基于数字图像的水位识别系统及其方法

为了有效监控水情,给水利和农业生产灌溉提供及时有效的指导信息,设计了一种基于数字图像的水位识别系统.该系统将红色的球形浮标置于垂直于水面的固定杆上,水位变化引起球形浮标上下变化,所拍摄图像上浮标的相对位置也出现变化,从而可通过图像处理获得水位信息.针对所设计的水位识别系统,提出基于红色色域和球形特征的自适应球形浮标目标提取算法和球心坐标计算和校正算法,用以求得浮标球心的准确坐标位置,并通过球心坐标和水位之间的换算公式,最终计算得到当前水位高度数据.现场试验结果表明,在采用6.0×106pixel摄像头,拍摄高度为71 cm,摄像头和固定杆距离为282 cm的条件下,该系统最大测量误差为0.216 91 cm,低于国标(GB/T 50138—2010)所规定的1 cm误差.该系统无需专用昂贵的水位计或复杂的传感器技术,成本较低;以浮标为检索目标,使此法不受水温、水质、含沙量等外界干扰因素的影响,适用性更强;系统组成简单,安装方便,易于使用.     

柑橘生产机械化研究

从灌溉、施肥、施药、修剪、采摘和运输等主要田间作业环节，对国外柑橘生产机械化技术进行了分析。针对中国柑橘生产机械化水平较低和柑橘生产机械化发展中存在的问题，借鉴国外发展经验和先进技术，提出了中国柑橘生产机械化的发展方向、主要机械化技术与装备发展要点。     

太阳能低功耗滴灌控制装置的设计与实现

针对山地果园的自动滴灌需求,研制太阳能供电的滴灌控制装置,该装置由STM8S105S6微控制器、实时时钟模块、脉冲式电磁阀及驱动模块、传感器接口、太阳能充电子系统组成,并提供LCD可定制用户界面。测试太阳能电池、锂电池、磷酸铁锂电池的输出特性与供电电压2.8～4.3V下静态功耗,试验表明,太阳能电池最大输出功率为169mW,系统供电电压在3V以上正常工作。平均静态电流最低为70μA。以容量为800mA·h的3.7V锂电池供电,系统在无太阳能补给下的待机时间达150d。太阳能电池每天以42.25mW的输出功率对系统充电30min可维持系统不间断运行。控制装置功耗低,太阳能充电,防雷击防水,适合于野外果园的滴灌系统自动控制。     

基于误码检测机制的滴灌系统红外光雨水传感器的设计

降雨使作物生长土壤中的水分含量增加而营养成分含量降低,智能化滴灌系统必须感知降雨的开始和结束,并对灌溉系统中的水分与营养成分进行相应调整与控制,既节水节能又保持作物良好生长环境。雨水水流对红外发射器和接收器间光通信产生散射干扰,并造成误码。该文设计一种基于误码检测机制的红外光雨水传感器,它由集雨器、导流管、红外光发射器和接收器组成,微控制器检测通信误码感知降雨,解决了传统雨水传感器在滴灌系统应用中只能监测降雨的开始而不能监测降雨结束的弊端。该文提出降雨时通信误码率最大,无降雨时通信误码率最小的数据码选择方法,该方法表明,数据码"1"码数目对通信误码率影响显著。试验结果表明,检测降雨最优码是255。该传感器对连续水流检测的误码率大于0.9983,对离散水滴检测的误比特率是0.7742至0.8307,该传感器对雨水的感知性能优于传统雨水传感器。     

基于脉宽调制的文丘里变量施肥装置设计与试验

为利用文丘里施肥器实现变量施肥,基于脉宽调制(pulse width modulation,PWM)技术设计了一种水肥一体化变量施肥装置,它主要由压力变送器、文丘里施肥器、脉冲电磁阀及控制器组成。通过改变PWM的占空比对脉冲电磁阀进行控制以改变文丘里施肥器进出口压力差,从而改变文丘里施肥器的吸肥量。以压力变送器检测管道入口压力,通过试验标定的方法将入口压力转化为相应的流量信息,从而获得施肥量和施肥质量分数。在多个入口压力水平下进行了试验,试验结果表明:电磁阀PWM控制的最佳频率为6 Hz;入口流量与入口压力呈线性正相关关系,决定系数为0.9936;施肥装置的最佳入口压力范围为0.15～0.25 MPa,在此压力范围内改变PWM的占空比对电磁阀进行控制,可实现施肥质量分数在1.25%～9.13%范围内可调。     

