播種機排種技術研究態(tài)勢分析與趨勢展望

鄭 娟，廖宜濤,2，廖慶喜,2，孫 邁

·農業(yè)裝備工程與機械化·

播種機排種技術研究態(tài)勢分析與趨勢展望

鄭 娟1，廖宜濤1,2※，廖慶喜1,2，孫 邁1

（1. 華中農業(yè)大學工學院，武漢 430070；2. 農業(yè)農村部長江中下游農業(yè)裝備重點實驗室，武漢 430070）

針對現(xiàn)有播種機排種技術研究態(tài)勢缺乏定量分析，熱點、重點和難點問題系統(tǒng)性和全面性梳理不充分等問題，該研究對已有排種技術相關文獻進行計量學分析，從科研生產力、影響力和發(fā)展力等方面可視化呈現(xiàn)排種技術的研究態(tài)勢，總結排種技術發(fā)展脈絡和研究熱點，并介紹國內外先進農機企業(yè)基于前沿排種技術開發(fā)的產品，分析其產業(yè)化應用情況和未來發(fā)展趨勢。結果表明：排種技術呈波浪發(fā)展，當前處于高速穩(wěn)態(tài)發(fā)展期；中國科研產出較多，影響力緊次于美國；代表性期刊有《Biosystems Engineering》《Computers and Electronics in Agriculture》和《農業(yè)工程學報》《農業(yè)機械學報》等；高影響力學者和機構圍繞不同地區(qū)的典型農作物開展排種技術研究，推動了排種技術進步和機械化水平提升；排種技術發(fā)展脈絡以實現(xiàn)功能為主的單一主題研究逐漸過渡到機構優(yōu)化、機理分析、虛擬仿真等垂直細分主題的深入探索，現(xiàn)階段排種技術的研究熱點主要集中在高速兼用排種、播種均勻性、DEM-CFD耦合仿真、控制和監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)。排種技術應用注重高效高性能裝備研發(fā)，國內排種新產品研發(fā)處于跟跑階段；隨著新興技術、多學科交叉融合和創(chuàng)新思維的應用，排種技術研究向高速高性能、精準精確、數(shù)字化、智能化等方面發(fā)展。研究可為把握排種技術領域研究現(xiàn)狀、未來發(fā)展趨勢和播種機具創(chuàng)新提供參考。

農業(yè)機械；播種機；排種技術；研究熱點；發(fā)展趨勢；信息可視化

0 引 言

農業(yè)機械化是農業(yè)現(xiàn)代化的重要標志，國際國內發(fā)展經驗表明，農業(yè)機械引發(fā)了農業(yè)生產方式的根本變革，大幅度提高了農業(yè)勞動生產率，有力保障了世界農業(yè)發(fā)展和食物安全。播種是農業(yè)生產的關鍵環(huán)節(jié)之一，高性能播種技術與裝備是現(xiàn)代農業(yè)生產的基礎。目前國內主要農作物耕種收綜合機械化水平超過72%[1]，但播種環(huán)節(jié)還存在區(qū)域間發(fā)展不平衡、作物間發(fā)展不平衡、技術發(fā)展不平衡等問題。目前全國小麥機播水平超過90%[2-3]、玉米大豆機播水平約80%[2-3]，但智能化程度偏低，作業(yè)性能嚴重依賴操縱人員經驗[4]；油菜機播水平不足40%[2-3]，蔬菜作物機械化播種水平更低。

排種技術實現(xiàn)機械化播種的關鍵前提，決定播種作業(yè)質量和作物產量[5]。近年來，國內科研人員對排種技術與裝備做了大量研究，如機械式、氣力式或機械氣力組合式等多種排種原理探索[6-8]，結合不同種子特性和適用排種原理進行相應排種裝置結構設計，分析種子運動路徑、受力情況，進行性能驗證試驗[9-10]。隨著計算機技術與現(xiàn)代設計方法發(fā)展，排種過程仿真模擬與結構優(yōu)化設計研究增多，主要集中在具體結構設計、機理分析、性能試驗和仿真模擬等方面[11-12]，相關綜述性研究主要聚焦于某一作物或細分技術方向的研究進展[13-17]，對排種技術領域的知識結構、研究熱點和發(fā)展趨勢等缺乏系統(tǒng)性分析和定量化研究。

文獻計量方法可客觀、量化地對科技論文進行分析，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計、共詞分析、可視化知識圖譜得到研究領域分布結構和變化規(guī)律等，廣泛應用于地理學、生態(tài)學、圖書館學等多個學科研究中[18-21]，農業(yè)工程領域也開展了基于文獻計量的數(shù)據(jù)驅動分析，如農業(yè)機器人[22]、土地整理工程[23]、智慧農業(yè)[24]等。

本文對排種技術領域國內外整體發(fā)展情況、主要研究機構和學者、熱門期刊和論文、同行研究水平等進行分析，闡釋排種技術領域的科研生產力、影響力和發(fā)展力，同時基于數(shù)據(jù)分析排種技術發(fā)展態(tài)勢，理清當前研究主要方向，介紹國內外先進農機公司最新產品和產業(yè)規(guī)模，討論未來排種技術產業(yè)發(fā)展趨勢，為進一步促進排種技術研究提供參考。

1 研究方法與指標

1.1 數(shù)據(jù)庫選取及檢索結果

為保證數(shù)據(jù)的全面性和可靠度，本文選取WoS核心合集數(shù)據(jù)庫子庫SCI-E和中國知網（China National Knowledge Infrastructure）EI（The Engineering Index）、CSCD（Chinese Science Citation Database）期刊數(shù)據(jù)庫。WoS數(shù)據(jù)庫引文數(shù)量多，涵蓋文章全面，是國際公認的進行科學統(tǒng)計和科學評價的主要檢索工具[25]；中國知網是國內最有影響力的學術期刊數(shù)據(jù)庫。綜合考慮文獻質量，本文數(shù)據(jù)采集自2000年始。

英文數(shù)據(jù)庫檢索時，在WoS核心合集SCI-E子數(shù)據(jù)庫中利用高級檢索功能，精確檢索2000年1月1日—2022年12月1日包含排種主題的文獻，經CiteSpace軟件篩選，得到有效文獻；中文數(shù)據(jù)庫精確檢索主題為排種的EI、CSCD期刊文獻。對所有文獻逐篇篩選，查看重復和主題相關性。檢索式及結果如表1，檢索日期為2022年12月1日。

表1 檢索式及數(shù)據(jù)庫檢索結果

1.2 分析方法與計量指標

本文以排種技術相關文獻為對象，采用文獻計量學方法，借助WoS和CNKI數(shù)據(jù)庫自帶的文獻計量分析功能、文獻計量分析平臺Bibliometric和可視化軟件CiteSpace進行分析，并根據(jù)知識圖譜可視化分析定量結果，對排種技術研究熱點和發(fā)展趨勢做出總結和討論。為具體展現(xiàn)排種技術的研究態(tài)勢，客觀反映相關科研工作的內容與成果，結合本領域研究的特點和實際情況，從科研生產力、影響力和發(fā)展力進行分析[26]，并介紹排種技術產業(yè)最新進展，具體的計量指標和研究思路如圖1所示。

圖1 研究路線圖

科研生產力主要包括發(fā)表的文獻總量、各國文獻數(shù)量和各國關聯(lián)圖譜等指標，反映排種技術發(fā)展階段規(guī)律變化和主要研究國家對學術交流的貢獻。

科研影響力包括期刊、研究機構和作者影響力，主要有文獻分布期刊及影響因子，機構文獻數(shù)量和關聯(lián)圖譜，作者發(fā)文總量、總被引頻次、篇均被引頻次、共被引頻次等計量指標，評估學術成果的業(yè)內價值。

科研發(fā)展力包括高被引論文、熱門論文和文獻共被引等。高被引論文是國際上普遍采用的科研水平和潛力評價標準，可客觀反映論文的影響力和在學術交流中的作用及地位；熱門論文是發(fā)表后短期內產生很大影響的論文，一定程度上說明論文成果是研究人員當前關注的熱點；文獻共被引將文獻信息中的核心內容按頻次高低排布，體現(xiàn)研究發(fā)展動向和研究熱點，代表本領域不同主題的發(fā)展力情況。

