差分GPSA定位技术在土壤耕作阻力测量中的应用

为了进行“精细农业”实践,以土壤耕作阻力的测量为例,通过ＤＧＰＳ后处理定位技术,研究开发了农田ＧＩＳ属性数据库数据源获取的硬件系统的软件支持。形成了土壤不同深度层的耕作阻力分布图。     

土壤容重和含水量对耕作阻力的影响

土壤容重和含水量是影响机具耕作阻力和能量消耗的主要因素。为了研究它们之间的数量关系,在田间将土壤容重和含水量分别在１．１～１．７ｇ／ｃｍ^３和１１％～１９％的范围内取三个水平,进行靴式开沟器耕作阻力的正交试验。用改进的五轮仪测试开沟器的工作阻力和开沟深度,土壤容重和含水量,采用容重环法实行定点测试。试验数据用改进的Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法,通过ＴＳＰ统计软件进行回归分析,得到了土壤耕作阻力－容重－含水量数学模型,并具有较高的拟合精度,可以用于分析评价不同土壤容重和含水量条件下拖拉机的牵引效率和能量消耗。     

鄂南红壤穿透阻力的时空变化研究

为进一步揭示红壤地区季节性干旱的致灾机制,以夏玉米为供试作物,研究鄂南地区季节性干旱过程中,4种耕作措施(深耕、常规耕作、免耕、压实)下,红壤穿透阻力的时空变化特征及其对季节性干旱的响应特点。结果表明:在轻度到中度干旱期间,除深耕外,其余3个耕作措施的耕层红壤穿透阻力均超过了作物根系适宜的最大阻力(2.0 MPa)。红壤穿透阻力在0~40 cm土层呈单峰形分布,且不同耕作措施的峰值大小及峰值位置均存在差异;同时,随土壤含水量的增加,阻力值减小,且峰值位置在土层剖面亦随之发生不同程度的下移。红壤穿透阻力对季节性干旱有较好的响应关系,与耕层土壤含水量的相关系数达–0.839(P0.01),呈极显著非线性负相关关系,以二项式拟合结果最优。该响应关系存在临界反应,当季节性干旱达到一定程度时,土壤含水量较小范围内的变化都将引起红壤穿透阻力的剧烈变化。因此,在红壤地区研究季节性干旱时不可忽视土壤穿透阻力的存在,必须考虑因土壤含水量降低而导致的高土壤阻力对作物的影响。     

固定道保护性耕作节能效果试验研究

固定道保护性耕作限制了机具对土壤的普遍性压实，提高了拖拉机牵引性能，降低了能耗。在北京郊区青云店镇试验区，设置固定道及非固定道保护性耕作对照区。通过播种机开沟器阻力正交试验及牵引阻力测试试验，研究固定道保护性耕作对播种、深松作业的牵引力及油耗的影响。试验表明：在0．05的置信水平下，对比作业速度、深度租土壤坚实度因素，土壤坚实度因素因田间分布均匀性较低，对开沟阻力波动影响最为显著；非固定道保护性耕作因轮胎压实，破坏了表层土壤均匀性，造成作业负荷变动大，加剧燃油消耗；相对于非固定道保护性耕作，按华北小麦-玉米一年两熟地区两年一深松模式估算，固定道保护性耕作仅播种、深松两项作业一年每公顷节省15．7L柴油；固定道保护性耕作因减少了压实面积，从而可以提高拖拉机田间作业的牵引性能，减小机具的作业阻力，降低燃油消耗，达到减少压实、节约能耗的作用。     

