科创中国

在广泛调研国内相关技术研究成果的基础上，结合籽棉收购环节籽棉回潮率与含杂率检测的实际需求，确定了采用融合机器学习与视觉成像等技术检测籽棉回潮率与含杂率，在此基础上，研制相关技术装备，实现籽棉回潮率与含杂率一体化、快速自动化检测。

在项目研发过程中，先后研制原理样机1套用于检测方法评定；研制试验样机1套进行试验验证；研制工程样机1套进行性能验证；截至目前，籽棉回潮率与含杂率快速检测装置已经在149团、146团、133团、222团、精河等26家棉花加工企业推广应用，应用范围覆盖兵团第八师、第十二师与自治区精河等地。

申报发明专利1项：一种收购环节机采籽棉水杂快速检测系统，申请号202010877583.1；取得授权实用新型专利1项，一种收购环节籽棉杂质快速评估装置，专利号ZL 2019 22071721.2；取得外观专利1项，籽棉回潮率与含杂率快速检测装置，ZL 2022 3 0593066.l；取得软件著作权登记1项，籽棉水杂快速检测系统V1.0，登记号2021SR1029590。

为了更好的规范籽棉回潮率与含杂率快速检测装置的研制、生产、检验与规范操作，先后制定了中国农业机械学会团体标准“TNJ 1323-2022 籽棉含杂率与回潮率快速检测技术规程”、“TNJ1324-籽棉收购信息采集技术规程”、郑州棉麻工程技术设计研究所企业标准“Q/MMS 017-2023 籽棉回潮率与含杂率快速检测装置”。

项目组及时对研究工作进行分析和总结，相关论文已发表农业工程、棉花加工等领域期刊上，扩大了籽棉回潮率与含杂率快速检测领域的知识传播和技术交流。发表的论文分别为：

（1）机采籽棉收购环节含杂率快速检测系统研制，农业工程学报，2021,37(06)。

（2）高光谱成像的机采籽棉杂质分类检测，光谱学与光谱分析,2021,41(11)。

（3）棉花回潮率检测技术研究现状与发展趋势，中国棉花加工， 2022(05)。

（4）籽棉回潮率快速检测装置设计与实现，中国棉花加工，2022(06)。

（5）棉花质量关键指标与检测技术方法研究，中国棉花加工，2021(04)。

（6）基于STM32的籽棉水杂快速检测设备控制系统设计，中国棉花加工,2020(06)。

1.建立基于机器学习与视觉成像的籽棉含杂率检测模型

开展基于机器学习与视觉成像的籽棉含杂率检测技术研究，检测籽棉杂质类型、杂质数量与杂质面积，研究杂质类型、杂质数量、杂质面积分布与籽棉含杂率的关系，建立了基于机器学习与视觉成像的籽棉含杂率检测模型，实现了籽棉含杂率的精准检测。

2.籽棉回潮率与含杂率一体化快速检测技术

开展籽棉回潮率与含杂率快速一体化检测技术研究，成功研制了籽棉回潮率与含杂率快速检测装置，实现了籽棉回潮率与含杂率的一体化、快速检测，填补了我国籽棉回潮率与含杂率集成一体化检测技术领域空白，整体技术水平处于国内领先地位。

项目提出的在籽棉收购环节采用机器学习与视觉成像等检测技术对籽棉回潮率与含杂率进行检测，通过智能化设备，一体化、快速自动化检测籽棉回潮率与含杂率，对于进一步提高棉花检测与收购效率、引导促进棉花产业质量提升都具有研究意义和实用价值。

（1）符合国家质检部门科技发展规划确定的重点领域与优先主题。国家质量监管部门科技发展规划中提出“在我国质检技术领域，形成一批具有自主知识产权的科学方法和技术体系，有效应对发达国家的技术性贸易壁垒；在我国纤维产品领域，破解纤维质量评价中的鉴别、检验技术等众多难题，促进纤维产业健康发展”。

（2）符合新疆自治区与兵团棉花产业发展政策导向要求。《2021年度自治区棉花目标价格补贴与质量挂钩试点实施方案》（新市监纤〔2021〕35号）与《兵团棉花质量提升行动工作方案》（新兵办发[2021]24号）中明确提出,“坚持优质优价导向,激发棉花实际种植者和新型经营主体质量意识，实施质量提升措施，持续推动提高兵团棉花品质，确保兵团棉花主要质量指标稳步提升，不断增强兵团棉花市场竞争力”，同时，也将有利于提高我国棉花整体质量，增强我国棉花的国际市场竞争力。

（3）有利于棉花加工企业提高籽棉品质检测与收购效率，规范籽棉收购与分级分类存放，引导棉花种植良性健康发展，帮助棉花企业合理安排加工生产，优化棉花加工质量，提高企业经济效益。

因此，籽棉回潮率与含杂率快速检测装置的研制符合了国家与质检部门科技发展规划，有利于提高籽棉检验与收购效率，推动实现“优棉优价，优质优补”，促进棉花产业健康有序与高质量发展。