2 結果與分析

2.1 科研生產力分析

2.1.1 文獻數(shù)量變化規(guī)律分析

論文發(fā)表數(shù)量變化一定程度可反映研究領域的發(fā)展階段和趨勢。2000年1月1日—2022年12月1日 WoS（SCI-E）和CNKI（EI&CSCD）數(shù)據(jù)庫關于排種技術的發(fā)表論文總量如圖2所示。國內期刊發(fā)文數(shù)量呈先上升后小幅度下降趨勢，2008年前處于緩慢發(fā)展階段，2008 —2016年經歷快速發(fā)展期，2016年至今處于波動穩(wěn)態(tài)期。國外期刊發(fā)文數(shù)量整體呈上升趨勢，但發(fā)文數(shù)量較國內低，說明近年來國內對農業(yè)機械化的重視程度和扶持力度較大，科研人員對排種技術的研究增多。

圖2 2000—2022年排種技術相關文獻數(shù)量

2.1.2 基于WoS的各國家文獻數(shù)量及知識圖譜分析

不同國家發(fā)表的文獻數(shù)量變化可看出其對本領域研究的重視程度，國家間關聯(lián)知識圖譜可反映文獻數(shù)量、各國家在該領域的中心位置等。對SCI數(shù)據(jù)庫進行各國家歷年文獻數(shù)量變化統(tǒng)計并繪制各國家間關聯(lián)知識圖譜如圖3所示。

由圖3可知，在排種技術領域發(fā)文量前4的國家分別是中國、印度、美國、土耳其，同時也是研究相對活躍的國家，持續(xù)產出，未出現(xiàn)明顯斷層。美國對排種技術的研究起步早，幾乎每年都有論文產出，且中介中心性最高，處于該技術研究的中心位置。中國較美國、印度、伊朗、巴西的研究起步晚，2010年開始在國際期刊上發(fā)表相關論文，之后呈指數(shù)性上升趨勢，2020年至今年均發(fā)文數(shù)量是其他國家的2倍，研究熱度未減，科研生產力逐步上升。

注：知識圖譜中節(jié)點大小代表論文數(shù)量頻次，節(jié)點周圍連線表示國家間存在聯(lián)系，連線越多中介中心性越高，連線越粗則聯(lián)系越密切，紫環(huán)代表關鍵樞紐。

綜上所述，排種技術呈高速穩(wěn)態(tài)發(fā)展態(tài)勢。美國較早開始研究，奠定了其在該領域學術交流中的中心地位，近年來中國多項支撐政策的制定落實使得科技投入與產出飛速增長，發(fā)展前景較大，對學術交流的貢獻遞增，影響力緊次于美國。

2.2 科研影響力分析

2.2.1 基于WoS的代表性期刊及期刊影響力分析

分析文獻發(fā)表期刊有利于發(fā)現(xiàn)本領域研究的熱門期刊，也可用于最新文獻的信息追蹤，對研究人員信息獲取有較高參考價值。影響因子是衡量學術期刊水平的重要指標，影響因子越大期刊影響力越大，文獻的學術價值與應用價值越大，因此本文中期刊影響力采用期刊綜合影響因子表示。

對WoS數(shù)據(jù)庫相關文獻進行論文發(fā)表期刊及影響力統(tǒng)計分析，因涉及期刊較多，僅列舉總被引次數(shù)前10的期刊進行歸納總結，如表2所示。發(fā)文總數(shù)排名前10期刊并未全部入選總被引前10，說明發(fā)文數(shù)量與被引情況不完全成正相關；《Applied Soft Computing》《Powder Technology》平均被引次數(shù)較多，均在JCR Q1區(qū)，也是本領域關注期刊。

表2 WoS數(shù)據(jù)庫總被引前10的期刊及其影響力

總體上，《International Journal of Agricultural and Biological Engineering》發(fā)文數(shù)量與總被引均最高，是本領域熱門期刊，《Biosystems Engineering》《Computers and Electronics in Agriculture》期刊各指標均靠前，綜合影響力較高，是排種技術研究領域代表性期刊。

2.2.2 基于CNKI的代表性期刊及期刊影響力分析

對采集的CNKI數(shù)據(jù)庫文獻數(shù)據(jù)進行前10的期刊統(tǒng)計，如表3。發(fā)表排種技術研究的EI&CSCD 前10期刊發(fā)文總量679篇，可以看出，《農業(yè)機械學報》《農業(yè)工程學報》的占比大，占前10期刊的83.51%，是本領域研究中的熱門期刊，期刊影響力較高，其次是《中國農業(yè)大學報》《華南農業(yè)大學報》《華中農業(yè)大學報》。本領域文獻的期刊影響因子多集中在1.0～3.0間。

2.2.3 研究機構和人員影響力分析

分別對WoS和CNKI文獻的研究人員進行分析。WoS領域主要人員的發(fā)文總量、總被引次數(shù)、平均被引次數(shù)，如表4。國內研究人員在發(fā)文總量前10中占比為80%，但總被引次數(shù)躋身前10的只有2位，平均被引次數(shù)前10的全部是國外研究人員，說明國內研究人員的影響力相較國外有一定差距，業(yè)內認可度有待提高。平均被引次數(shù)大于20.0的文獻[27-29]，均主要圍繞精密播種、光電傳感器和播種均勻性展開。

表3 CNKI數(shù)據(jù)庫總被引前10的期刊及其影響力

表4 基于WoS數(shù)據(jù)庫排種技術領域主要研究人員

對CNKI的作者發(fā)文數(shù)量及影響力進行統(tǒng)計可知，廖慶喜團隊的發(fā)文數(shù)量和中介中心性均最高。繪制作者聯(lián)系網絡知識圖譜如圖4，可看出，國內排種技術研究以羅錫文、張東興、廖慶喜為核心，羅錫文團隊主要研究對象是水稻，研究工作集中在排種關鍵部件設計、控制系統(tǒng)等方面，開發(fā)的隨動柔性護種組合型孔式水稻穴直播排種器、播量可調氣力式水稻穴直播排種器等引領全國水稻機械化直播技術的發(fā)展。張東興學團隊主要研究對象為玉米、大豆等大籽粒作物，圍繞排種結構設計、控制系統(tǒng)和排種過程氣固兩相流耦合機理等基礎理論開展研究，開發(fā)了適宜不同生產需求、不同作業(yè)速度的系列精量排種器與播種控制系統(tǒng)，引領國內大籽粒播種技術發(fā)展。廖慶喜團隊研發(fā)了正負氣壓組合式排種器、油麥兼用氣送式排種器、機械離心式排種器等，其中正負氣壓組合式小粒徑種子精量排種器通過負壓吸附與型孔配合實現(xiàn)油菜單粒吸種、通過正壓氣吹卸種避免了機械式卸種裝置損傷種子。各團隊研究重點各有不同，研制的排種裝置均已在生產中批量應用。

對該技術研究作者所在單位進行統(tǒng)計分析，從發(fā)文量看，2000年以來，WoS數(shù)據(jù)庫中國內院校文獻總量前10占比60%，其中華南農業(yè)大學、華中農業(yè)大學、中國農業(yè)大學發(fā)文量領先，但總被引頻次前10的占比較低，說明國內研究成果較多，但影響力有待提高。國外美國堪薩斯州立大學、土耳其阿塔圖爾克大學、印度農業(yè)研究院在排種技術領域發(fā)文量較其他科研院校多，阿卡德尼茲大學、愛琴海大學的發(fā)文量排名未達到前10，但總被引頻次較高，有一定影響力。CNKI數(shù)據(jù)庫中前10機構也是國內研究農業(yè)機械與裝備的主要科研力量，目前中國農業(yè)大學、華中農業(yè)大學、東北農業(yè)大學位列前3，在排種技術研究中領先。機構間關聯(lián)知識圖譜如圖5。國內排種技術研究隊伍規(guī)模較國外大，源于國內外技術層次差異性，國內研究隊伍以科研院校為主，國外因排種技術發(fā)展較早，多為企業(yè)主導研發(fā)。

