节水灌溉管理与决策支持系统

基于灌区灌溉用水过程的复杂性和实时性,研制了节水灌溉管理与决策支持系统软件。系统根据采集到的气象、土壤水分、作物、水资源状况等信息,运用作物系数法进行作物需水量的计算,根据土壤墒情决策模型,作出灌溉预报,确定精确的灌溉时间和最佳灌溉水量,利用决策结果对灌溉设备进行自动控制与监测,从而达到高效、节水的目的。该系统不仅具有数据录入、编辑、查询、统计、输出等信息处理功能,而且能够根据采集到的信息为灌区管理和用水户提供灌溉优选和水资源优化分配的决策支持,制定精细灌溉的作业方案。该系统立足田间,面向农户,可以为用户提供节水灌溉模式咨询、具体方案优选、指导灌区优化灌溉等功能,具有较强的推广应用价值。     

基于语义本体的柑橘肥水管理决策支持系统

利用信息技术实现柑橘精准生产管理是果树信息化管理的重点和难点。该文针对山地果园肥水信息化精准管理问题,研发了基于语义本体的柑橘肥水管理决策支持系统。柑橘肥水语义本体是决策支持系统的核心,它以资源描述框架三元组整合涉农信息。系统实现了施肥、生理病害防治和排灌监测3个功能。系统验证结果表明:1)施肥查询模块能够根据树龄、施肥时期、土壤质地、地形和产量5个因素计算氮、磷、钾施肥量,经216组数据验证其输出正确率100%;2)经100组涵盖12种营养素缺乏和过剩生理病害数据验证,病症查询模块能够根据输入病症正确判断生理病害;3)排灌检测模块能根据不同土壤质地对排灌实时监测,经小型气象站获取的土壤含水率数据验证,系统正确预警率达100%。经361组性能测试数据结果表明系统平均响应时间在0.23 s(浏览器端应用)和0.58 s(手机端应用)内,具备较优性能。该研究为农业领域知识建模和异构多源数据整合等问题提供了可行方案。     

参与式地理信息系统研究综述

参与式地理信息系统(PGIS或PPGIS)是参与式理念和方法与地理信息技术与系统(GITS)结合后的应用领域。20年来,PGIS被世界各地作为促进社区和公众利用GITS来组织科学和乡土空间信息的一种技术或工具,也作为一项有效的参与式规划支持系统(PSS)。基于PGIS文献研究和作者的实践,首先较全面地介绍了PGIS兴起的技术和社会背景;然后基于参与理念,澄清其对传统GIS择优与摈弃后所表现出的主要特征;最后,根据不同项目对参与程度(质量)的不同追求,将其分为基于网络PPGIS、社区融合GIS、可视交互式PGIS和参与性GIS等4种应用形态,并分析其当前研究进展。研究表明,PGIS还处于发展之中,仍有许多技术、社会和政治问题有待深入研究和探索。     

基于变量灌溉数学模型的决策支持系统研究

依据农田内土壤含水率的差异性,有针对性地进行变量灌溉,既可节约用水又可提高经济效益。该变量灌溉决策支持系统依靠地理信息系统由不同采样点实际测量土壤含水率,利用土壤水分预报数学模型,预测田块实时的土壤含水率,通过与作物的轻旱指标、重旱指标比较可决定是否灌溉。灌溉量可以根据耗水-产量模型,通过经济效益分析来决定,进而通过决策支持系统生成冬小麦的灌溉处方图和系统聚类分析图,为变量灌溉提供指导。     

灌区引水量计算机管理系统的开发研究

利用迭代法解决了多泥沙渠道水位与流量呈非线性多函数值的多曲线拟合计算问题，并提出了拟合曲线的合理性检验方法，以此为基础开发了灌区引水量计算机管理系统，内容包括系统开发和运行环境，菜单设计，子模块功能设计等。工程实例计算表明，该管理系统功能齐全，通用性较强，能满足灌区引水量计算和水量调配要求，并可作为计算水费的依据，具有较好的推广应用价值。     

智能水位测控仪在节水灌溉系统中的开发与应用

基于变频节能节水灌溉系统中对蓄水池水位测控的实际需要,以MCS-51系列单片机为核心,设计了一种水位测控的硬件及软件电路系统,实现了对蓄水池水位的准确测量与监控。该系统克服了数字式液位测控仪校正环节复杂、预置值温漂、控制方式单一的技术缺陷;屏除了其他智能测控仪表对传感器输入信号要求高、参数编辑过程复杂的应用弊端。性能检测与应用结果表明,该电路系统性能可靠,使用方便,性价比高,并在节水灌溉中得到了良好的应用。     

