智慧果园构建关键技术装备及展望

传统果园生产中面临着人口老龄化带来的劳动力短缺、农机作业装备与生产资料管理困难、生产效率低下等问题,通过建设融合物联网、大数据、装备智能化等技术的智慧果园,可有望解决上述问题。为应对北京市农业现代化建设需求、引领中国农业发展方向,基于桃、梨果园全程机械化、智能化管理等目标,本研究在北京市重要的桃、梨等优势果品产区——平谷区峪口镇西营村构建了约30 hm²梨与桃的智慧果园。果园中应用了10多种病、虫、水、肥、药的各类信息获取传感器,装备了28种机械化、智能化技术支持的农机装备,采用的关键技术包括智能信息获取系统、水肥一体管理系统以及病虫害智能管理系统,智能作业装备系统包括无人驾驶割草机、智能防冻机、开沟施肥机、自动驾驶履带智能仿形变量喷雾机、六旋翼枝向对靶无人机、多功能采摘平台以及整理修剪机等。同时,在果园中还构建了智能管理平台。经比较发现,智慧果园生产模式可减少人工成本50%以上,节省农药用量30%～40%、肥料用量25%～35%、灌溉用水量60%～70%,综合经济效益提升32.5%。智慧果园的推广实施将进一步推动中国果业生产水平的提高,促进中国智慧农业的发展。     

小规模智慧果园系统设计

近年来,随着物联网技术和信息技术的高速发展,果园智慧化已成为当今理论界和实践界的热点话题。针对我国果园存在规模小、种植技术机械化及智能化程度低、生产效益低等问题,在智慧农业背景下,将物联网、通信网络及数据库等技术运用到小规模智慧果园的信息采集、信息传输、信息处理和用户功能的系统设计中,可实现果园规模化、智慧化和高效化。该智慧果园系统设计对于整合果园生产资源、优化经营方式、降低果园生产成本和推动果园产业升级具有重要意义,可为果农种植管理提供帮助。      

空天地一体化智慧果园平台设计与应用

传统果园缺乏科学管理和数据采集,管理效率低、人力成本高,多依靠经验和看天吃饭,难以保障果品和产量的稳定性。本文设计的空天地一体化智慧果园平台,可帮助传统果园改造升级为智慧果园。平台采用分层架构和基于数据服务中台的技术架构进行设计,将物联网、大数据、遥感卫星等信息技术与果园生产管理深度融合,对果园开展立体化数据监测;结合农技农艺科学指导果树生产,开发了智慧果园应用系统为果园生产全面赋能。该平台已在广东茂名荔枝果园成功示范应用,实现了从传统果园向智慧果园的升级。     

果园智能化作业装备自主导航技术研究进展

果园生产管理主要包括喷药、施肥、割草、修剪、授粉、疏花和采收分级等作业环节,需要大量的人力投入,随着我国人口老龄化程度加剧,亟需果园生产管理由机械化向智能化转型升级。自主导航技术是果园机械化装备实现智能化的关键技术。本文围绕果园智能化作业装备导航控制需求,结合国内外研究现状,分别阐述了包含导航定位信息和障碍物信息的果园作业场景感知技术,导航地图构建、导航路径提取和路径规划技术,行走底盘运动学模型构建、运动控制技术,多机协同控制、远程交互控制技术等。随着智慧农业发展,智慧果园已成为果园未来发展方向,果园智能化作业装备是智慧果园建设必不可少的关键环节,在此基础上,归纳了我国果园智能化作业装备自主导航技术发展面临的问题为：环境感知能力不足、路径提取不稳定、局部路径规划不灵活、导航系统环境适应性欠缺、多机协同和远程控制不成熟等,提出了多传感器融合的环境感知与路径提取、完整路径规划、强通用性果园导航、大型果园多作业环节的多机协同与远程操作等未来发展方向。     

丘陵果园自然环境下柑橘采摘机器人设计与试验

智慧果园是未来果园行业发展的趋势,智能化果实采摘是发展智慧果园的关键问题。为实现智能化果实采摘,本文搭建了一种适用于丘陵果园矮化栽培模式下的柑橘采摘机器人系统。针对丘陵果园垄间地面凹凸不平,存在地形倾斜角0°~20°,设计了一种自适应调平平台保持机械臂基座水平;通过视觉系统获取多幅点云图像建立果树的三维点云模型,获取果实位置信息;为避免采摘时造成果实损伤,结合柑橘类水果的采摘特点,设计了一种剪切夹持一体化的末端执行器完成柑橘采摘。针对果园自然环境的主要扰动因素（风和光照）进行分级,设置10组对比试验,结果表明：在低光照或正常光照条件下,平均果实定位准确率为82.5%,末端执行器夹取成功率为87.5%,平均采摘时间最短为12.3s/个;高光照条件下平均果实定位准确率为72%,末端执行器夹取成功率为80%,平均采摘时间最短为12.5s/个。     