圖4 CNKI作者聯(lián)系網絡知識圖譜

圖5 排種技術研究機構間關聯(lián)知識圖譜

WoS文獻的作者共被引聚類時間線圖譜如圖6，聚類后聚類模塊值（Modularity）=0.675 3，聚類平均輪廓值（Sihouette）=0.874，聚類結構顯著且聚類可信（一般認為>0.3時聚類結構顯著，>0.5聚類合理，>0.7聚類可信）。統(tǒng)計共被引作者前10的信息如表5。

Kachman S D對排種技術研究較早，影響力最大，引用Kachman S D的施引文獻主要涉及播種分布均勻性[28-32]、神經網絡模型在排種技術中的應用[33-34]、充種性能[35]和排種機械-電控系統(tǒng)設計[36-37]等，在2021年被引增幅較大，說明作者有多學科背景或研究項目具有跨學科屬性，研究成果認可度較高，影響力較大；Singh R C和Anantachar M的共被引次數(shù)多且具備高影響力（中心性均>0.1），研究主題關注度較高。

分析可知（表5），作者共被引前10中聚類#0～#4的作者占比較大，說明業(yè)內普遍關注排種裝置研發(fā)、種子運動規(guī)律和播種均勻性，是熱點主題。聚類#1（CFD-EDM）、#3（種子運動Seed motion）、#7（離散元法Discrete element method）、#8（控制系統(tǒng)Control system）在近5年研究集中，說明這4類主題的研究逐漸興起，研究人員漸多，一定程度上可視為研究前沿。整體中國作者共被引占比相對較少，多集中在2010年后，說明中國對排種技術的研究呈前期不足、后期追趕態(tài)勢，研究工作還未形成多學科屬性，影響力和跨學科研究有待進步。

表5 WOS作者共被引前10（按共被引頻次排序）及影響力

注：#0～#4代表聚類號。

Note: #0-#4 represents cluster No..

注：#0～#11代表聚類號，序號越小代表聚類中包含的關鍵詞越多。節(jié)點位置代表該文獻初次被引時間，節(jié)點圓圈大小代表被引頻次多少，越大此節(jié)點作者共被引頻次越高。

2.3 科研發(fā)展力分析

2.3.1 基于WoS的文獻共被引分析

兩篇文獻共同出現(xiàn)在第三篇施引文獻的參考文獻中，即表示這兩篇文獻形成共被引關系。文獻共被引分析是對文獻的參考文獻部分進行關系挖掘，可反映國內外同行比較關注的熱門文獻和本領域的經典文獻，文獻聯(lián)系緊密程度代表了研究內容的相似程度，文獻共被引網絡圖譜時區(qū)視圖如圖7。由圖知，文獻共被引活躍段出現(xiàn)在2014—2019年，反映了2014年后關于排種的研究發(fā)展較快且研究內容集中，側重排種器結構設計和數(shù)值模擬仿真。

高共被引論文主要來源期刊有《International Journal of Agricultural and Biological Engineering》《Computers and Electronics in Agriculture》《Biosystems Engineering》。分析文獻內容可知，高共被引文獻前10和關鍵文獻（紫圈節(jié)點）主要涉及排種器結構設計與優(yōu)化、播種參數(shù)匹配、DEM-CFD耦合方法在排種技術領域的應用、種子分布均勻性、排種電控應用、人工神經網絡應用、研究綜述等；涉及的作物對象主要是玉米、棉花、馬鈴薯、油菜、小麥、水稻、花生等種植面積較大的農作物；為提高播種機具的利用率，基于種子物理特性相似、種植區(qū)域重合等特點，兼用型排種技術研究加強，如玉米棉花、玉米大豆、油菜小麥等兼用排種[38-41]，共被引前10文獻中作物播種均采用氣力式排種原理，說明氣力式排種原理是近年的研究熱點；另一方面，國內學者多從數(shù)值模擬、排種試驗等入手[41-44]，國外學者多嘗試尋找跨學科方法應用于排種技術研究、尋找參數(shù)匹配機制等方面[45-46]。

注：聚類模塊值Q=0.777 1，聚類平均輪廓值S=0.899 5；節(jié)點圓圈大小代表文獻共被引頻次，文獻節(jié)點外圈呈紫色代表中介中心度較高。節(jié)點越大、中介中心性越大，文獻認可度越高。

2.3.2 基于CNKI的高被引文獻和熱門文獻

統(tǒng)計被引頻次前10文獻（表6），其中7篇研究主題涉及DEM應用；被引頻次≥100的文獻（共29篇）占比最高的期刊為農業(yè)工程學報（58.62%），基金來源為國家自然科學基金（31.03%），機構為中國農業(yè)大學（34.48%），研究人員為張東興等（24.14%）。

表6 被引頻次前10的文獻

熱門文獻指論文發(fā)表后短期內產生很大影響，被引頻次靠前，搜索2021年至今相關文獻，被引次數(shù)最高的為曾智偉2021年發(fā)表于農業(yè)機械學報的“離散元法在農業(yè)工程研究中的應用現(xiàn)狀和展望”，被引頻次64次，圍繞離散元法在現(xiàn)代農業(yè)裝備數(shù)字化進程中的意義，分析了各作業(yè)環(huán)節(jié)的應用現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)，表明離散元法在顆粒運動仿真研究方面具有顯著優(yōu)勢，特別適合顆粒材料與農機部件的接觸作用和顆粒材料的流動過程研究。結合高被引和熱門文獻可知，EDEM在排種技術領域的應用從數(shù)值模擬、種子運動規(guī)律探索向仿真試驗、優(yōu)化反饋控制發(fā)展，從單純離散元顆粒仿真到氣固耦合仿真進化。

綜上，離散元法在高精度種子模型建立、校準影響種子動態(tài)和機械行為的關鍵參數(shù)、實時監(jiān)測種子流的運動狀態(tài)和力傳遞、評估排種裝置的結構參數(shù)和運行參數(shù)對排種性能的影響等方面研究較多，近年來CFD-DEM耦合方法發(fā)展強勁，不僅可以監(jiān)測排種裝置和排種管中氣流速度和分布情況，還可以監(jiān)測氣流中種子的運動。

2.4 研究熱點和前沿分析

關鍵詞是對文章的高度概括和凝練，通過關鍵詞分析有助于理清研究領域的發(fā)展脈絡、把握該領域的研究現(xiàn)狀，分析研究熱點，進而預測未來發(fā)展趨勢，為深入研究方向和主題提供定量依據(jù)。

2.4.1 基于WoS和CNKI的關鍵詞共現(xiàn)研究熱點分析

分析2000年至今關鍵詞出現(xiàn)頻次和中介中心性可知，外文期刊的Seed-metering device、Optimization、Flow、Precision seeding、Performance、Accuracy和Numerical simulation及中文期刊的試驗、設計、種子、離散元法和優(yōu)化關鍵詞節(jié)點同時具備高中介中心性（>0.1）和高出現(xiàn)頻次，是本領域研究焦點。外文期刊對種子分布均勻性、流體和排種準確性的研究比較關注，中文期刊玉米、水稻、油菜、小麥出現(xiàn)頻率均大于30次，排種作物、優(yōu)化設計方面研究關注度較外文高。

分析2020年至今出現(xiàn)的關鍵詞，排種趨勢呈現(xiàn)高速變量走向，精確度更高，數(shù)字化、智能化和跨學科方法在排種技術與裝備間的應用逐漸成為新的焦點，同時新方法工具也被引入排種技術領域研究中，如滯后補償算法、衛(wèi)星定位方法、仿生學、TRIZ理論。2022年外文期刊發(fā)表多篇有關控制系統(tǒng)應用、設計參數(shù)匹配、高速精密播種、參數(shù)標定等方面的文章，進一步說明了研究熱點趨向。