农业教育的发展离不开现代远程教育

现代远程教育在我国农业教育领域目前尚属空白,通过对现代远程教育的技术特点、兴起与演进历程的回顾,阐述了引入现代远程教育将给农业教育发展带来强有力的变革和美好的发展前景,论证在农业教育中推行现代远程教育势在必行。     

不同生长期柑橘叶片磷含量的高光谱预测模型

针对传统柑橘叶片磷含量检测耗时费力、操作繁琐且损伤叶片等弊端,该研究引入高光谱信息探索柑橘叶片磷含量快速无损检测与预测模型,选ASD Field Spec 3光谱仪采集柑橘4个重要生长期的叶片反射光谱,同步采用硫酸-双氧水消煮-钼锑抗比色法测定叶片的磷含量;先用正交试验确定小波去噪的最佳去噪参数组合,再分别选拉普拉斯特征映射(laplacian eigenmaps,LE)、局部线性嵌入(locally-linear embedding,LLE)、局部切空间对齐(local tangent space alignment,LTSA)、等距映射(isometric mapping,Isomap)和最大方差展开(maximum variance unfolding,MVU)5种典型的流形学习算法对去噪后的光谱数据进行降维和特征提取,进而建立基于支持向量机回归(support vector regression,SVR)的柑橘叶片磷含量预测模型。结果表明,基于一阶导数谱的Isomap-SVR建模结果最佳,全生长期校正集和验证集模型决定系数分别为0.9430和0.8949。试验表明,5种流形学习算法皆适用于对柑橘叶片磷含量的预测,为高光谱检测技术用于柑橘树长势监测和营养诊断提供了参考。     

小型无人机振动特性对超声波传感器的影响

【目的】安全避障是目前无人机(Unmanned aerial vehicle,UAV)领域迫切需要解决的一个难题,利用超声波传感器是无人机避障的重要手段之一,针对无人机飞行过程中机械振动的特性以及对超声波测距传感器的影响进行了研究,以提高超声波测距传感器的精准度,改善无人机作业稳定性。【方法】通过采集无人机不同油门开度的振动数据,进行多信号分析,得到无人机振动强度的空间和频域分布,并根据振动强度的空间分布,测定无人机振动对于超声波测距传感器的误差影响。【结果】随着离无人机中心距离的增加,无人机机臂上振动强度的空间分布存在减弱和加强交替出现的现象,离无人机中心最远处出现最大振动强度;振动幅度随着频率的增加而降低;无人机在载桨运行过程中对于机载超声波测距传感器水平测距影响最大,最大误差达到0.69 m,垂直方向的误差最大为0.20 m。【结论】随着离无人机中心距离和油门的增大,振动强度增大;调整传感器的振动频率可以减少无人机振动对传感器的影响。本研究结果为超声波传感器在农业无人机安全避障方面的应用提供了参考。     

基于图像识别的无人机精准喷雾控制系统的研究

【目的】针对传统的植保无人机喷雾作业时化肥农药浪费大,利用率低,造成环境污染的问题,研制一种基于图像识别的无人机精准喷雾控制系统。【方法】利用中值滤波算法对田间航拍图像进行去噪,采用分层K_means硬聚类算法实现对农田航拍图像的分割,提取非作物区域的颜色、纹理特征空间的22个特征参数,设计支持向量机分类器进行分类识别。根据优选的17个特征参数,利用以径向基函数作为核函数的支持向量机对非作物区域图像进行识别,并根据识别结果控制喷头,实现精准喷雾。【结果】测试样本的识别率可达为76.56%,在无干扰风场情况下,当P_阀为10%时,减施率可达32.7%。【结论】本系统为农业航空精准喷雾控制技术的应用提供了参考方向和决策支持。