基于光谱探测的小麦精准追肥机设计与试验

为了实现小麦生长过程中的实时变量追肥,使用近地光谱探测技术,设计了大田实时变量追肥机。追肥光谱监测系统实时获取作物冠层归一化植被指数,结合追肥策略计算出当前的目标施肥量,采用测速和测距法反馈肥料流量信息,并根据追肥机实际行进速度,实时调整追肥量,实现精准变量追肥。试验结果表明,田间小麦长势存在空间差异性,冠层的归一化植被指数可以解析此差异性;追肥机追肥控制精度达到90%以上,可以满足精准追肥的要求;变量追肥比定量均匀追肥增施氮肥28 kg/hm2左右。     

南疆冬小麦精确灌溉决策系统的研究

为了实现南疆冬小麦的精确灌溉,开发了南疆冬小麦精确灌溉决策系统。系统主要由天气、信息、决策、土壤信息、统计等模块构成。其中结合南疆冬小麦快速生长的水分条件及专家实地考察的实际结果,同时以彭曼-蒙特斯公式为核心、水分平衡方程为基础,运用天气数据和土壤详细信息构建了南疆冬小麦灌溉管理的数学模型决策模块。系统实现了精确灌溉的实时动态决策,为冬小麦的节水和精确灌溉提供重要的参考,具有实际意义,为冬小麦生产智能化提供决策支持。     

基于模糊PID的冬小麦变量追肥优化控制系统设计与试验

为了实现冬小麦实时变量精确追肥,研究了基于模糊PID控制技术的变量追肥机追肥量实时调整算法,通过对排肥器转速和开度双变量调节,实现追肥量的优化控制。系统首先采用粒子群优化算法确定PID控制器参数的初始值,然后通过实时获取冬小麦冠层归一化植被指数和排肥器实时状态,结合模糊控制理论和PID控制技术,对PID参数进行在线整定,实时调整排肥器的转速和开度,从而实现追肥量的最优控制。试验结果表明:施肥过程中,施肥量存在波动性。但施肥量变异系数小,最大为3.22%,均值为2.09%,可以满足田间变量施肥的要求。模糊PID控制算法具有良好的动态稳定性和跟踪性能,无论是室内试验还是大田试验的控制精度均达到86%以上。     

南疆冬小麦精确灌溉决策系统的研究北大核心

为了实现南疆冬小麦的精确灌溉,开发了南疆冬小麦精确灌溉决策系统。系统主要由天气、信息、决策、土壤信息、统计等模块构成。其中结合南疆冬小麦快速生长的水分条件及专家实地考察的实际结果,同时以彭曼-蒙特斯公式为核心、水分平衡方程为基础,运用天气数据和土壤详细信息构建了南疆冬小麦灌溉管理的数学模型决策模块。系统实现了精确灌溉的实时动态决策,为冬小麦的节水和精确灌溉提供重要的参考,具有实际意义,为冬小麦生产智能化提供决策支持。     

棉花氮素营养诊断与追肥推荐模型

利用主动遥感光谱仪Green Seeker进行棉花的氮素营养诊断,建立棉花冠层归一化植被指数(NDVI)的氮素追肥推荐模型,实现棉花氮素的精准管理。利用2011—2012年不同氮肥处理的田间试验数据,建立棉花冠层NDVI与施肥量、NDVI与产量的定量关系,结合氮肥效应函数建立光谱氮素推荐模型,并利用2013年的独立试验数据进行田间验证。结果表明:总体上施氮量增加棉花冠层NDVI值增大,但当氮肥增加到一定量时NDVI值不再增加,在棉花盛蕾期、花期、盛铃期和初絮期,随着氮肥施用量的增加,棉花NDVI值均呈线性增加的趋势;全生育期最佳施氮量为294.7 kg/hm2,棉花盛蕾期、花期、盛铃期和初絮期NDVI临界值分别为0.695、0.833、0.881和0.809;NDVI每低于临界值0.001单位所需施肥量分别为0.24、0.91、1.11和0.16 kg/hm2。经田间验证,在保证产量的前提下,光谱推荐可减少施肥量,缩小地力之间的差异,达到按需施肥的目的。     