分別對WoS和CNKI數(shù)據(jù)庫相關文獻的關鍵詞進行聚類分析，在對數(shù)極大似然率LLR生成的標簽基礎上補充解釋，得出聚類知識圖譜如圖8。

由聚類圖譜可發(fā)現(xiàn)，WoS數(shù)據(jù)庫中，DEM-CFD耦合研究（#2 dem-cfd coupling approach）發(fā)展較快，應用于離散元素參數(shù)的測量和校準[48]、結構和工作參數(shù)對籽粒運動特性和氣流場影響[49]等，高速精確播種研究中也有涉及，如用DEM-CFD耦合方法研究玉米顆粒在文丘里進料管中的動態(tài)[50]；驗證高速狀態(tài)下種子分布均勻性和播種精確性的田間試驗研究較多（#0 field test、# 6 forward speed），對播種速度和播種質量監(jiān)測的關注提升，如基于脈寬識別的排種性能監(jiān)測系統(tǒng)[51]；轉彎補償控制系統(tǒng)研究[52]；播種頻率和播種速度對傳感器監(jiān)測精度的影響[53]；電動吸力排種對種盤轉速和排種量的精確控制[54]；單粒精密排種器種子防漏系統(tǒng)[55]等。

圖8 排種技術相關論文關鍵詞聚類知識圖譜

CNKI數(shù)據(jù)庫中，從作物維度上看，玉米、馬鈴薯排種技術使用傳感器較多（#2 傳感器）；玉米種粒定向播種、大豆玉米籽粒清選、作物排種粒距實時檢測等方面研究中圖像處理方法發(fā)揮重要作用（#4 圖像處理）；油菜、小麥排種的供種裝置和仿真研究部分較突出（#3 供種裝置）。從排種性能維度上看，隨著播種作業(yè)速度的提高，充種、吸種環(huán)節(jié)時間壓縮從而導致作業(yè)漏播嚴重、風壓需求大等，研究人員分別從氣力機械組合式排種[56]、氣流型孔組合式排種[57]、輔助充種[58]等方面提高充種性能。

總體上，DEM-CFD耦合、精準精確排種和播種均勻性研究是目前排種技術領域的研究熱點，機器視覺、神經網絡和圖像處理技術與排種技術融合，新方法工具的引入也逐漸興起。

2.4.2 發(fā)展脈絡和研究前沿分析

對關鍵詞的時間序列進行分析，得到發(fā)展脈絡時區(qū)圖如圖9，可以看出，排種技術研究進程由單一主題逐漸過渡到多主題并行研究直至垂直細分主題的深入探索，研究主題由裝置設計向裝置性能優(yōu)化、排種過程精準可控轉換，排種對象由大宗糧食作物向蔬菜、中藥材等經濟、特色作物發(fā)展，多作物兼用的排種技術研究興起。

外文期刊近兩年的研究細分到DEM在種子形狀顆粒模擬[59-60]、種子與排種部件作用對播種質量影響機制[61]，基于氣流-種子耦合的氣力系統(tǒng)技術過程數(shù)值模擬[62-63]、實時監(jiān)測[64]、窄間距高速播種精度監(jiān)測[65]，種子掉落高度及振動等對播種均勻性的影響[66]，高速精密播種時的種子運動情況[67]等方面。中文期刊近兩年的研究前沿涉及智能控制、無人駕駛和衛(wèi)星定位等，智慧農業(yè)和全產業(yè)鏈研究出現(xiàn)。值得關注的是，國內玉米排種2010年后興起，較2007年前開始的水稻、小麥、大豆、油菜等作物排種研究晚，但玉米與研究前沿的相關性更高，2010年前玉米播種主要以機械式排種為主，技術成熟產出較少，后逐漸開展氣力式玉米排種，研究成果增多。

注：節(jié)點代表關鍵詞，出現(xiàn)位置表示此關鍵詞首次出現(xiàn)時間，節(jié)點大小表示統(tǒng)計期間出現(xiàn)頻次，連線表示兩節(jié)點關鍵詞出現(xiàn)在同一篇文獻中。

CiteSpace提供突現(xiàn)功能用來探測某時段變量值有很大變化的情況，幫助發(fā)現(xiàn)關鍵詞衰落或興起情況，以便研究人員獲取研究前沿信息。本文統(tǒng)計前10的突現(xiàn)詞（圖 10）發(fā)現(xiàn)，外文期刊對作物產量關注較多，2013年后逐漸細分為方法工具在排種技術領域的應用（image processing）、排種機理（system、seed spacing uniformity）等，目前外文期刊排種技術領域研究前沿為數(shù)值模擬排種過程試驗、種子與排種裝置間的相互作用機理探索、種子顆粒建模參數(shù)和仿真參數(shù)、無法測量的種子運動特性仿真模擬等的研究。中文期刊突現(xiàn)詞中，油菜在2014年、馬鈴薯在2016年的發(fā)文量突增，其根源可能是由于2014年農業(yè)部發(fā)布《2014年國家深化農村改革、支持糧食生產、促進農民增收政策措施》、2016年農業(yè)部發(fā)布《關于推進馬鈴薯產業(yè)開發(fā)的指導意見》；在政策導向下，油菜、馬鈴薯種植面積增加，產業(yè)發(fā)展等對機械化播種技術需求增加。目前中文期刊本領域研究前沿是種子的精確接觸參數(shù)研究，并結合物理或仿真試驗對仿真參數(shù)進行標定并反饋至結構參數(shù)設計。

注：Year指關鍵詞第一次出現(xiàn)的年份，Strength指突現(xiàn)強度，Begin和End指該關鍵詞作為前沿的起始和驟減年份。該圖反映不同時間段的研究前沿。

Note: Year represents the year when the keyword first appears; Strength represents the strength of emergence; Begin and End represents the start and end years of the keyword as the frontier. The figure reflects the research frontiers in different time periods.

圖10 排種技術相關論文突現(xiàn)關鍵詞

Fig.10 Keywords with the strongest citation burst in seed metering technology related literature

綜上，排種技術領域具有發(fā)展?jié)摿Φ难芯糠较虬ㄔO計原理驗證、設計方法應用、不同作物排種結構創(chuàng)新和智能監(jiān)測系統(tǒng)設計方面。

2.5 排種技術的產業(yè)化應用

2.5.1 排種技術產業(yè)化發(fā)展態(tài)勢

排種技術創(chuàng)新與產業(yè)化應用是提高播種裝備技術水平和核心競爭力的關鍵。各國由于科研格局、企業(yè)創(chuàng)新能力和市場環(huán)境的不同，排種技術產業(yè)化應用發(fā)展態(tài)勢各具特色。美國、意大利、德國等發(fā)達國家創(chuàng)新主體以各知名農機企業(yè)為主，注重播種關鍵核心部件研究開發(fā)與產業(yè)化應用同步推進；如美國John Deere，意大利Maschio，德國Amazone等公司，通過排種技術創(chuàng)新推動播種機由撒播、條播、低速作業(yè)發(fā)展到精量、高速、變量作業(yè)發(fā)展；同時注重排種技術的智能化提升，如采用電驅動排種和傳感技術，通過排種過程的實時監(jiān)測與智能控制實現(xiàn)高性能播種，并在生產中得到廣泛應用。國內農機產業(yè)相對發(fā)達國家落后，企業(yè)創(chuàng)新力量較薄弱，關鍵技術研發(fā)以科研院所為主，近年來，國家高度重視播種機及其高性能排種關鍵技術創(chuàng)新，十三五期間國家重點研發(fā)計劃“智能農機裝備”重點專項立項“精量播種技術裝備研發(fā)”、十四五期間“工廠化農業(yè)關鍵技術與智能農機裝備”立項“高性能播種關鍵部件及智能播種機創(chuàng)制”項目，匯聚長期從事水稻、小麥、玉米、油菜、大豆等主要糧油作物機械化播種和智能化技術與裝備研發(fā)優(yōu)勢單位，并與濰柴雷沃等龍頭企業(yè)緊密合作，形成排種器關鍵技術突破、播種機創(chuàng)制、產業(yè)化應用的技術裝備創(chuàng)新發(fā)展模式。