作物数字图像远程实时获取方法研究

作物图像获取方法是应用计算机视觉技术监测作物长势的首要问题。为此,对作物数字图像远程实时获取方法进行了研究。研究的作物数字图像远程实时获取系统由图像获取设备、下位机、数据传输系统、Web服务器和客户端等部分组成,包括用户管理与系统维护、数据库管理、图像获取与设备控制和数据处理与发布4个功能模块。系统利用带无线传输功能的数码相机和高清晰网络工业相机作为作物数字图像获取设备,并给出了图像获取设备的5种安装形式:移动车载、固定形式、滑动导轨、云台和综合形式;系统在图像获取设备到下位机之间采用有线或微波无线的传输方式,从下位机到Web服务器再到客户端采用Internet网络连接,通过增加带宽可以显著提高图像信息的传输速率;系统利用直接存取法建立作物图像数据库,并利用Web信息系统实现了作物图像信息的实时发布。     

GIS技术在大面积种植管理系统中的应用

基于GIS技术构建一种大面积种植信息管理与服务系统，旨在实现管理区域内的种业种植信息、农业政策法规、市场需求信息以及作物种植可行性分析判断。系统测试结果表明：种植信息管理与服务系统可根据区域内的气候条件、降水量以及光照条件进行作物种植可行性分析判断，对大面积种植过程中的精准化产业布局具有指导意义。     

智慧农业温室管控系统研究

【目的】目前温室管理大多采用人工管理,普遍存在耗时费力、风险不可预估、设施易损坏等情况,针对甘肃河西地区农业生产特点,设计了基于物联网、互联网技术的智慧农业温室管控系统。【方法】该农业温室管控系统将物联网、互联网技术应用其中,依托各种传感器和无线通信技术,实现数据采集、存储、传递和分布式精准控制与可视化管理;利用多种传感器采集温室温湿度、土壤墒情等环境数据,结合科学种植方案、天气因素等,提供温室卷帘、通风、补光、喷淋等设备的远程控制功能;同时,该系统提供的天气预警、农业专家资讯、不同作物科学种植方案、历史数据存储查看、温室工作人员考勤等功能,可为温室作物种植的精准管控提供保障。【结果】该温室管控系统每天平均节约卷放帘时间1.8 h,增加光照时间2 h,提高育苗产量9%,提高出苗率8%,节约用药量65%,一个100 m2标准温室节省人力2.5个,年平均节约费用0.6万元,减少肥料用量50%,减少用水量40%。【结论】该系统可提高温室种植的智能化精准管理水平,实现科学种植,提高作物种植品质,减少人力成本,降低生产风险,农户可做到足不出户智能化管理,远距离实时查看温室内情况,调控现场设备,应...     

基于无线传感网的苹果精准管理专家系统研究

根据苹果种植精准管理的要求,基于无线传感器网络技术设计开发一套苹果精准管理专家系统。该系统可实现对果园的远程监控,图形化显示果园环境因子数据;结合专家知识,建立数学模型,可完成预测决策功能;进行果园日常管理的信息维护、资料查询．并具有良好的可扩展性。     

果园喷药机智能管控平台的建设研究

分析了我国果园喷药机以及农业智能管控平台的相关研究现状。从喷药机自身性能、果园种植管理标准及配套设施等方面指出了当前喷药机智能化管控平台建设存在的问题,给出了对应的建议,提出建设果园喷药机智能管控平台的初步方案,以期实现果园喷药全程自动化、智能化管理,提高喷药效率与农药利用率,实现经济与环境的可持续发展。     

物联网管理应用系统在苹果产业链的应用——以甘肃静宁苹果产业为例

利用物联网技术优势构建了苹果产业链物联网管理应用系统，实现苹果产业链状态监测、管理过程控制、模拟预测和咨询服务。采用对比分析法研究了需要解决苹果种植质量控制的问题:应用物联网、大数据、区块链、云计算技术对果园进行管理过程状态监测，通过智能精准管理提高苹果质量，合法保护苹果及苹果加工产品的地理原产地。结果表明，物联网技术应用可以加速苹果产业链大数据整合与共享，降低人工投入成本，通过新一代信息技术推动苹果产业高质量发展。      

OPC技术在智能化农业监控系统中的应用

在某智能化农业系统中,使用OPC技术将iFIX组态软件监控的蔬菜温室大棚系统,以及组态王软件监控的智能养殖系统的数据统一传输到总控室。该技术能够在总控室实时监测蔬菜温室大棚系统的温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度等,同时监测温室大棚内部各类辅助设备状态信息及作物生长状况信息;又能在总控室实时监控到智能养殖系统自动上料机、自动清粪机、供氧机、通风设备、灯具等的参数信息,为提高种植技术、养殖状况改良提供数据依据。依此来阐述OPC技术在智能化农业系统中的应用,给智能化农业的发展提供可靠的通讯方式支持。     