基于离散元法的凸圆刃式深松铲减阻效果仿真分析与试验

针对深松作业阻力大、能耗高等问题,该文在深松铲铲尖顶部设计了一种能有效减阻降耗的凸圆刃。以安装凸圆刃的凸圆刃式深松铲为研究对象,建立了土壤模型。为提高土壤模型的准确性,选用非线性粘结弹性塑形接触模型(edinburgh elasto-plastic adhesion model,EEPA),对凸圆刃式深松铲进行耕作阻力虚拟仿真。利用插件将颗粒与深松铲接触作用力导出,分析凸圆刃式深松铲应力和形变,校验其结构强度;采用EDEM软件分析不同耕深和速度对深松耕作阻力的影响,并以国标深松铲为比较对象,分析了凸圆刃式深松铲的减阻效果;通过田间试验验证了土壤模型和凸圆刃式深松铲设计的准确性和可行性。田间试验结果表明,与国标深松铲相比,凸圆刃式深松铲耕作阻力平均降低了10.24%。仿真结果与实测值较为接近,数值误差在3%～10%,证明土壤模型基本符合土壤的力学特性,能近似代替真实的土壤环境。该研究证明了采用离散元法分析深松耕作阻力可行性,可为进一步优化深松铲结构提供参考。     

“旋松一体”耕作对潮土和砂姜黑土物理性质及作物生长的影响

为改善潮土和砂姜黑土容重大,穿透阻力强,犁底层紧实等结构障碍。研究提出一种“旋松一体”耕作方式,并在山东德州的典型潮土和安徽怀远的典型砂姜黑土进行试验。其中,潮土设置旋耕15 cm、旋松一体30 cm两个处理;砂姜黑土设置旋耕15 cm、深翻30 cm和旋松一体30 cm三个处理,研究旋松一体耕作对两种土壤0 ~ 40 cm土层土壤容重、紧实度、水分动态和小麦玉米根系及产量生长的影响。结果表明:与旋耕相比,旋松一体耕作显著降低了潮土和砂姜黑土容重和穿透阻力,与深翻相比,旋松一体耕作也显著降低了砂姜黑土容重和穿透阻力。旋松一体耕作显著提高了降水后土壤水分下渗速度、下渗量及下渗深度,进而提高潮土深层,砂姜黑土小麦季表层及玉米季深层土壤体积含水量。与旋耕相比,旋松一体耕作分别增加潮土和砂姜黑土小麦产量11.4%和7.1%,玉米产量6.7%和37%（受涝害胁迫）,提高直接经济收益1748和3277元hm?2。旋松一体耕作有效改善了潮土和砂姜黑土物理性质,提高作物产量和经济效益显著,可作为华北平原土壤耕层结构改良的新型耕作模式。     

耕作方式对东北黑土坡耕地土壤物理性状及根系垂直分布的影响

为了明确耕作方式对东北薄层黑土坡耕地土壤物理性状以及玉米根系垂直分布的影响,该研究以东北薄层黑土坡耕地土壤为研究对象,设置免耕和翻耕2种耕作方式,研究耕作方式对不同坡位土壤水稳性团聚体粒径分布与稳定性、土壤容重、土壤孔隙度、土壤贯入阻力以及玉米根系在垂直方向主要分布深度的影响,并进一步探究各指标间的相互关系.结果表明,...     

固定道保护性耕作的试验研究

通过压实试验,分析了无压实以及小型拖拉机、中型拖拉机和联合收获机压实等处理方式的土壤容重、入渗率和耕作阻力。在此基础上,进行了两年的固定道耕作试验,结果表明,机具随机进地行走会造成对土壤的严重压实,降低土壤水分入渗,增加作业能耗,而固定道能够改善土壤结构,提高土壤蓄水能力,减轻地表径流,提高土壤作业适时性和准确性,在目前固定道占地20%的情况下,总产量没有减少     