2.5.2 排種技術熱點前沿研究的產業(yè)化應用

隨著農業(yè)發(fā)展需求，播種作業(yè)向精準高效發(fā)展。目前國際上先進的播種機排種技術主要有氣力式精密排種和氣送式集中排種，在保證播種精度的基礎上大幅提升了作業(yè)速度；如Maschio研發(fā)的用于蔬菜播種的ORIETTA、OLMPIA系列播種機和用于傳統(tǒng)或淺層播種的SP系列、用于免耕或少耕的MTR系列精量播種機均采用氣力式排種，最新推出的CHRONO系列高速精量播種機配置電氣傳動裝置的播種單體，采用獨特的氣力種子輸送系統(tǒng)，可在15 km/h的速度下保證高精度作業(yè)。瑞典Vaderstad研發(fā)的Tempo高速播種機配有Gilstring播種單體，能在傳統(tǒng)播種機2倍作業(yè)速度下工作且達到更好的播種精度。Great Plains公司的AccuShot可實現(xiàn)精確變量排種施肥。另外，德國Amazone、Horsch和法國Kuhn的氣送式播種裝備作業(yè)速度均能達到12 km/h，且均可兼用玉米、甜菜、大豆、向日葵、油菜、棉花等作物播種。國內科研機構目前已研制了滿足玉米10 km/h、大豆8～11 km/h作業(yè)速度要求的排種器[14,68]。下一階段將在國家支持和市場需求指引下，科研機構與農機企業(yè)各自發(fā)揮優(yōu)勢，通過產學研合作，推動先進排種技術的產業(yè)化應用，促進主要農作物機械化播種水平的提升。

同時，為提升播種質量，圍繞精準變量作業(yè)排種技術的相關智能化測控組件產業(yè)化應用加快，如Precision Planting公司的20∣20 monitor、SmartFirmer、FlowSence和YieldSense。Tempo V高速精密播種機配置Vaderstad E-Control，以無線方式提供排種數(shù)據(jù)（排種性能指標、行距和播種速率等），可實現(xiàn)單獨啟停和控制，根據(jù)作物播種要求和田間情況進行調整。國內在這方面的研究相對落后，集中在監(jiān)控系統(tǒng)、控制策略、傳感網絡等方面，反饋調節(jié)研究有待進步，目前相關科研院校開發(fā)了適用于玉米、水稻的播種質量監(jiān)控系統(tǒng)[69-70]，適用于油菜的播量監(jiān)測、漏播檢測等技術[13]，但整體處于實驗室研發(fā)與試驗階段，排種測控技術的成果應用較少，高精度低成本測控技術產業(yè)化應用以及技術推廣需加大力度。

3 結 論

本文精確檢索2000年1月1日—2022年12月1日期間Web of Science（WoS）核心合集SCI數(shù)據(jù)庫和中國知網EI&CSCD數(shù)據(jù)庫內排種主題相關文獻，基于文獻計量方法從科研生產力、影響力和發(fā)展力角度分析排種技術領域的發(fā)展態(tài)勢，主要分析結果如下：

1）該領域整體科研生產力處于穩(wěn)態(tài)高速發(fā)展階段，中國的發(fā)展?jié)摿^大。排種技術研究的國內發(fā)文總量較國外高，總體呈先上升后小幅下降趨勢，呈波浪前進式，國外發(fā)文數(shù)量呈上升趨勢；排種技術整體發(fā)展脈絡由單一功能研究轉向垂直細分多個主題內深入挖掘。

2）該領域研究論文具備高影響力的國家是美國，中國影響力緊次于美國；高影響力外文期刊有《Computers and Electronics in Agriculture》《Biosystems Engineering》，中文期刊有《農業(yè)工程學報》《農業(yè)機械學報》；高影響力機構有美國堪薩斯州立大學、土耳其阿塔圖爾克大學和中國農業(yè)大學、華中農業(yè)大學；高影響力科研團隊以羅錫文、廖慶喜、張東興為核心，各團隊研究重點各有不同；Yazgi A同時具備高發(fā)文量和高共被引；高影響力論文主要側重排種器結構設計、數(shù)值模擬仿真和排種均勻性。

3）近年來排種技術高熱度論文較多，未來發(fā)展勢頭良好。文獻關鍵詞共現(xiàn)分析可知，排種技術領域的研究熱點主要是EDM-CFD耦合、數(shù)值模擬、控制和監(jiān)測系統(tǒng)研發(fā)，研究方法多樣化。國內發(fā)展較強勁的研究主題有離散元法在排種技術中的應用、兼用高速排種以及精準精確播種。國外學者較國內更多嘗試跨學科方法應用和參數(shù)匹配等機理研究。發(fā)達國家對排種技術創(chuàng)新以龍頭企業(yè)為主，智能技術創(chuàng)新和產品轉化進展較快，國內排種技術相關企業(yè)規(guī)模有限，關鍵技術進步加快，系列產品和服務有進步空間。

通過排種技術領域的發(fā)展態(tài)勢分析可知，隨著傳統(tǒng)農業(yè)生產模式被機械化、規(guī)模化生產逐步取代，信息化、數(shù)字化、智能化正在助推未來農業(yè)發(fā)展，排種技術領域研究將呈現(xiàn)如下趨勢：

1）排種性能評價向高速、變量、高性能發(fā)展。隨著農業(yè)生產向集約化、規(guī)模化、高效能發(fā)展，高速作業(yè)的精量播種機成為生產需求，適應播種作業(yè)速度≥12 km/h的排種技術成為需要突破的重點技術；在農機農藝深度融合促進農作物穩(wěn)產高產的效益驅動下，相對粗放的撒播、條播技術將逐漸向行株距均勻分布、種植密度合理調控的精準播種發(fā)展，變量排種技術研究將呈上升趨勢。在功能模塊的通用性和農業(yè)機械化的成本投入等市場需求驅動下，播種機將向多作物兼用發(fā)展，高性能的兼用型排種技術將成為研究熱點；圍繞高速、變量、高性能排種，通過機械結構和技術創(chuàng)新實現(xiàn)玉米大豆等大籽粒單粒精密排種，小麥、油菜、水稻、蔬菜等小籽粒種子高速排種，播量穩(wěn)定、種子和播種密度差異顯著作物的兼用型排種技術將成為研發(fā)關鍵；同時，排種器田間復雜工況下的作業(yè)穩(wěn)定性、行株距要求嚴格作物的落種位置預測及平穩(wěn)運移導種等技術是研究難點。

2）排種技術向電驅、數(shù)字、智能化拓展。隨著信息技術、物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)等新興技術的發(fā)展，排種器在向高速、變量、高性能發(fā)展過程中，單靠機械性能的提升已無法滿足要求，機械系統(tǒng)必然與電子信息系統(tǒng)融合；高速作業(yè)下地輪驅動方式難以滿足穩(wěn)定性要求，且無法實現(xiàn)無級調控變量播種，穩(wěn)定可靠的隨速可控可調排種器電驅動技術將成為研究重點之一；現(xiàn)有氣力式播種機的供氣方式不適應機具田間作業(yè)工況波動，也不能實現(xiàn)兼用型排種器的氣力參數(shù)調控，氣流場自適應調控技術將成為氣力式排種系統(tǒng)的研究難點；現(xiàn)階段國內播種裝備作業(yè)性能嚴重依賴操縱人員經驗，機具的數(shù)字化程度低，智能排種系統(tǒng)研究未形成關鍵性技術突破，在智慧農業(yè)、無人農場等產業(yè)發(fā)展業(yè)態(tài)引領下，未來排種系統(tǒng)將向集種子流狀態(tài)監(jiān)測、排種信號處理、傳輸、控制、存儲和管理于一體的可視化綜合控制系統(tǒng)發(fā)展，實時全面掌握播種機農藝信息，根據(jù)準確數(shù)據(jù)驅動關鍵決策，對排種工作單元作業(yè)狀態(tài)進行智能化管理。