家庭式微植物工厂监控系统设计

为了解决家庭阳台种植作物过程中湿气重、难控制的问题，提出了家庭式微植物工厂。它是密闭式的，利用智能化控制技术使作物进行自我调节，采用层结构设计及配套环境监测装置。监测系统是以无线传感技术、控制技术和多传感器融合技术为核心；以STM32为核心控制单元；以上位机为终端实时显示系统内环境参数的家庭种植环境监控设备。系统实现了微型植物工厂内部温湿度、光照等多个环境因子的实时显示和精确控制，具有较高的实用性。      

基于两线解码技术的水肥一体化云灌溉系统研究

针对传统设施农业水肥利用效率低、信息采集量少、数据挖掘利用弱等问题,设计了基于两线解码技术和云计算的设施农业水肥一体化智能云灌溉系统,包括智能云灌溉控制系统、全自动水肥一体机和高效节水灌溉系统3部分。该系统通过两线解码技术,利用各种传感器实时采集各单个设施农业作物生长环境的参数信息,并将各类采集数据及时传输和存储于数据管理云平台,根据设施农业种植区采取的环境信息和作物的需水需肥规律,利用云集群的计算和分析能力,科学确定设施农业中不同环境条件下作物生长的水肥需求和灌溉施肥制度,实现水肥一体化的智能控制。通过2个设施农业种植基地的应用实例表明,相比传统灌溉方式,水分和肥料的利用率分别提高了25%~40%和15%~35%,并且大幅度减少了劳动时间和劳动力。     

OPC技术在智能化农业监控系统中的应用

在某智能化农业系统中,使用OPC技术将iFIX组态软件监控的蔬菜温室大棚系统,以及组态王软件监控的智能养殖系统的数据统一传输到总控室.该技术能够在总控室实时监测蔬菜温室大棚系统的温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度等,同时监测温室大棚内部各类辅助设备状态信息及作物生长状况信息;又能在总控室实时监控到智能养殖系统自动上料机...     

荔枝园智能灌溉决策系统模糊控制器设计与优化

为解决荔枝园灌溉中水资源浪费严重的问题,根据现有装备条件,设计了基于无线传感器网的模糊专家决策系统,并对系统的模糊控制器进行优化以提升系统整体性能。该系统通过网关节点实时接收来自传感器节点采集的荔枝园环境信息,选择土壤实测含水率与预设土壤最佳含水率的误差及其变化率作为决策因子,得出预测灌溉值等决策结果。通过Matlab仿真并进行果园实地试验,分析该系统的有效性。仿真结果表明,该智能灌溉系统能结合荔枝园土壤含水率情况进行适时、适量灌溉,有效实现了经济灌溉,并且优化后的模糊灌溉系统实现了更高的暂态性能、控制精度及抗干扰性,系统响应时间更快。试验结果表明,基于模糊控制器的智能灌溉系统能有效地对荔枝园灌溉进行控制,使荔枝园土壤含水率维持在17.8%左右,符合荔枝树的生长环境;同时,基于优化后的模糊控制器的智能灌溉系统将荔枝园土壤含水率平均值控制在17.6%,更接近系统预设的荔枝园土壤最佳含水率17%,并且具有更高的控制精度、更强的抗干扰性与实用性。     

灵芝生长过程控制及生产信息管理的设计

根据灵芝不同生长阶段对种植环境的要求总结各生长阶段工艺参数,搭建灵芝生长环境控制系统,营造灵芝生长的最佳气候环境,实现灵芝种植全过程的智能控制。其生产信息管理系统通过云服务器可实现远程信息采集、数据存储和运行管理,生产人员不需要去现场就可以实时监控灵芝的生长情况并进行有效管理。     

基于WEB的小麦玉米生产管理专家系统

基于WEB的小麦玉米生产管理专家系统主要实现了小麦、玉米全程生长期生产管理信息的网上发布。系统将气象因素、植保知识、专家经验、地理信息系统、Internet技术和计算机技术结合起来,为农业生产管理者提供河北省内各区域种植品种情况、不同区域小麦和玉米的生长特点及作物管理特点、不同区域土壤类型和气候差异以及实时气候数据的网上查询。为此,设计了小麦玉米管理专家系统。     

我国果园割草机发展现状与展望

我国是世界水果生产大国,随着近年来果园生草覆盖技术的推广,果园割草机快速发展迫在眉睫.分析和阐述了我国果园割草机切割装置、行走系统、仿形装置等关键部件,以及导航、避障和自动识别等关键技术的相关发展,同时介绍和分析了国内外割草机的发展现状,结合牵引式、自走式等割草机类别,归纳了部分国内外具有代表性的割草机机型、特点及存在...