长期耕作对典型黑土水力性质的影响

为揭示长期耕作对黑土耕地水文退化的作用,以典型黑土区不同纬度带的未经机械耕作的林地与长期耕作的耕地土壤进行对比,研究沟垄耕作对土壤垂直和水平方向物理性质和水力性质的影响。结果表明：长期耕作使得总体物理与土壤水力性质严重退化,与林地土壤相比,耕地土壤质地未发生变化,有机质含量显著降低,容重从1.03（0.84~1.17）g·cm-3显著提高至1.31（1.20~1.46）g·cm-3,穿透阻力显著增加,持水供水与导水性显著降低,有效含水量从0.19（0.14~0.23）cm3·cm-3降至0.15（0.10~0.21）cm3·cm-3。物理质量指数S值从0.061（优）降至0.025（差）。长期沟垄耕作使得犁底层的饱和导水率（6.61 cm·d-1）仅为耕作层的1/10.。耕作导致耕作层垂直方向导水率（64.67 cm·d-1）低于水平方向（82.84 cm·d-1）。犁底层的穿透阻力（897.04 kPa）为耕作层的1.89倍,造成了耕作层与犁底层水力性质分层。长期耕作导致的耕地土壤水力性质分层和方向分异是促进耕地坡面径流“沟渠效应”而加速侵蚀退化的重要原因。     

土壤—全方位深松机组系统随机振动研究

建立了土壤——全方位深松机非线性系统模型，分析了系统振动减阻的复杂内共振机理、土壤强度分维和负载信号特性，可以通过调整土壤耕作机组固有频率来改善振动减阻性能，以及利用牵引阻力频谱指数来衡量系统振动减阻性能。田间试验数据分析结果与上述结论相符。     

水稻精准种植技术的集成研究

研制开发了水稻精准种植信息处理系统和精准农业谷物联合收割机智能测产应用系统,水稻精准种植信息处理系统由农田GIS和农田DSS组成,采用面向空间、对象和用户的基本设计思想,具有网络化、构件化、层次化、智能化、可视化和开放性等特点;智能联合收割机自动测产应用系统充分采用低成本高精度全球定位DGPS技术、RS遥感图像识别技术、数字地球GIS技术、智能传感器技术、计算机软硬件系统技术,在收割过程中可直观、准确地提供地块的粮食产量及产量分布。     

精确林业GPS信标差分定位精度分析

利用设计的Trimble AgGPS132定位试验装置进行连续时间内的单机定位试验和信标差分定位试验,作出x、y坐标多次测量结果散点分布图和同一点的多次测量结果散点分布图,平均值、标准差等结合数据分析对比其精度,检验信标差分定位系统的静态符合度和动态符合度。试验结果表明：信标差分定位比单点定位精度高,误差小,信标差分定位比单点定位横、纵坐标精度提高12%到47%,AgGPS132信标差分试验系统的静态符合度和动态符合度都较好,符合精准度要求较高的精确林业的生产作业要求。在中国建立的导航信标信号覆盖区内,采用信标差分GPS系统具有信号连续、工作稳定、精度可靠、费用低廉等优点,因此信标差分技术在精确林业应用上将具有巨大的发展潜力。     

处方农作车载嵌入式信息处理系统的研制

针对智能化精细处方农作系统田间作业机组对车载信息采集和处理的需要,以ARM(adanced RISC machines)工控系统和嵌入式GIS为核心,集成DGPS(differential global positioning system)系统和机组作业速度检测装置等,研制了一套处方农作车载嵌入式信息处理系统。该系统通过RS-232接口获取DGPS系统的动态GPS定位信息,通过USB接口输出农田信息分布图或输入作业处方图,通过CAN总线采用iCAN协议与农田信息采集系统和变量农作控制器互联。嵌入式GIS由eSupermap 6.0开发而成,运行于ARM工控系统的Windows CE 5.0操作系统;可通过网格划分和属性编辑实现GPS定位信息与农田信息的融合,生成农田信息分布图;还可通过坐标匹配进行机组当前作业位置在工作空间图中的网格识别,实现处方图的解译。模拟测试试验结果表明:该系统信息处理功能正常,能够完成农田信息分布图的生成和处方图的解译,机组作业速度检测绝对误差≤0.1km/h、处方图解译最大延迟时间≤1s、3km/h作业速度下的网格判别误差约为-0.5～0.6m,适合各种智能化处方农作系统田间作业机组的车载信息处理应用。     