3）排種技術的研究思路向多元、高效、多學科轉變。作物種子和播種農藝要求的多樣性決定了排種技術創(chuàng)新研究的必要性，目前國內各類農作物機械化播種水平亟待提升的現(xiàn)實情況表明，排種裝置結構創(chuàng)新與功能實現(xiàn)仍是業(yè)內關注重點；數(shù)值模擬、高速攝影、室內臺架試驗和田間試驗是排種技術研究和排種器設計開發(fā)的主要研究手段，但隨著離散元仿真、氣固耦合仿真等技術的發(fā)展，計算機仿真技術將在研究中發(fā)揮更重要的作用；研究人員設計理念和問題求解思維方法正在轉變，拓撲優(yōu)化、TRIZ理論、概念設計和多理論集成等方法逐漸被引入到排種器的設計中；易拆卸、兼用或可通用的模塊化排種器產品有很大研究空間，虛實結合研究方法將有助于縮短產品研發(fā)周期，多學科知識交叉將為排種器結構創(chuàng)新提供新思路。

[1] 中華人民共和國農業(yè)農村部農業(yè)機械化管理司. 2021年全國農業(yè)機械化發(fā)展統(tǒng)計公報[EB/OL]. 2022-08-17，http: //www. njhs.moa.gov.cn/nyjxhqk/202208/t20220817_6407161. htm

[2] 中華人民共和國國家統(tǒng)計局. 中國統(tǒng)計年鑒[M]. 北京：中國統(tǒng)計出版社，2021.

[3] 農業(yè)農村部南京農業(yè)機械化研究所. 2021中國農業(yè)機械工業(yè)年鑒[M]. 北京：中國農業(yè)科學技術出版社，2021.

[4] 苑嚴偉，白慧娟，方憲法，等. 玉米播種與測控技術研究進展[J]. 農業(yè)機械學報，2018，49(9)：1-18.

Yuan Yanwei, Bai Huijuan, Fang Xianfa, et al. Research progress on maize seeding and its measurement and control technology[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2018, 49(9): 1-18. (in Chinese with English abstract)

[5] 叢錦玲，廖慶喜，曹秀英，等. 油菜小麥兼用排種盤的排種器充種性能[J]. 農業(yè)工程學報，2014，30(8)：30-39.

Cong Jinling, Liao Qingxi, Cao Xiuying, et al. Seed filling performance of dual-purpose seed plate in metering device for both rapeseed & wheat seed[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(8): 30-39. (in Chinese with English abstract)

[6] 胡夢杰，夏俊芳，鄭侃，等. 內充氣力式棉花高速精量排種器設計與試驗[J]. 農業(yè)機械學報，2021，52(8)：73-85.

Hu Mengjie, Xia Junfang, Zheng Kan, et al. Design and experiment of inside-filling pneumatic high speed precision seed-metering device for cotton[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2021, 52(8): 73-85. (in Chinese with English abstract)

[7] 朱彤，叢錦玲，齊貝貝，等. 機械氣力組合式花生精量排種器設計與試驗[J]. 中國機械工程，2020，31(21)：2592-2600.

Zhu Tong, Cong Jingling, Qi Beibei, et al. Design and tests of mechanical-pneumatic combined peanut precision seed-metering devices[J]. China Mechanical Engineering, 2020, 31(21): 2592-2600. (in Chinese with English abstract)

[8] 邢赫，張國忠，韓宇航，等. 雙腔氣力式水稻精量水田直播機設計與試驗[J]. 農業(yè)工程學報，2020，36(24)：29-37.

Xing He, Zhang Guozhong, Han Yuhang, et al. Development and experiment of double cavity pneumatic rice precision direct seeder[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(24): 29-37. (in Chinese with English abstract)

[9] 夏紅梅，周士琳，劉園杰，等. 扁平茄果類種子導向振動供種裝置設計與試驗[J]. 農業(yè)機械學報，2020，51(9)：82-88.

Xia Hongmei, Zhou Shilin, Liu Yuanjie, et al. Design and test of directional vibrating seed-feeding device for flat solanaceous vegetable seeds[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2020, 51(9): 82-88. (in Chinese with English abstract)

[10] 方梁菲，曹成茂，秦寬，等. 導種環(huán)槽U型孔組合型輪式前胡排種器設計與試驗[J]. 農業(yè)機械學報，2022，53(4)：21-32.

Fang Liangfei, Cao Chengmao, Qin Kuan, et al. Design and experiment of wheel seed metering device with guide ring groove combining u-hole for radix peucedani[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2022, 53(4): 21-32. (in Chinese with English abstract)

[11] 馬文鵬，尤泳，王德成，等. 苜蓿切根補播施肥機氣送式集排系統(tǒng)優(yōu)化設計與試驗[J]. 農業(yè)機械學報，2021，52(9)：70-78.

Ma Wenpeng, You Yong, Wang Decheng, et al. Optimal design and experiment of pneumatic and pneumatic collecting and discharging system of alfalfa cut-root reseeding and fertilizer applicator[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2021, 52(9): 70-78. (in Chinese with English abstract)

[12] 賴慶輝，賈廣鑫，蘇微，等. 基于DEM-MBD耦合的鏈勺式人參精密排種器設計與試驗[J]. 農業(yè)機械學報，2022，53(3)：91-104.

Lai Qinghui, Jia Guangxin, Su Wei, et al. Design and test of chain-spoon type precision seed-metering device for ginseng based on dem-mbd coupling[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2022, 53(3): 91-104. (in Chinese with English abstract)

[13] 丁幼春，王凱陽，劉曉東，等. 中小粒徑種子播種檢測技術研究進展[J]. 農業(yè)工程學報，2021，37(8)：30-41.

Ding Youchun, Wang Kaiyang, Liu Xiaodong, et al. Research progress of seeding detection technology for medium and small-size seeds[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(8): 30-41. (in Chinese with English abstract)

[14] 楊麗，顏丙新，張東興，等. 玉米精密播種技術研究進展[J]. 農業(yè)機械學報，2016，47(11)：38-48.

Yang Li, Yan Bingxin, Zhang Dongxing, et al. Research progress on precision planting technology of maize[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(11): 38-48. (in Chinese with English abstract)

[15] 廖慶喜，雷小龍，廖宜濤，等. 油菜精量播種技術研究進展[J]. 農業(yè)機械學報，2017，48(9)：1-16.

Liao Qingxi, Lei Xiaolong, Liao Yitao, et al. Research progress of precision seeding for rapeseed[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2017, 48(9): 1-16. (in Chinese with English abstract)

[16] 王立軍，劉天華，馮鑫，等. 農業(yè)和食品領域中顆粒碰撞恢復系數(shù)的研究進展[J]. 農業(yè)工程學報，2021，37(20)：313-322.

Wang Lijun, Liu Tianhua, Feng Xin, et al. Research progress of the restitution coefficients of collision of particles in agricultural and food fields[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(20): 313-322. (in Chinese with English abstract)

[17] 廖宜濤，李成良，廖慶喜，等. 播種機導種技術與裝置研究進展分析[J]. 農業(yè)機械學報，2020，51(12)：1-14.

Liao Yitao, Li Chengliang, Liao Qingxi et al. Research progress of seed guiding technology and device of planter[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2020, 51(12): 1-14. (in Chinese with English abstract)

[18] 劉佳駒，邵巖，王宇泓，等. 1996-2017年雨洪管理研究發(fā)展態(tài)勢分析—基于文獻計量方法[J]. 環(huán)境科學學報，2020，40(7)：2621-2628.

Liu Jiaju, Shao Yan, Wang Yuhong, et al. Development trends of research on rainfall management from 1996-2017: based on bibliometrics methods[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2020, 40(7): 2621-2628. (in Chinese with English abstract)

[19] 張雅然，付正輝，王書航，等. 基于Web of Science和CNKI的湖泊沉積物文獻計量分析[J]. 環(huán)境工程技術學報，2022，12(1)：110-118.