石河子大学机械电气工程学院现有教职工110人，其中，中国工程院院士1人，国务院政府特殊津贴专家9人，国家中青年科技人才1人、教育部新世纪优秀人才2人，国家科技创新人才1人；自治区有突出贡献专家1人，兵团有突出贡献专家1人，省级教学名师1人，兵团英才13人，农业部农业工程类高级专家6人。学院拥有农业部西北农业装备重点实验室、绿洲特色经济作物生产机械化教育部工程研究中心、新疆兵团农业机械重点实验室和新疆兵团农业机械检测中心。近几年重点围绕新疆棉花等特色经济作物开展相关农业装备的研究，获批国家科技支撑、国家863项目、国家自然科学基金等省部级以上项目90余项，获兵团科技进步一等奖2项，二等奖8项，三等奖7项，同时依靠“211工程”学科建设和重点实验室建设经费，建成了包括采棉机收获实验平台、籽棉残膜分离实验平台、农业物料空气性能测试实验平台等多个专业实验平台，具有良好的实验基础条件。

中华全国供销合作总社郑州棉麻工程技术设计研究所是国内专业棉花加工技术与设备研究机构。承担了“十一五”国家科技支撑计划重点项目中的“棉花加工关键设备状态数字化监测技术研究开发”课题、“十二五”国家科技支撑计划项目“棉花产后增值关键技术装备研发与产业化示范”、“十四五”国家重点研发计划“棉花智能调湿关键技术及装备研发与示范”，以及《储备棉自然变异研究》、《我国棉花贸易中关键检测指标的研究》、《我国棉花基本色征的研究》等国家公益研究和国家基础类课题。研制成功各型籽棉干燥机、籽棉加湿机、皮棉加湿机、棉花轧工质量分级仪、皮棉在线回潮率检测装置等基础装备，具备研发棉花加工智能调控系统的技术能力，已经申请并授权了多项技术发明专利，具有开展相关技术装备研发与工程应用的基础。

（一）经济效益

籽棉回潮率与含杂率快速检测装置应用，对棉花加工企业来说，日均棉车检验量可达200辆以上，能有效提高籽棉收购效率，降低棉花回潮率预检测人员劳动强度。以往棉花回潮率预检测人员一般需要2-3人，使用籽棉回潮率与含杂率快速检测装置后，只需1人操作设备即可完成，有效弥补估验籽棉含杂率的不足，能有效提高收购效率，同时降低人员费用，进而降低经济支出。

截止目前，截至目前，籽棉回潮率与含杂率快速检测装置已经在149团、146团、133团、222团、精河等26家棉花加工企业推广应用，应用范围覆盖兵团第八师、第十二师与自治区精河等地，研制阶段每套生产、运输、安装、调试成本10万元，实际销售单价15万元，单台利润5万元。项目总投资10×26=260（万元），按照16%的增值税税率计算，新增税收5×15×16%=13.6（万元）；新增利润390-260-13.6=116.4（万元）。我国棉花加工企业按1000家的规模测算，按市场占有率50%粗略计算，未来本项目产品的市场需求量在500套左右，市场价值可达7500万元左右的规模，经济效益显著。

（二）社会效益

籽棉回潮率与含杂率快速检测装置的研发与应用，符合目前我国棉花收购和加工设备调控的实际需求，为实现收购全程电子化、信息化奠定了基础。本装置能实现籽棉回潮率自动预检测，解决了手持式回潮率检测仪劳动强度大的问题，极大的提高了籽棉收购参数仪器化鉴别的水平；本装置实现了籽棉回潮率检测结果自动辨别，可有效避免棉花在收购过程中的人为因素，降低“人情棉”现象，极大地提高了籽棉收购环节的公正、公平、公开，其优势将逐步被市场认可。随着籽棉回潮率与含杂率快速检测装置的进一步推广与应用，将极大提高提高籽棉收购环节棉花品质检测与收购效率，必将助推兵团团场综合体制改革、提升我国棉花收购加工检验技术水平。

籽棉回潮率与含杂率快速检测装置整体性能优良，操作简单，价格低廉，适合我国国情。本装置采用机器视觉检测，通过图像处理算法自动判别棉花含杂率指标，有效弥补收购环节棉花含杂率高效检测设备的缺失，便于籽棉回潮率与含杂率的快速检测与定价。解决了棉花质量快速鉴别与籽棉收购效率提升的难题。通过本项目的实施，将建立具有完全自主知识产权的籽棉回潮率与含杂率快速检测系统，这有利于提升棉花检验与收购智能化技术水平，有力保障棉花生产加工提质增效，保障新疆棉花产业高质量发展。

籽棉回潮率与含杂率快速检测装置能够一体化、快速自动化检测籽棉回潮率与含杂率，辅助棉花加工企业进行快速籽棉评价与公平公正交易，使用期间，工作稳定、运行情况良好。具体如下：（1）该装置现场安装、使用和维护方便，工作性能稳定，能够满足目前籽棉回潮率与含杂率快速检测需求。（2）该装置稳定可靠、科学合理、检测精度高，能够有效提高棉花检验与收购效率，对籽棉收购工作具有较好的指导作用。此产品能够通过校企合作，加速产品落地转化，将科学研究成果应用于产业实践，从而推动产业创新和经济发展。