柑橘肥水智能决策支持系统的变化预测方法及应用效果

本体是农业智能信息系统的核心,是实现精准农业信息服务的关键.本体的维护和管理过程将导致本体发生各种变化,从而对其支撑的应用程序产生不同程度的影响.如何有效地分析本体元素的变化对应用程序的影响是农业智能信息系统维护和管理的难题.该文提出一种基于界面组件依赖矩阵、本体概念依赖矩阵及本体概念-界面组件依赖矩阵的系统变化预测方法,实现了避免代码层分析而较准确预测本体概念的变化对应用程序用户界面组件的影响.以包含22个本体概念和6个界面组件的柑橘肥水智能决策支持系统为案例分析,验证结果表明:该变化预测方法能够达到85％的平均准确率和98％的平均召回率.该变化预测方法对解决以本体为核心的农业智能信息系统的变化管理难题可提供有效的解决方案.     

县域尺度农业资源管理决策支持系统研究

该文根据实际需要,在ArcView和FoxPro支持下建立了县域尺度的农业资源管理决策支持系统。它的组成不仅包括构成系统基础的土地资源、水资源、气候资源、生物资源,同时涉及依赖这些资源而存在的各种作物、牲畜、果木,以及为这些产品所投入的生产资料。然后介绍了该系统在山东省宁津县的应用实例。县域农业资源管理决策支持系统将计算机和地理信息系统技术与当地自然地理、社会经济条件结合,根据相关的专家知识库,实现农业资源的合理利用,提高农业生产资料生产效率,同时还有效减轻农业生产造成的环境问题。     

Optimization of irrigation management and environmental assessment using the water cycle algorithm

Obtaining high crop yields with limited water consumption requires optimal irrigation strategies based on comprehensive studies of the parameters of plant–environment interactions. Here, we used a structural equation modelling (SEM) to assess the relationships among input irrigation factors and moderate factors to find an optimum water use efficiency (WUE) response factor, for outdoor and greenhouse cultivation of eggplant (Solanum melongena). The input irrigation factors (including irrigation interval, water salinity and environment) and the moderate factors (evapotranspiration, soil salinity, plant parameters, fruit parameters and crop yield) were used in water cycle algorithm (WCA) and genetic algorithm (GA) methods to optimize the water use efficiency. The optimization process included finding the best combination of irrigation factors and optimized eggplant cultivation. The structural equation modelling results indicate that irrigation interval negatively affected water use efficiency with a more dominant effect on plant parameters. Water salinity negatively affected the water use efficiency with a more dominant effect on soil salinity, crop yield and fruit parameters. Low salinity water was more effective than full irrigation to optimize the water use efficiency. The water cycle algorithm revealed that for outdoor cultivation, the optimal range of irrigation interval was 2–5 days and water salinity in the range of 0.8–2.2 ds/m. These factors optimized evapotranspiration (346.23–738.19 mm), soil salinity (4.16–9.45 ds/m), fruit parameters (33.81–35.12 cm) and crop yield (1715.7–2190.8 g/plant), as well as increasing the water use efficiency (3.08–4.89 g/(plant-mm)). Both the water cycle algorithm and genetic algorithm yielded very close to optimal values. Two years of repeated experiments and the closeness of the optimal values using the algorithms confirmed that the optimal amounts are reliable.     

基于GIS的作物生产管理信息系统

在区域作物生产数据库支持下,以MapInfo5.5为系统开发平台,利用MapBasic和VB程序设计语言,建立区域作物生产管理地理信息系统(CPMGIS),CPMGIS包含信息查询、种植区划、系统预测和精确管理4个子系统,把与区域作物生产有关的农业信息与具体的实物地图相结合进行空间分析处理,并通过相关的模型运算进行作物气候区划、生长预测、栽培管理和作物精确管理方案设计等,并以地图或专题地图、数据表格、图形及文字论述3种形式进行结果输出。     

基于生长模型与Web应用的小麦管理决策支持系统

基于生长模型的作物管理决策支持系统(DSS),是在作物生长模型的基础上,增加数据库管理系统和策略评估系统,通过有目的的模拟试验与分析评价来辅助用户进行管理决策。将Web技术应用于DSS是当前农业决策支持系统发展的主要方向。该研究在已有单机版基于生长模型的小麦管理决策支持系统的基础上,采用“Web浏览器/Web服务器/应用程序服务器/数据库服务器”四层结构设计,应用面向对象的程序设计、COM+构件化技术与WEB应用程序扩展技术,构建了一个具有较强兼容性、层次性和安全性的网络化小麦生长模拟与管理决策支持系统(GMDSSWM^W),具有系统管理、数据管理、动态模拟、方案评估、因苗预测、时空分析与系统帮助7项功能。系统的测试应用结果表明,GMDSSWM^W系统具备较强的远程预测功能、决策支持功能与动态调控功能,从而为构建网络化数字麦作系统及其它作物基于Web应用的管理决策支持系统奠定了基础。     