Zhang Yaran, Fu Zhenghui, Wang Shuhang, et al. Bibliometric analysis of lake sediments based on web of science and CNKI[J]. Journal of Environmental Engineering Technology, 2022, 12(1): 110-118. (in Chinese with English abstract)

[20] 劉閻霄，張揚，李政，等. 基于文獻計量方法的全球溫室氣體排放研究態(tài)勢分析[J]. 環(huán)境科學學報，2021，41(11)：4740-4751.

Liu Yanxiao, Zhang Yang, Li Zheng, et al. Research status analysis of global greenhouse gas emission based on bibliometrics[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2021, 41(11): 4740-4751. (in Chinese with English abstract)

[21] 何丹丹，李興國，吳廷照，等. 基于CiteSpac的我國圖書館移動服務研究熱點可視化分析[J]. 圖書館，2018(2)：94-99.

He Dandan, Li Xingguo, Wu Tingzhao, et al. Visualization analysis of the research hotspots of library mobile service in china based on citespace [J]. Library, 2018(2): 94-99. (in Chinese with English abstract)

[22] 楊睿，王應寬，王寶濟. 基于WoS文獻計量學和知識圖譜的農業(yè)機器人進展與趨勢[J]. 農業(yè)工程學報，2022，38(1)：53-62.

Yang Rui, Wang Yingkuan, Wang Baoji. Progress and trend of agricultural robots based on WoS bibliometrics and knowledge graph[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(1): 53-62. (in Chinese with English abstract)

[23] 王金滿，鄖文聚，白中科. 中國土地整理工程發(fā)展回顧與展望—基于《農業(yè)工程學報》“土地整理工程”專欄2002—2020年刊載文獻的計量學分析[J]. 農業(yè)工程學報，2021，37(10)：307-316.

Wang Jinman, Yun Wenju, Bai Zhongke. Review and prospect of land consolidation and rehabilitation engineering in China-Based on the bibliometric analysis of the literature published amount in the “Land Consolidation and Rehabilitation Engineering” column of Transactions of the CSAE from 2002 to 2020[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(10): 307-316. (in Chinese with English abstract)

[24] Unal Z. Smart farming becomes even smarter with deep learning-A bibliographical analysis[J]. IEEE Access, 2020, 8: 105587-105609.

[25] 汪小飛，張家偉，劉鐵寧，等. 小麥抗倒伏研究動態(tài)追蹤—基于WoS和CNKI數(shù)據(jù)庫的文獻計量分析[J]. 中國農學通報，2022，38(5)：132-142.

Wang Xiaofei, Zhang Jiawei, Liu Tiening, et al. The dynamic tracking of wheat lodging resistance research: Bibliometric analysis based on Wos and Cnki database[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2022, 38(5): 132-142. (in Chinese with English abstract)

[26] 王淑強，青秀玲，王晶，等. 基于文獻計量方法的國際地理科學研究機構競爭力分析[J]. 地理學報，2017，72(9)：1702-1716.

Wang Shuqiang, Qing Xiuling, Wang Jing, et al. Analysis of competitiveness of international geographic institutes based on bibliometrics[J]. Acta Geographica Sinica, 2017, 72(9): 1702-1716. (in Chinese with English abstract)

[27] Singh R C, Singh G, Saraswat D C. Optimisation of design and operational parameters of a pneumatic seed metering device for planting cottonseeds[J]. Biosystems Engineering, 2005, 92(4): 429-438.

[28] Panning J W. Laboratory and field testing of seed spacing uniformity for sugarbeet planters[J]. Applied Engineering in Agriculture, 2000, 16(1): 7-13.

[29] Karayel D, Wiesehoff M, ?zmerzi A, et al. Laboratory measurement of seed drill seed spacing and velocity of fall of seeds using high-speed camera system[J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2006, 50(2): 89-96.

[30] Staggenborg S A. Effect of planter speed and seed firmers on corn stand establishment[J]. Applied Engineering in Agriculture, 2004, 20(5): 573-580.

[31] Maleki M R, Jafari J F, Raufat M H, et al. Evaluation of seed distribution uniformity of a multi-flight auger as a grain drill metering device[J]. Biosystems Engineering, 2006, 94(4): 535-543.

[32] Bracy R P, Parish R L. A comparison of seeding uniformity of agronomic and vegetable seeders[J]. Horttechnology, 2001, 11(2): 184-186.

[33] Anantachar M, Kumar P G V, Guruswamy T. Neural network prediction of performance parameters of an inclined plate seed metering device and its reverse mapping for the determination of optimum design and operational parameters[J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2010, 72(2): 87-98.

[34] Anantachar M, Kumar P G V, Guruswamy T. Development of artificial neural network models for the performance prediction of an inclined plate seed metering device[J]. Applied Soft Computing, 2011, 11(4): 3753-3763.

[35] Mao X, Yi S, Tao G, et al. Experimental study on seed-filling performance of maize bowl-tray precision seeder[J]. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 2015, 8(2): 31-38.

[36] Singh T P, Mane D M. Development and laboratory performance of an electronically controlled metering mechanism for okra seed[J]. Agricultural Mechanization in Asia Africa and Latin America, 2011 42(2): 63-69.

[37] Cay A, Kocabiyik H, May S. Development of an electro-mechanic control system for seed-metering unit of single seed corn planters Part II: Field performance[J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2018, 145: 11-17.

[38] Yazgi A, Degirmencioglu A. Measurement of seed spacing uniformity performance of a precision metering unit as function of the number of holes on vacuum plate[J]. Measurement, 2014, 56: 128-135.

[39] Lei X, Liao Y, Liao Q. Simulation of seed motion in seed feeding device with DEM-CFD coupling approach for rapeseed and wheat[J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2016, 131: 29-39.

[40] Karayel D, Barut Z B, ?zmerzi A. Mathematical modelling of vacuum pressure on a precision seeder[J]. Biosystems Engineering, 2004, 87(4): 437-444.

[41] Yu J, Liao Y, Cong J, et al. Simulation analysis and match experiment on negative and positive pressures of pneumatic precision metering device for rapeseed[J]. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 2014, 7(3): 1-12.

[42] Han D, Zhang D, Jing H et al. DEM-CFD coupling simulation and optimization of an inside-filling airblowing maize precision seed-metering device[J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2018, 150: 426-438.

[43] Zhang G, Zang Y, Luo X, et al. Design and indoor simulated experiment of pneumatic rice seed metering device[J]. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 2015, 8(4): 10-18.

[44] Liao Y, Wang L, Liao Q. Design and test of an inside-filling pneumatic precision centralized seed-metering device for rapeseed[J]. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 2017, 10(2): 56-62.

[45] St Jack D, Hesterman D C, Guzzomi A L. Precision metering of santalum spicatum (australian sandalwood) seeds[J]. Biosystems Engineering, 2013, 115(2): 171-183.

[46] ?nal ?, Degirmencioglu A, Yazgi A. An evaluation of seed spacing accuracy of a vacuum type precision metering unit based on theoretical considerations and experiments[J], Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 2012, 36(2): 133-144.

[47] 胡利勇. 基于普賴斯定律的圖書情報領域高被引論文核心要素測評[J]. 圖書館研究，2016，46(4)：113-117.

Hu Liyong. Analysis of highly cited papers in library and information science based on price's law[J]. Library Research, 2016, 46(4): 113-117. (in Chinese with English abstract)

[48] Hu M, Xia J, Zhou Y, et al. Measurement and calibration of the discrete element parameters of coated delinted cotton seeds[J]. Agriculture, 2022, 12(2): 286.

[49] Hu H, Zhou Z, Wu W, et al. Distribution characteristics and parameter optimisation of an air-assisted centralised seed-metering device for rapeseed using a CFD-DEM coupled simulation[J]. Biosystems Engineering, 2021, 208: 246-259.

[50] Gao X, Zhou Z, Xu Y, et al. Numerical simulation of particle motion characteristics in quantitative seed feeding system[J]. Powder Technology, 367: 643-658.