基于超声波传感器的小麦追肥精准评估系统研究

针对小麦追肥作业过程中开沟器易损苗伤根、追肥位置准确性无法评估的问题,基于超声波传感器设计了小麦追肥精准评估系统,提出一种基于超声波传感器阵列交叉探测小麦追肥行的方法,实时评估追肥机具作业精度。系统由作业轨迹检测部分、数据采集部分和数据分析评估部分组成,依靠安装在追肥机具上的超声波传感器交叉扫描小麦追肥行,检测追肥机具作业轨迹。采集器实时采集超声波传感器数据,记录追肥机具作业轨迹,采用阈值滤波算法对异常数据进行筛选和剔除,利用卡尔曼滤波算法最优估计当前时刻电压,根据目标电压和最优估计电压计算追肥机具偏移距离,进行追肥机具作业精度评估。田间试验结果表明：追肥机具作业速度为3~4km/h时,评估系统能够准确检测出追肥机具作业精度,偏移误判率为9%,最大误差距离为3.15cm,误差距离在2cm之内的占比超过90%,标准差均值为2.10cm,与实际作业情况相符。本评估系统可以实现在小麦追肥作业过程中,实时对追肥机具作业精度量化评估,为小麦精准对行追肥作业精度评价提供了一种新的测量手段。     

基于MODIS数据的冬小麦种植面积快速提取与长势监测

利用MODIS-NDVI数据,以中国冬小麦主产区为例,探讨了基于遥感影像全覆盖的大尺度冬小麦种植面积遥感综合自动识别及长势监测的方法。通过分析冬小麦的种植结构、物候历特征及其生物学特性和时序NDVI曲线特征,确定了冬小麦信息提取的NDVI阈值,建立了冬小麦面积提取模型,并最终获取了2010—2011年中国农情遥感监测中冬小麦长势监测所需的空间分布数据,与多年平均统计数据比较,总体精度达到81%以上。基于提取的冬小麦面积信息空间分布数据,利用MODIS-NDVI差值模型,对冬小麦2011年的长势进行监测。结果表明,与近5年平均状况对比,2011年冬小麦在其整个生育期内长势基本与常年持平,但时空分布差异较大。     

3ZBF-7型中耕变量追肥机田间作业效益分析

针对玉米种植过程中因化肥的不当使用造成的资源浪费和环境污染问题,结合中耕施肥技术,研制了一种可一次性完成除草、松土、变量追肥和培土起垄3ZBF-7型中耕机,并在示范区进行了试验。通过对其追肥用量、玉米产量等进行综合分析,得出使用中耕变量追肥机能够实现节肥的功效,并在一定程度上提高了经济效益和生态效益。     

基于GNDVI指数的土壤—水稻冠层变量施氮决策方案研究

氮肥的合理施用是水稻增产增收的关键所在。氮肥施用不当不仅会导致水稻分蘖期植株过分生长、成熟期倒伏、产量降低,还将会对农田土壤及周边环境造成污染,破坏土壤养分结构,因此提出一种变量施加氮肥的决策方案精准投放氮肥。利用紫外分光光度法对土壤中氮素含量进行测量,分析土壤中氮元素含量;测量水稻叶片SPAD值映射冠层氮素含量,利用无人机搭载光谱相机采集冠层光谱图像信息,择优选取相关性最强的绿色归一化植被指数GNDVI,并构建其与SPAD关联模型,进而构建水稻冠层氮素含量模型,提出水稻变量施氮决策方案。试验分析发现该决策方案提高氮肥利用率,水稻产量同比提高7.2 t,经济效益提升8.39%。利用该决策方案对目标地块实施变量施氮,提高经济效益同时为农业的可持续发展提供有效保障。     

引黄灌溉中专家决策系统的设计与实现

如何充分利用水资源是引黄灌溉中迫切需要解决的问题。根据小麦各个生长时期灌溉策略的不同,基于模糊控制技术设计出节水灌溉专家决策系统。根据控制经验和专家知识以及MATLAB仿真计算优化,得出灌溉模糊控制表,将该表存入计算机存储器中,通过读取表中的数据应用于实际的灌溉控制。实践证明将该系统引用于小麦种植中,能够达到适时适量的灌溉目的,保证小麦在生长周期中各个阶段始终处于最优的生长环境。     

基于PLC的变量施肥控制系统设计与试验

提出了一个以PLC为主机,集成光学传感器和控制装置的变量施肥控制系统。根据实时监测的作物光谱信息和施肥机具的实际前进速度调节施肥量。系统采用无损测试技术和模糊控制算法,通过归一化植被差异指数测量仪实时获取归一化植被差异指数,结合施肥机具行进速度调节执行机构中的电磁阀,实现实时变量施肥。     

机械设备更新决策专家系统的设计

着重论述了机械设备更新决策专家系统的设计过程,包括知识库的设计、推理机的推理方向和方法、知识获取方法的介绍、综合数据库的规划、人机接口等内容。     

冬小麦精准分层施肥宽苗带播种联合作业机研究

宽苗带冬小麦种植和肥料分层施用技术具有较好的应用推广价值,为了促进农艺农机融合,设计了一款宽苗带冬小麦分层施肥播种联合作业机,以及一套与其配套使用的精量排肥/排种控制系统.首先确定了联合作业机的整体架构,并对其限深机构、三点悬挂机构等进行重点设计,其中限深机构的支架安装倾角设置为15°,使限深轮旋转中心与旋耕机构刀轴旋...     

