基于改进纯追踪模型的农机路径跟踪算法研究

为提高农机作业时直线行驶的精度,提出了一种基于改进纯追踪模型的农机路径跟踪算法。在建立了运动学模型和纯追踪模型的基础上,对农机直线跟踪方法进行研究;针对GPS导航精度易受噪声干扰的问题,通过卡尔曼滤波对航向误差以及横向误差进行了平滑处理,以获取更高精度的航向误差和横向误差;为提高纯追踪模型的自适应能力,以横向误差和航向误差的均方根误差为基础,构建适应度函数,并设计了权重函数,采用横向误差作为主要决策参数,通过粒子群优化(Particle swarm optimization,PSO)算法实时确定纯追踪模型中的前视距离;为使粒子群减少计算时间、尽快进行局部搜索,对PSO算法中惯性权重系数进行了改进。以东方红1104-C型拖拉机为试验平台,设计了农机自动导航控制系统,进行了农田播种试验。结果表明:当农机行驶速度为0.7 m/s时,采用基于改进纯追踪模型的农机路径跟踪算法,直线跟踪的最大横向误差为0.09 m;当行驶距离超过5 m后,最大横向误差为0.02 m,该算法能够有效地提高农机作业时的直线行驶精度。     

大数据运作平台下的植保机作业布局研究

为进一步提升无人植保机应用的合理性与高效性,以大数据运作平台技术为支撑,针对其作业布局展开研究。通过系统分析植保机作业过程与主要控制组件,根据田间飞行作业特点,确定系列核心控制参数,并依据大数据布局内部算法分配规则建立大数据运作模型。同时,考虑各系统模块的数据耦合性,生成大数据运作平台下的植保机作业布局并进行试验,结果表明:在各自占空比一定条件下,喷洒流量在0.3~0.6L/min波动时,所获取的流量误差控制在6.33%~15%;选取关键对比控制参数,较一般作业布局状态而言,基于大数据平台作业布局下的植保机续航能力可提升7.79%,试验效果良好。该布局优化充分提高了植保机的作业效率,可为类似农机系统布局提供改善思路。     

基于PEST的MODFLOW-HYDRUS耦合模型参数优化

为实现饱和、非饱和带水分运动耦合模型参数的有效率定,以内蒙古河套灌区永联试验区的地下水位、土壤含水率实测数据为基础,选用MODFLOW-HYDRUS耦合模型,采用试错法与PEST优化算法相结合的方法,对水文地质参数和土壤水力参数进行优化。优化结果表明:通过PEST算法进行参数优化后,耦合模型模拟精度有所提高,决定系数提高了2%~35%,纳什系数提高了6%~11.3倍,均方根误差减小了5%~20%,标准化均方根误差减小了5%~20%。其中验证期土壤含水率的各项评价指标提高或减小的幅度均为最大,决定系数、纳什系数、均方根误差和标准化均方根误差变化幅度分别为35%、11.3倍、20%和20%。     

拖拉机作业载荷数据平台设计与旋耕作业质量预测

针对拖拉机田间试验数据不足、机组作业质量无法实时评估与准确预测的问题,设计了涵盖多参数、多工况的车载测试终端,构建了全国范围的田间作业试验拖拉机作业载荷数据平台系统,以获取拖拉机各关键零部件的田间作业载荷数据。在此基础上,研究了准确预测、评价拖拉机田间旋耕作业质量的智能算法,为产品研发、性能预测以及作业评估提供全面的基础数据与可靠的预测结果。基于农业大数据,融合BP神经网络与遗传算法对数据平台基础作业载荷进行分类挖掘,预测评价了拖拉机田间旋耕作业质量,结果表明,基于遗传算法的神经网络预测精度高达96.77%,均方根误差(RMSE)小于0.01,说明拖拉机作业载荷数据平台的基于遗传算法的神经网络预测模型可准确预测评价拖拉机田间旋耕工况的作业质量。     

基于大数据的农业机械作业自动化测量仪优化应用

大数据技术的发展和普及,在提高农业生产效率和质量方面具有巨大潜力,而农业机械作业自动化测量仪作为关键的农业智能装备,具有采集、处理和分析农田及作物信息的重要功能。研究团队通过系统分析农业机械作业自动化测量仪的发展历程及大数据的应用现状,提出了农业机械作业自动化测量仪的优化思路,即数据预处理与清洗优化、大数据分析与智能决策优化、优化算法应用以及系统架构与设计优化等方面。最后,从智能化、数据共享与农业信息化整合、可持续发展和绿色农机作业以及区块链技术的应用等角度展望了基于大数据的农业机械作业自动化测量仪的未来发展方向。     