宁夏引黄灌区春小麦微咸水灌溉管理的模拟

为探讨宁夏引黄灌区春小麦适宜的微咸水灌溉管理模式,该文根据2007年田间试验的实测资料,应用SWAP模型在田间尺度上对微咸水灌溉条件下春小麦田间土壤水盐运移规律和灌溉制度进行模拟,对拟定的各种灌溉方案进行评价分析。结果表明,率定与验证的SWAP模型可用于当地微咸水灌溉管理,在当地微咸水与引黄水为1︰1的混灌条件下,试验年份春小麦优化灌溉方案为全生育期灌4水（分蘖水、拔节水、抽穗水和灌浆水）,灌溉定额为2 400 m3/hm2;在75%和50%降雨年型下,春小麦优化灌溉方案为全生育期灌4水（分蘖水、拔节水、抽穗水和灌浆水）,灌溉定额分别为3 000 m3/hm2和2 300 m3/hm2;在25%降雨年型下,春小麦优化灌溉方案为全生育期灌2水（拔节水和抽穗水）,灌溉定额为2 000 m3/hm2。该研究所提出的优化灌溉模式对于引黄灌区微咸水高效灌溉利用具有一定的指导意义。     

冬小麦微咸水灌溉制度的研究

通过中科院南皮生态试验站冬小麦微咸水灌溉试验,研究不同灌溉定额对土壤水分利用效率、盐分运移规律以及作物产量的影响,并进一步探讨灌区适宜的灌溉制度。研究结果表明,从水分利用效率大小、年内盐分平衡以及作物需水规律综合考虑,小麦生育期适宜灌溉定额为120 m³/667 m²。该研究结果为灌区地下微咸水的合理开发利用提供了依据。     

Water management and water uptake efficiency by potatoes: A review

Lack of adequate availability of water can adversely impact the total as well as marketable quality of potato tuber production. Tuber initiation stage is the most critical growth stage for water stress. In this paper, effects of different water regimes on tuber yield and quality under different production systems are discussed. Deficit irrigation in general showed negative impact on the tuber yield as well as quality. Soil water management influences the fate and transport of nitrogen in soils, therefore, best management practice of both water and nitrogen are critical to optimize uptake efficiencies and minimize leaching losses.     

设施葡萄智能化水肥管理体系研究

当前设施葡萄栽培中水肥盲目投入问题严重,因为缺乏灌溉决策标准导致农户实际生产中难以合理应用水肥一体化技术.利用基于NB-IoT网络传输的固态电阻传感器设备对设施葡萄根系土壤水分进行实时监测,建立了基于土壤水分张力的设施葡萄灌溉决策指标,并依托水肥一体化设备实现自动灌溉.研究结果表明:智能灌溉与施肥结合的综合管理比农户常...     

便携式土壤湿度检测装置用于精准灌溉决策系统

采用最先进的技术进行精准灌溉是现代农业发展的必然趋势,但在准确预测被监测区域的土壤湿度时,面临一个两难的处境:少量土壤湿度固定检测点不能良好地反映作物区域土壤墒情信息,而大量布置传感器检测点又使得投资成本较大。因此该文设计了一种便携式土壤检测装置,同时基于该装置构建了一个精准灌溉决策系统,并把该系统应用于田间的精准灌溉决策。该系统由便携式土壤湿度检测装置和上位机决策软件2部分组成,其中便携式土壤湿度检测装置由FDR原理土壤水分传感器MS-10、低功耗单片机C8051F410、蓝牙无线传输模块、数据显示模块以及部分外围电路组成,可以独立实现时间记录、数据存储和实时显示。经过试验标定,装置的允许最大误差为2.2%,设计精度为95%;上位机决策软件分为数据接收模块、分布式二进制一致性算法模块和系统操作界面3个子模块,分别采用Visual Basic、Matlab和Matlab GUI设计而成,实现对便携式装置所采集数据的无线传输、归一化处理和数据融合处理,能够根据不同区域划分和不同作物灌水下限进行相应的运算,从而得到估计精度较高、区域大小可调的多尺度精准灌溉决策信息。最后通过30 m×30 m草坪的土壤湿度为检测参数的田间验证,该系统的平均决策准确率大于90%,且可以根据需要增减检测点个数。因此既可以独立应用,也可以作为固定检测方式的有效补充,实现作物区域土壤湿度信息的精确采集,有效提高水资源利用率。     