基于NDVI—ST双抛物线特征空间的冬小麦旱情遥感监测

以河南省冬小麦旱情遥感监测为例,利用MODIS/AQUA卫星产品的归一化植被指数（NDVI）、增强型植被指数(EVI)、叶面积指数(LAI)和地表温度(ST)数据,分析了NDVI—ST和EVI—ST的特征空间,发现NDVI—ST和EVI—ST的特征空间具有双抛物线型特征。将其与三角形NDVI—ST、EVI—ST及LAI—ST特征空间进行对比分析,并将得到的温度植被干旱指数（TVDI）数据与土壤湿度进行相关性分析,揭示双抛物线型NDVI—ST特征空间能更好地反映地表10cm土壤水分状况。以双抛物线型NDVI—ST特征空间得到的TVDI作为旱情遥感监测指标,评估了2011—02—26~2011—05—16河南省冬小麦旱情,并与当地气象站降雨数据对比,揭示了2011年春天河南省旱情发展的总体时空特点。     

稻麦变量施肥机控制系统设计与试验

针对稻麦变量施肥智能化程度低、通信系统可靠性和兼容性差等问题,研究设计了一种稻麦变量施肥机控制系统。该系统以CAN总线通讯作为现场总线,实现各控制节点之间的实时通信;通过GPS导航和处方图得到当前位置需肥量,根据变量施肥数学模型,通过步进电机节点实时调节外槽轮排肥器开度,实现施肥变量调节。试验结果表明:该系统机械结构设计合理,动作响应迅速,定位精准,各行排肥器之间排肥量变异系数最大为1. 78%,变量施肥精度达97%以上,作业效果良好。其控制程序稳定可靠,各控制节点之间通信及时、准确,整机设计合理,系统工作稳定,智能化程度高,各项技术指标满足农艺要求。     

基于增量式PID算法的多种固体肥精确施控系统研究

为了实现变量施肥过程中多种固体肥的实时自动配比、提高施肥控制系统的排肥量控制准确率,采用增量式PID闭环控制算法设计基于测土配方的多种固体肥精确施肥控制系统及与之配套的施肥装置,实现了氮、磷、钾3种固体肥的适时快速响应和实时精量施入.施肥控制系统主要包括主-从控制器模块、处方图模块、北斗卫星定位模块、测速模块、人机交互...     

小麦冠层营养诊断光谱检测仪设计与试验

为了快速准确获取田间作物生长营养水平信息,设计了作物冠层营养诊断光谱检测仪,并进行了小麦大田测试。系统由光学传感器,信号采集驱动模块和控制器组成。光学传感器可测量300~1 100 nm范围内连续光谱,信号采集驱动模块用于提供稳定电压以及数据的A/D转换。开发了光谱采集控制软件安装于控制器,主要功能包括接收、处理、显示和存储采集到的数据。应用该仪器进行了标定试验,并针对大田冬小麦开展了大田试验,试验结果表明该仪器所测反射率与美国ASD FieldSpec HandHeld 2光谱辐射仪所测的反射率之间具有较高的相关性,相关系数最低为0.991 8。分析了冬小麦叶绿素含量指标SPAD值与仪器所测反射率之间的相关性。选出相关性较高的550~900 nm波段进行主成分分析建立叶绿素预测模型,建模 R 2 C 为0.575,模型检验 R 2 V 为0.595。结果表明利用研发的便携式光谱检测仪能有效评估小麦营养叶绿素含量,为小麦的精细栽培提供理论与技术支持。     

冬小麦SPAD值无人机可见光和多光谱植被指数结合估算

SPAD(Soil and plant analyzer development)值能够反映作物叶片叶绿素含量,是表征作物健康状态的重要指标.采用无人机搭载可见光和多光谱相机同步获取冬小麦可见光和多光谱影像,同时获取冬小麦叶片SPAD值,探究了可见光和多光谱植被指数与SPAD值的关系,将可见光植被指数与多光谱植被指数相...