农机远程智能管理平台研发及其应用

本研究针对农机管理实时数据少、农机实时作业监管困难、服务信息不对称等问题,首先提出专业化远程管理平台设计时应具有五大原则：专业化、标准化、云平台、模块化以及开放性。基于这些原则,本研究设计了基于大田作业智能传感技术、物联网技术、定位技术、遥感技术和地理信息系统的可定制化的通用农机远程智能管理平台。平台分别为各级政府管理部门、农机合作社、农机手、农户设计并实现了基于WebGIS 的农机信息库及农机位置服务、农机作业实时监测与管理、农田基础信息管理、田间作物基本信息管理、农机调度管理、农机补贴管理、农机作业订单管理等多个实用模块。研究着重分析了在当前的技术背景下,平台部分关键技术的实现方法,包括采用低精度GNSS定位系统前提下的作业面积的计算方法、GNSS定位数据处理过程中的数据问题分析、农机调度算法、作业传感器信息的集成等,并提出了以地块为核心的管理平台建设思路;同时提出农机作业管理平台将逐步从简单作业管理转向大田农机综合管理。本平台对同类型管理平台的研发具有一定的参考与借鉴作用。     

拖拉机功率与深松作业效率关系研究

为了研究农机实际作业过程中的农机功率与深松作业效率之间的关系,以山东省深松作业为研究对象,选取323台福田雷沃重工生产、功率范围为52. 20～197. 61 k W、装载农机深松作业远程监测终端的拖拉机,采集2015年4月到2017年4月之间深松作业运行轨迹数据37 981条,计算深松作业面积、作业时间和效率。将数据集按照无放回抽样方法分为建模集(80%)和验证集(20%),通过线性回归分析,建立了基于拖拉机功率的深松作业效率模型,拖拉机功率与深松作业效率有明显的线性关系,其R~2达到0. 914 7,均方根误差为0. 168 4 hm~2/h,模型验证结果均方根误差为0. 339 6 hm~2/h。拖拉机作业效率模型可为拖拉机服务组织在拖拉机作业时间窗口条件下进行拖拉机作业的合理调度与分配提供科学依据。     

基于变前视距离的四轮同步转向农机改进纯跟踪控制

路径跟踪控制是提高自主导航系统控制精度的关键。针对在复杂农田作业环境下转弯时纯跟踪算法跟踪精度不高的问题,本文提出了一种基于改进纯追踪模型的四轮同步转向农机路径跟踪控制算法。建立了基于四轮同步转向农机的运动学模型和纯跟踪模型,在此基础上考虑航向误差得到改进纯跟踪模型,进行RTK定位坐标修正,根据量化误差的评价函数搜索前视区域最优目标点,得到最优前视距离。本文算法能实时确定四轮同步转向农机改进纯跟踪模型中的前视距离,使航向误差和横向误差最小化,实现目标点的自适应优化。仿真结果表明,本文方法转弯时平均绝对横向误差减至0.035m,平均绝对航向误差减至0.212°;水田实验结果表明,当四轮同步转向农机作业速度为3.6km/h时,四轮转向农机轨迹跟踪平均绝对横向误差减至0.109m,平均绝对航向误差减至2.799°,转弯跟踪精度显著提高。     

农机作业路径规划策略研究 —基于智慧农机大数据平台

针对我国农机跨区作业中存在的信息不对称、缺少有效农机调度手段等现状,建立了基于"互联网+"的农机作业信息服务平台,通过研发的手机APP、农机智能采集终端,实现了信息智能无缝对接,解决了农机服务产业链中信息不对称的问题。针对多机多地块作业调度问题,分析了基于智慧农机大数据平台的农机作业路径规划模型,设计了基于单位时间平均作业收益最大的优化调度算法,通过智能分单方式为农机大户或农机合作社的多台农机提供最优作业区域和行驶路线。试验结果表明:所提出的算法不仅确保了作物作业及时高效地完成,同时提高了作业收益,减少了作业成本。     