跨平台集成开发配电网络GIS的研究与实现

配电网络地理信息系统GIS与配电管理系统DMS的其他部分有着密切的联系。在配电系统中引人GIS是配电管理系统发展的需要。GIS的主要功能体现在与设备管理FM/自动成图AM、监视控制和数据采集SCADA系统、管理信息系统MIS、用户信息系统CIS 等各个系统的有机结合，可以为DMS提供强有力的数据和图形平台。基于现代化全面信息实时管理、建立公共服务平台、优化系统性能的需要，有必要进行跨平台集成开发。利用VC++和MapInfo集成开发为例，在Windows环境下，生成一个集成地图的应用程序，使地理信息系统的空间数据与其他属性数据相结合，实现集成开发的部分功能。     

基于嵌入式组件技术的精准农业农田信息采集系统的设计与实现

基于精确地理位置的农田信息采集是实施精准农业的基础工作。介绍了一种基于掌上电脑和DGPS/背夹式GPS设备的农田信息采集系统的开发过程。该系统在Microsoft eMbedded Visual C++ 3.0集成开发环境下,采用嵌入式GIS开发组件,实现了掌上电脑环境下GPS、GIS功能的集成。系统由GPS实时通讯和数据处理模块、基于WinCE的基本GIS功能模块和农田信息采集功能模块等组成模块,能够实现与DGPS设备或背夹式GPS设备的实时通讯和定位数据的解析,实现了矢量农田地理信息的显示、操作、查询等基本GIS功能,同时,系统能够采集农田地物分布和多种影响作物生长的环境差异性信息。该文还介绍了使用Microsoft数据库访问组件对象ADOCE对Pocket Access数据库的操作方法,实现了对嵌入式农田信息采集系统中农田信息的有效管理。     

一种精确农业自动变量施肥技术及其实施

该文介绍一种自制的实现精确农业自动变量施肥作业的变量施肥系统。该系统基于DGPS卫星定位原理，将GPS、GIS与DDS相结合，进行施肥作业决策，决策的施肥数据写在IC卡上。当施肥机在田间工作时，通过装备在施肥机上的GPS接收的位置数据触发存储在IC卡的施肥决策指令，用该指令通过单片机去控制施肥机上的排肥轴的转速，实现精确农业自动变量施肥作业。田间试验表明，该系统能够实现精确农业意义上的变量施肥作业。     

基于GPS和SMS技术的土壤养分水分速测系统的研究

为了满足精确施肥中对高密度、全面的农田土壤信息采集、数据无线传输和施肥决策的需要,本系统利用计算机技术和无线数传技术(SMS)对GPS、GIS和土壤养分水分速测系统进行有机集成.一方面通过AT891v55单片机,使差分GPS和土壤水分测定仪有机集成,实现土壤采样、水分测定、定位一体化;另一方面研制开发了集成针对石灰性褐土的速测值向常规值转换模型的土壤养分速测仪,并利用BENQ M22 SMS数传模块实现土壤养分速测系统与土壤养分管理决策系统的远程数据通讯和资源共享;同时利用Visual Basic和MapObjects控件集成GIS,实现具有空间属性的土壤养分数据可视化管理和分析处理.     

浅析GIS在木薯现代产业体系中的应用

阐述了地理信息系统（GIS）的内涵，利用中国热带科学院热带作物品种资源研究所木薯研究数据资料，结合GIS技术，浅析了GIS在木薯现代产业技术体系建设中的应用。     

GPS节水灌溉系统的研究

全球卫星地面定位系统GPS、遥感遥测系统RSS与地理信息系统GIS等3S空间电子信息技术在农业中的应用形成了智能化精确农业(Precision farming)。该文GPS节水灌溉系统是作者为海南某生态农业公司100hm²香蕉园研究设计的,也是一项精确农业的应用研究     

GIS平台构建在黄河流域水循环研究中的应用

探讨了GIS在水文学研究中的一般模式,在构建黄河流域水循环GIS平台时采用GIS与水文模型松散结合方式,基于VisualBasic可视化开发语言,以地理信息系统组件为基本单元,构建了用于存储和管理黄河流域水循环空间和属性数据的平台,并将所涉及到的各类数据统一坐标、统一格式、统一编码储存到平台中,为黄河流域水循环要素分析和水文过程研究提供数据支持。