中国旱作节水农业项目管理决策支持系统的设计

“中国旱作节水农业决策支持系统”是以GIS为平台结合数据库技术、多媒体技术、超文本技术和模拟分析技术以及分布式网络技术等现代计算机综合技术的具体应用。整个系统提供了对全国旱作节水农业动态发展的各类信息进行输入、存储、查询检索、统计分析、辅助决策的环境，目的在于探索应用现代技术进行旱作节水农业资源评估和项目管理，为各级有关部门投资决策、技术咨询提供自动化管理和服务的方法。该文阐述了系统设计思想与其中的关键技术。     

Effect of soil water management and different sowing dates on maize yield and water use efficiency under drip irrigation system

A 2-year field experiment (2012–2013) was conducted to evaluate the yield and water use efficiency (WUE) response of maize (Zea mays L.) to different soil water managements at different sowing dates. The experiment included three sowing dates (22 June, 6 July and 21 July) and four irrigation regimes based on maximum allowable depletion (MAD) of the total available soil water (TAW). The irrigation treatments were marked by I₁ to I₃ as 40%, 60% and 80% MAD of TAW, respectively, and with no irrigation. The results showed that grain yield reduced when planting was delayed in both years, ranging from 6105 to 4577 kg ha^?1 in 2012 and from 7079 to 5380 kg ha^?1 in 2013. However, WUE increased when planting was delayed from 22 June until 21 July. Also the highest grain yield was observed in the first irrigation treatment (MAD = 40%) in both years, and the highest WUE was obtained in the second irrigation treatment (MAD = 60%) with 1.64 and 1.61 (kg m^?3) in 2012 and 2013, respectively. These findings suggest that delay in planting date and the use of MAD = 60% treatment in Mediterranean-type region such as Golestan, Iran, can be useful in saving water that is highly important in such regions.     

油菜栽培管理知识模型及决策支持系统研究

将系统分析原理和数学建模技术应用于油菜管理知识表达体系，通过解析和提炼油菜生育指标及栽培技术与生态环境和生产技术水平之间的基础性关系和定量化算法，构建了具有时空规律的油菜栽培管理动态知识模型；并进一步利用软构件技术在Visual C⁺⁺平台上构建了基于知识模型的油菜管理决策支持系统(KMDSSRM)，实现了不同环境条件下的油菜播前方案设计及产中调控指标预测。其中，播前方案设计包括产量目标与产量结构，品种选择，播种期，基本苗和播种量，移栽方案，肥料运筹及水分管理等；调控指标预测包括叶龄动态，叶面积指数动态，角果皮面积指数动态和干物质积累动态等。油菜栽培管理知识模型的建立，克服了传统油菜栽培模式及专家系统地域性强和广适性差的不足，从而为实现油菜栽培管理决策的定量化和数字化奠定了基础。     

不同灌水技术要素组合下畦灌灌水深度的控制目标

研究地面灌溉反馈控制技术,加强对灌溉过程的控制和管理是当前改进地面灌溉技术的重点所在。该文基于以往研究成果,结合农民实际灌水经验,提出3种灌水深度控制目标(即田面最小灌水深度大于0时关口,入渗最小的1/4区域的平均灌水深度等于灌溉需水量时关口,田面最小灌水深度等于灌溉需水量时关口),并借助灌溉模拟模型以确定关口时间,从而控制灌溉水量。将田间试验与数值模拟相结合,分析不同土质、地形、畦长、入畦单宽流量下灌溉性能指标值对3种灌水深度控制目标的响应关系,确定不同灌水技术要素组合下适宜的灌水深度控制目标。结果表明,灌水深度控制目标对灌溉性能指标值的影响程度受畦长影响最为明显,其次是田面坡度和土质、再后是田面平整精度,入畦流量的影响不明显。砂壤和黏壤土质下畦长为50 m时,灌水深度控制目标取入渗最小的1/4区域的平均灌水深度等于灌溉需水量时关口最佳;畦长为100 m时,零坡度下灌水深度控制目标取田面最小灌水深度大于0时关口最佳,有坡度下取入渗最小的1/4区域的平均灌水深度等于灌溉需水量时关口最佳;畦长为150 m时,除黏壤土有坡度田面平整精度好的情况采用入渗最小的1/4区域的平均灌水深度等于灌溉需水量时关口最佳外,其他建议采用田面最小灌水深度大于0时关口。研究成果为畦灌反馈控制方案的制定提供了决策依据。