[51] Wang Y, Zhang W, Qi B, et al. Comparison of field performance of different driving systems and forward speed measuring methods for a wet direct seeder of rice[J]. Agronomy-BASEL, 2022, 12(7): 1655.

[52] Ding Y, He Xi, Yang L, et al. Low-cost turn compensation control system for conserving seeds and increasing yields from maize precision planters[J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2022, 199: 107118.

[53] Tang H, Xu C, Wang Z, et al. Optimized design, monitoring system development and experiment for a long-belt finger-clip precision corn seed metering device[J]. Frontiers in Plant Science, 2022, 13: 814747.

[54] Ren S, Yi S. Control mechanism and experimental study on electric drive seed metering device of air suction seeder[J]. Tehni?ki Vjesnik, 2022, 29(4): 1254-1261.

[55] Nikolay Z, Nikolay K, Gao X J, et al. Design and testing of novel seed miss prevention system for single seed precision metering devices[J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2022, 198: 107048.

[56] 李兆東，何順，鐘繼宇，等. 油菜擾動氣力盤式穴播排種器參數(shù)優(yōu)化與試驗[J]. 農業(yè)工程學報，2021，37(17)：1-11.

Li Zhaodong, He Shun, Zhong Jiyu, et al. Parameter optimization and experiment of the disturbance pneumatic plate hole metering device for rapeseed[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(17): 1-11. (in Chinese with English abstract)

[57] 程修沛，盧彩云，孟志軍，等. 氣吸型孔組合式小麥精密排種器設計與參數(shù)優(yōu)化[J]. 農業(yè)工程學報，2018，34(24)：1-9.

Cheng Xiupei, Lu Caiyun, Meng Zhijun, et al. Design and parameter optimization on wheat precision seed meter with combination of pneumatic and type hole[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(24): 1-9. (in Chinese with English abstract)

[58] 史嵩，劉虎，位國建，等. 基于DEM-CFD的驅導輔助充種氣吸式排種器優(yōu)化與試驗[J]. 農業(yè)機械學報，2020，51(5)：54-66.

Shi Song, Liu Hu, Wei Guojian, et al. Optimization and experiment of pneumatic seed metering device with guided assistant filling based on EDEM-CFD[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2020, 51(5): 54-66. (in Chinese with English abstract)

[59] Liu Y, Mi G, Zhang S, et al. Determination of discrete element modelling parameters of adzuki bean seeds[J]. Agriculture, 2022, 12(5): 626.

[60] Shi L, Zhao W, Sun B, et al. Determination of the coefficient of rolling friction of irregularly shaped maize particles by using discrete element method[J]. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 2020, 13(2): 15-25.

[61] Lei X, Hu H, Wu W, et al. Seed motion characteristics and seeding performance of a centralised seed metering system for rapeseed investigated by dem simulation and bench testing[J]. Biosystems Engineering, 2021, 203: 22-33.

[62] Mudarisov S, Badretdinov I, Rakhimov Z, et al. Numerical simulation of two-phase “Air-seed” flow in the distribution system of the grain seeder[J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2020, 168: 105151.

[63] Xu J Hou J Wu W, et al. Key structure design and experiment of air-suction vegetable seed-metering device[J]. Agronomy, 2022, 12(3): 675.

[64] Liu Z, Xia J, Hu M, et al. Design and analysis of a performance monitoring system for a seed metering device based on pulse width recognition[J]. Plos One, 2021, 16(12): e0261593.

[65] Xie C, Zhang D, Yang L, et al. Experimental analysis on the variation law of sensor monitoring accuracy under different seeding speed and seeding spacing[J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2021, 189: 106369.

[66] Kus E. Field-Scale evaluation of parameters affecting planter vibration in single seed planting[J]. Measurement, 2021, 184: 109959.

[67] Lu B, Ni X, Li S, et al. Simulation and experimental study of a split high-speed precision seeding system[J]. Agriculture, 2022, 12(7): 1037.

[68] 賈洪雷，陳玉龍，趙佳樂，等. 氣吸機械復合式大豆精密排種器設計與試驗[J]. 農業(yè)機械學報，2018，49(4)：75-86，139.

Jia Honglei, Chen Yulong, Zhao Jiale, et al. Design and experiment of pneumatic-mechanical combined precision metering device for soybean[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2018, 49(4): 75-86, 139. (in Chinese with English abstract)

[69] 王在滿，裴娟，何杰，等. 水稻精量穴直播機播量監(jiān)測系統(tǒng)研制[J]. 農業(yè)工程學報，2020，36(10)：9-16.

Wang Zaiman, Pei Juan, He Jie, et al. Development of the sowing rate monitoring system for precision rice hill-drop drilling machine[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(10): 9-16. (in Chinese with English abstract)

[70] 和賢桃，丁友強，張東興，等. 玉米精量排種器電驅PID控制系統(tǒng)設計與性能評價[J]. 農業(yè)工程學報，2017，33(17)：28-33.

He Xiantao, Ding Youqiang, Zhang Dongxing, et al. Design and evaluation of PID electronic control system for seed meters for maize precision planting[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(17): 28-33. (in Chinese with English abstract)

Trend analysis and prospects of seed metering technologies

Zheng Juan1, Liao Yitao1,2※, Liao Qingxi1,2, Sun Mai1

(1.,,430070,;2.-,,430070,)

Seed metering can be widely used to deliver the seeds or fertilizers from the hopper at selected rates during planting. However, it is still lacking in the quantitative and comprehensive analysis of the current technology of seed metering devices. In this study, a metrological analysis was systematically conducted on the existing literature on seed metering technology, in order to visualize the research trend, in terms of scientific research productivity, influence, and development power. The development of seeding technology was also summarized from the hot topics in recent years. The agricultural products were introduced from the domestic and foreign advanced agricultural machinery enterprises using frontier seed arrangement technology. Finally, the development trend was proposed from the industrialization application at present. The results showed that the seed metering technology was developed in a high-speed steady state. Much more scientific research output and influence in China were close to that in the United States. The high-impact journals included the,,, and. High-impact scholars and institutions were focused on the seed metering technology for the typical crops in different regions. As such, the seed metering technology was advanced to upgrade the mechanization level. The development trend of seed metering technology was gradually changed from single-topic research on the realization of functions into the in-depth exploration of vertical subdivision topics, such as mechanism optimization, mechanism analysis, and virtual simulation. The current research hotspots of seed metering technology were focused mainly on high-speed simultaneous seeding, seeding uniformity, DEM-CFD coupling simulation, control, and monitoring system. In addition, the high efficiency and performance equipment can be expected to be further developed in the application of seed metering technology, particularly for the new products of seed metering in the running stage. Emerging technologies, interdisciplinary integration, and innovative thinking can be applied to develop with high speed, performance, precise, digital, and intelligent aspects. This review can provide a strong reference to grasp the research status, development trend, and innovation of seeding machines.

agricultural machinery; seeder; seeding technology; research focus; trends; information visualization

10.11975/j.issn.1002-6819.2022.24.001

S223.2+3

A

1002-6819(2022)-24-0001-13

鄭娟，廖宜濤，廖慶喜，等. 播種機排種技術研究態(tài)勢分析與趨勢展望[J]. 農業(yè)工程學報，2022，38(24)：1-13.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.24.001 http://www.tcsae.org

Zheng Juan, Liao Yitao, Liao Qingxi, et al. Trend analysis and prospects of seed metering technologies[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(24): 1-13. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.24.001 http://www.tcsae.org

2022-06-16

2022-12-10

國家重點研發(fā)計劃項目（2021YFD2000403）；國家自然科學基金項目（51975238）；國家油菜產業(yè)技術體系專項（CARS-12）

鄭娟，博士生，研究方向為油菜播種技術與裝備。Email：zhengjuan@webmail.hzau.edu.cn

廖宜濤，教授，博士生導師，研究方向為現(xiàn)代農業(yè)裝備設計與測控。Email：liaoetao@mail.hzau.edu.cn