长。新疆长绒棉作为棉花界的“白富美”,以棉铃大、纤维长、颜色白而著称,又被称作“棉中极品”,做成衣被暖和、透气、舒适,不仅是老百姓日常生产生活中不可或缺的物资,更是极为重要的战略资源。

近年来,地膜覆盖栽培技术大面积推广,这是一种用聚乙烯塑料薄膜作为掩盖物的栽培技术,能给棉花种植带来早熟、优质、增产、增收的显著效果。目前,几乎新疆全域的棉田都已实现了地膜全覆盖。然而,这为棉农带来丰厚回报的同时,也带来了不可避免的“白色污染”。

“如果棉田里的废旧地膜不捡拾干净,棉花籽刚好长在残留的地膜上,会直接影响棉花的出苗率。时间一长,遭到污染的土壤将无法耕种。”2016年,李振业在一次新疆旅行中,跟随当时正在当地服务的南京林业大学研究生支教团实地参观并走访了棉农,了解到废旧地膜在分拣、回收、加工再利用等方面的难题。“这么高品质的棉花,就是由于地膜分拣困难导致种植成本增加,很多老百姓都不愿意再种植这个品种。”看到这个困境,李振业暗下决心,要利用所学专业为新疆的棉农们“排忧解难”。

“双创”团队破解难题

回到学校后,李振业在学院领导、老师的帮助支持下,成立了一支涵盖本科生、硕士研究生和博士生的“双创”团队。利用寒暑假时间,他先后带领团队成员走访了200余户棉农、30余家农村合作社、10余家棉花加工厂……

“废旧地膜主要靠人工捡拾,每亩地需要70元左右的费用,太贵了。”“用简易的钉耙式废旧地膜捡拾机,回收作业时棉花秸秆和地膜混合在一起,给后期地膜分拣加工带来了很大麻烦。”团队成员们深入一线,认真倾听农户以及棉花生产企业在实际中遇到的困难,从问题出发找寻破解之道。

经过长时间的摸索,团队发明了一种专门针对棉花地膜杂质进行光谱识别的技术,该技术利用高光谱成像配合独创的GWO-ELM算法,可以精准识别出传统机器无法识别透明细小杂质。“传统识别只能可见光谱段成像信息,地膜识别率仅为30%;而通过我们的技术可见近红外光谱成像信息,地膜识别率高达98%,足足提高了3倍多。”团队成员、南京林业大学机械电子工程学院学生刘晨晖说。

在这项技术的基础上,团队还首创了多级压强自适应Smart Wind地膜剔除系统。该系统先“识别”再“剔除”,区别于传统滚筒钉齿直接剔除,尽可能的避免棉花长度、马克隆值(棉花质量指标参数)遭到破坏。

“这项技术不仅在剔除率上能达到97%以上,高于传统机械80%左右的剔除效果,更能把剔除精度缩小到4平方厘米,成品棉花质量的含杂率小于3%。”团队指导教师、南京林业大学机械电子工程学院副院长倪超说。

在核心技术取得突破后,李振业和团队共同创立了南京润疆智能科技有限公司。2020年,团队研制的首台长绒棉分拣设备在新疆阿克苏市阿瓦提县试点成功,分拣效率达到人工分拣的20倍。

推广新技术助力棉农增收

项目虽然试点成功了,但是为了让更多棉农“眼见为实”,团队成员们挨家挨户的推广宣传,免费为棉农们提供棉花分拣除杂服务。

2021年,仅在阿瓦提拜什艾日克镇库木霍依拉村就累计分拣了长绒棉700余吨,不仅保障了该村近150名棉农的收入,还为他们增加了2.4万元的人均年收入。

起初,棉农卡哈尔艾麦提对这个由一群还没毕业的大学生设计的智能分拣系统并不完全相信,去年尝试性地种植了5亩长绒棉,结果收成远远超过其他细绒棉。

今年,他早早地将家里的28亩棉田全部种上了长绒棉。“技术有保障,利润能提高,还可以为国家做贡献,我当然要种长绒棉了!”

随着像卡哈尔艾麦提这样的棉农越来越多,“南林大智能分拣团队”在当地棉农中的知名度也越来越高。

今年刚放暑假,团队成员们再次来到新疆阿克苏,“十月是长绒棉丰收的季节,我们要提前对设备进行维护和检修,保证为棉农们分拣时不出差错。”

如今,仅阿克苏市阿瓦提县拜什艾日克镇的长绒棉种植面积已经增长到3600户、超过5万亩,可直接带动当地长绒棉产业增收约1亿元。

“我们一直为团队提供最大程度的支持和帮助。”南京林业大学机械电子工程学院党委副书记、副院长李婕说,“鼓励同学们把论文写在大地上,到基层和人民中去建功立业,在实现中国梦的伟大实践中书写别样精彩的人生。”

“唰唰唰……”的分拣机在有条不紊地运行着,一簇簇“白富美”的新疆棉尽数归仓,李振业和棉农们一起畅想着这个金秋的好收成,柔软洁白的棉花和明亮耀眼的青春之花一同在祖国的边疆绽放。

 
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