基于蚁群算法的多机协同作业任务规划

为了实现对农田动态环境中多机协同导航作业的调度管理,开展了基于蚁群算法的多机协同作业任务规划研究。将多机协同作业任务规划分为2个环节:任务分配和任务序列规划。首先,采用全局与局部相结合的方法,综合考虑路径代价和任务执行能力,建立了多机协同作业任务分配模型;然后,通过对比分析任务序列规划问题和旅行商问题,利用蚁群算法建立了农机作业的任务序列规划模型;最后,利用Matlab平台对基于蚁群算法的任务序列规划进行了仿真试验,根据涿州试验农场的实际地块信息,设置多组不同的任务集合,分析蚁群算法优化路径、各代最佳路径长度和平均长度以及适应度进化曲线。仿真结果表明,基于蚁群算法进行任务序列优化可以有效地降低路径代价,提高作业效率,算法运行时间均小于1 s,满足多机协同作业的实时性需求。     

关于地理空间数据整合与持续高效更新存在的问题分析

文章针对当前地理空间数据整合与持续高效更新所存在的问题,在地理空间数据更新中引入了“数据同化”这一思想和概念,对持续高效更新存在的问题及“地理空间数据同化”的涵义和关键技术进行了论述.     

基于GEE云平台和数据融合的地表覆盖产品制作方法

地表覆盖产品是地理国情监测、生态系统评估、国土空间规划等活动的重要基础数据。GEE、PIE、微软行星云等遥感计算云平台具备丰富的数据源和强大算力。利用GEE云平台融合多套公开产品制作训练样本,可以显著降低产品更新的成本和周期,具有重要研究价值。本文以淮河流域为例,将欧洲航天局(ESA)和美国环境系统研究所(ESRI)存储在GEE平台上的2020年分辨率10 m地表覆盖产品作为训练样本数据源,选用Sentinel-1雷达和Sentinel-2多光谱影像构建特征空间,利用随机森林分类方法制作分辨率10 m的地表覆盖产品。为验证方法效果,进行了2组对比实验。实验1随机抽取1 116个公开产品类别一致的样点作为训练样本,并通过目视解译方式验证本文产品与多套公开产品的精度。结果显示,本文产品总体精度为80.35%,相较于公开产品的总体精度提升2.89～8.94个百分点,局部刻画也更加精细;在Sentinel-2基础上加入雷达影像,总体精度提高3.52个百分点,雷达影像辅助效果明显。实验2设置8组不同数量的训练样本,并分别以人工判读、ESA、ESRI、DW、GlobeLand30为参考数据源,研究...     

水产养殖大数据技术研究进展与发展趋势分析

水产养殖对象特殊、环境复杂、影响因素众多,精准地监测、检测和优化控制极其困难。大数据技术结合数学模型,把水产养殖产生的大量数据加以处理和分析,并将有用的结果以直观的形式呈现给生产者与决策者,是解决上述难题的根本途径。本文主要对水产养殖大数据技术研究进展与发展趋势进行了深入剖析,提出了水产养殖业大数据技术的总体架构;分析了水产养殖大数据的来源和获取手段,重点总结了几种水产养殖大数据分析技术的研究进展和现有水产养殖大数据平台及其提供的应用服务;最后针对水产养殖与大数据技术结合过程所面临的困难与挑战,从实现全面感知、全产业链数据智能分析与自动决策、水产养殖大数据标准体系建设等方面提出水产养殖大数据技术的发展方向。数据是根本,分析是核心,利用大数据技术提高水产养殖综合生产力和效益是最终目的,应深度挖掘现实需求,整合水产养殖全产业链数据,加强基础理论和核心关键技术研究,从而推进大数据技术与水产养殖产业的深度融合,支撑我国水产养殖业彻底转型升级。     

中国饲料营养大数据分析平台研制

饲料粮缺口的逐渐加大,导致中国饲料粮安全问题逐步转化为粮食安全问题。因此,全面整合饲料营养基础数据资源,提高一切可利用饲料资源的营养价值,成为中国今后长期保障国家粮食安全的技术措施之一。本研究依据16类中国饲料原料描述规范和属性数据标准,全面用数字化模式收集整理了自“六五”至“十三五”期间累积的50万条以上已有饲料资源的种类、空间分布、饲料成分含量及营养价值特性数据,利用MySQL网络数据库及PHP程序语言,开发了新一代饲料营养大数据分析平台（http：//www.chinafeeddata.org.cn/）并提供Web数据共享功能。首先,平台提供所有入库数据的可视化分析,可实现单个或多个饲料多种养分和多种图形模式的直观比对。通过二维码技术提供所有饲料营养属性数据及饲料实体样本溯源数据的移动端实时分享与下载服务。其次,平台构建了通过已知饲料概略养分在线预测其他有效养分的回归模型,为饲料原料养分变异提供动态分析。最后,平台基于地理信息系统技术,将饲料概略养分和主要矿物元素含量数据与其所处的地理位置分布相结合,实现了饲料营养数据地理信息图谱的分布查询及对比分析,同时提供各种数据的下载方式,为已有饲料数据的全面应用带来便利。研究表明,拓展饲料资源数据并提供饲料养分的预测分析模型,可最大化利用已有饲料养分数据的价值,进一步嵌入各类饲料配方的网络计算模块,可以达到饲料营养数据的一站式服务及数据的最大化升值服务。     

