近期，农林科学领域的国际顶级期刊《Biosystems Engineering》正式刊登工程机械学院博士生赵良的学术成果“基于探地雷达信号的甘蔗收割机割刀高度控制方法”（Ground surface detection method using ground penetrating radar signal for sugarcane harvester base-cutter control）。Biosystems Engineering（生物系统工程）期刊自2002年创刊（Elsevier出版社），是农林科学领域的两大国际顶级期刊之一，主要发表工程和物理科学的研究论文，在中科院分区中为TOP期刊，影响因子5.002，其小类农业综合为一区、大类农林科学为二区，在农林科学领域具有广泛影响力。博士生赵良为论文第一作者，张军副教授和焦生杰教授为共同通讯作者，长安大学为第一署名单位，美国Clemson大学博士后研究员Ting Zheng为合作作者。

我国甘蔗主要种植在广西、云南等山地，田间存在地形不均和草石干扰，种植农艺要求甘蔗收割时切割的茎秆在土壤表面下5 厘米内，现有的甘蔗收割机难以满足农艺要求，导致甘蔗的机械化收割率在11%以下，迫切需要研究能够根据地形自动调整割刀高度的甘蔗收割机。现有的甘蔗地地面探测方法主要依靠接触设备来感知地形，这种机械反应缓慢，会损坏甘蔗植物。本文提出了一种利用探地雷达（GPR）快速、非接触式地感测地形的方法，实现了收割机割刀高度的自动控制。将 1.6 GHz 空气耦合 GPR 天线安装在压辊上，以测量地面与天线之间的垂直距离；建立GPR检测高度与刀具伸缩油缸长度的数学关系，通过改变油缸长度来调整刀具高度。分析采集的 GPR 信号实现地面层定位，并通过后处理技术增强空气和地面层之间的对比度，提高定位精度。为了评估 GPR 方法的穿透能力和准确性，模拟甘蔗田的极端条件，甘蔗茎被密集地放置在土壤表面用于穿透测试；系统研究了各个高地/坑洼的高度/深度、地面坡度和土壤含水量对探地雷达成像的影响。数值和室内结果证实了所提出的 GPR 方法可实现甘蔗地面的高精度检测；田间试验表明 GPR 成像可清楚可视化土壤表面。这项研究证明了基于 GPR 的方法在检测甘蔗田地表面方面的巨大潜力，可为自动甘蔗收割机制造提供地形感知。

图1 GPR探测土壤层的田间试验结果

（审核：李勉 责任编辑：冯延清）