本体在村级数据资源共享中的应用研究

针对多源、异构农业农村数据资源难以有效地相互理解和共享利用的问题，本文提出了一种基于本体论的数据组织方法，从村级数据资源组织和共享的角度出发，探讨如何构建所需的本体的方法路径，基于案例试验阐述了如何将本体应用于村级数据资源的组织、共享，以及将基于规则的本体推理应用于村级数据资源开发利用，最后提出了本体在农业农村数据资源管理、共享、挖掘中的应用场景展望。     

基于SVC和过采样的类别非均衡农业高光谱数据分类

系统研究了农业高光谱数据中少数类的分类质量问题。为了提升少数类的分类质量,提出采用过采样SMOTE技术增加少数类新样本,同时研究了SMOTE技术中新样本生成策略和少数类采样倍率对高光谱数据中少数类分类结果的影响,以及不平衡数据集上分类器与模型的匹配度。在新的采样数据集上采用多类分类SVC技术对少数类分类,提升了非均衡高光谱数据集中少数类的分类质量。在真实数据集上进行了试验验证,并对不同的分类方法和系统参数进行了试验对比和分析,结果表明,本文方法能够显著地提高非均衡高光谱数据中少数类分类效果,平均分类精度不小于0. 82,平均召回率提升幅度为11. 11%～26. 15%,F1提升幅度为5. 81%～40. 85%。     

基于关联数据的农业信息空间数据组织研究

介绍了农业信息空间、关联数据和RDF格式的内涵与应用研究现状,以及农业信息空间下基于关联数据的知识资源组织方式和机制原理,提出了基于关联数据的知识资源发布应用模式和资源服务方式,有利于更好地扩展知识资源的内容,提升知识资源的发现服务,为我国关联数据的理论研究和应用实践提供一定的参考。     

农机数据采集传输系统的设计与实现——基于CAN总线

随着CAN总线的发展应用,越来越多的农业机械开始装备使用CAN总线,采集农机CAN数据对于农机作业运行及故障维修的应用研究具有重要意义。农机CAN总线数据采集传输系统,能够实时采集、解析、传输农机CAN总线数据信息,且可将数据传输到PC机进行数据处理和数据分析。为此,详细介绍了基于单片机、CAN控制器及CAN收发器的农机CAN总线数据采集传输系统,并给出了硬件设计和软件实现。试验表明:该系统将发动机转速、油耗、经纬度、高程等数据解析并传输存储,在实际应用过程中,系统可靠性好,信息准确、运行正常。     

拖拉机经济寿命计算数据的获取及处理-以东方红1002型为例

作为农业生产主要动力的拖拉机,其更新关键依据就是经济寿命。一个再好的拖拉机经济寿命计算模型,如果没有真实、可靠的数据,也是枉然。因此,有必要对拖拉机经济寿命计算数据的获取及处理进行探讨,并以数理统计的观点介绍了拖拉机主要技术经济指标的获取及处理方法,建立了数据获取及数据处理模型,为拖拉机经济寿命计算和效益分析奠定基础。     

商业化肉牛繁育大数据平台设计与关键技术

针对当前中国肉牛繁育管理水平和信息化智能化水平不高等问题,本研究借鉴国际先进肉牛养殖国家的经验,建立了适合中国的商业化肉牛繁育大数据平台。该平台主要完成肉牛种质信息资源的整合,在线自动测定肉牛关键繁育性状,全程服务支撑肉牛繁育过程,形成肉牛种质资源大数据分析决策,并实现肉牛联合育种创新模式。本文详细介绍了商业化肉牛繁育大数据软件平台开发思路,包括数据中心的实现、软件平台前端开发技术和后端开发技术等,并总结了该平台的关键技术创新和模式创新内容,包括肉牛种质资源与良种管理系谱深度挖掘技术,非接触式繁育性状自动获取评价技术,以及多源异构信息融合提供智能决策支持等,为中国肉牛种业发展提供可持续发展的信息化解决方案,以促进肉牛育种整体水平的提高。