基于WebGIS 中国农田养分平衡与环境风险评价系统的构建

在分析了ArcIMS的体系结构及其运行机制的基础上,基于ArcIMS9.0平台,采用空间数据引擎技术、数据库技术及ASP.NET编程技术,结合农田养分平衡模型和环境风险评价模型,设计开发基于WebGIS中国农田养分平衡与环境风险评价系统。系统主要包括远程基础数据库管理、基本数据查询分析、养分专题制图、在线养分平衡分析、环境风险评价分析及施肥策略咨询等6大功能,将农业基础数据通过模型运算的结果与地图数据相结合,实现了全国范围内基本农业数据、农田养分平衡与环境风险等信息的在线共享、评价与施肥咨询服务。     

保山市农田环境质量检测评价结果与分析

结合保山实际情况,把农田环境质量分为重点污染区和一般农区2类区域进行检测评价,采取农田环境质量与农产品质量同步进行检测的方法进行综合评价。通过检测评价,初步掌握了保山市农田环境状况,为保护和治理农田环境、促进农业可持续发展和优质农产品发展区域布局提供科学依据和实际指导。     

农田磷的环境风险及评价研究进展

本文综述了农田磷环境风险及其评价研究进展。着重阐述了农田磷的迁移途径、农田土壤磷水平、土壤磷的吸附和解吸特性以及磷肥和有机肥用量等对农田磷地表径流流失和渗漏的影响;农田土壤磷环境风险评价方法及P-index评价方法的建立和应用等。提出了今后该领域的研究方向。     

农田肥料投入监测与养分平衡分析

通过15年对农田肥料投入与产出的定点监测，得出了如下几个结论；有机肥投入量减少较快，平均年递减率达9.3%；农田氮素投入过剩，化学氮素中稻和棉花田增加了89.8%；磷素基本达到平衡；而钾素投入严重不足，1999年四种作物钾素平均亏缺108.9kg/hm^2，从而导致农田速效钾含量下降过快，平均年下降2.7mg/kg，在今后的施肥中应加大平衡施肥技术的推广力度，利用各种途径增施有机肥，使农业走上持续稳定发展的道路。     

基于无线传感器网络的无人机农田信息监测系统

移动无线传感器网络技术为农田信息监测提供了高效可行的技术手段。该研究根据南方农田地块相对分散、丘陵山地多,农情信息获取环境恶劣、采集数据时间周期长、网络分割成块的特点,利用UAV(unmanned aerial vehicle)具有的高效、灵活的特性,结合低功耗无线传感器网络,提出一种满足南方农田信息获取采样和数据业务需求的三层架构的无线传感器网络体系结构TUFSN(three-tire unmanned aerial vehicle farmland sensor network),其由数据采集层、中继传输层和移动汇聚层组成,该体系结构具有系统结构合理、可扩展性好、系统整体能耗低等特点。通过仿真可得中继节点RN（relay node）的缓存大小范围为3～13kB,系统试验中携带移动节点的UAV以1m/s的速度、15 m的高度在农田上空飞过,飞行过程中与地面中继节点通信并采集农田信息,UAV与地面中继节点的平均通信时长为26 s,仿真和试验表明,基于UAV的三层架构农田信息采集无线传感器网络很好地满足了南方地区农田信息数据采集和监控的生命周期长、传输数据可靠、覆盖面积广的要求。     

农田水分监测与决策支持系统的实现

农田水分的实时采集、传输与处理是精细农业中实现节水灌溉的重要环节，而长期困扰该环节的一个技术瓶颈是实时数据的分布式采集与联动式决策的一体化处理。该文提出了一种基于GSM和FSK技术的农田水分监测与决策支持系统解决方案。该系统采用AT89C51单片机、嵌入式MCU结合TC35T模块、FSK模块和传感器组成数据采集终端，通过FSK调制技术实现不同采集单元间的分布式数据通讯。采集到的数据通过GSM网络传至PC监控机，经水分决策支持系统将决策结果以SMS短信形式发送到用户手机上。该系统在新疆兵团111农场70 hm²滴灌棉田得到应用，实现了农田水分实时监测、数据无线远程传输与灌溉科学决策的智能化管理。该系统的实现为大范围、多测点无人值守农田进行数据采集、传输和处理提供了一套可行的技术框架。     

浙江省标准农田地力与评价

通过对浙江省66.7万hm2标准农田耕层土壤抽样调查研究,按照标准农田建设现状,选择14个评价指标,运用专家经验法,确定指标权重,以综合地力指数将浙江省标准农田评定为5个等级.浙江省标准农田土壤表层砾石含量少,耕作层砂、黏适中,耕性尚可;与全国第二次土壤普查的结果相比,表现出土壤紧实的趋势,土壤有机质略有下降,酸性变强,有效P、速效K增加,但含量分异加大.通过调查与评价,标准农田以二等和三等田为主,占调查样本的85%左右.该结果将为今后的标准农田建设和培肥地力提供科学依据.     

基于Web数据库的农田信息服务系统

本文系统地阐述了建立农田信息系统和重要性和农田信息服务系统的内容,分析农田信息服务系统的数据特点和网络数据库建设的相关技术,设计出基于ＷＢＢ的农田信息服务系统,为中德项目的二期工程建设奠定了坚实的基础。     

小流域综合治理的动态监测与效益评价研究进展

在分析小流域综合治理过程与特点的基础上，论述了动态监测的基本内容，回顾了动态监测的发展过程和各阶段的特点，并重点研究讨论了手工调查，遥感技术和计算机等技术的应用及各自的优缺点，同时较详尽地分析，论述了国内外各种动态监测模型的特点和应用范围，对比，讨论了小流域治理效益评价研究中的指标，指标体系和评价方法，最后提出了动态监测和效益评价等研究存在的基本问题和解决途径。     

基于电阻率层析成像技术的农田土壤优先流原位动态监测

针对现有观测技术无法原位监测和判别农田土壤优先流类型、发育位置和演化过程的问题,该研究采用电阻率层析成像技术对野外大尺度条件下的NaCl溶液入渗过程进行原位监测,根据不同时刻监测的剖面视电阻率分布对试验区域的土壤结构分布特征进行分析,对优先流通道发育位置、优先流类型和演化过程进行识别,同时对电阻率层析成像技术识别优先流的精度进行研究。结果表明,试验区域的土壤结构性质不均匀,水平方向5.0～10.0 m范围内的土壤较水平方向0～5.0 m范围内的土壤更为密实;入渗过程中在试验区域土壤疏松区水平方向4.0～5.0 m区间中有非均质指流形成;该指流通道在灌入NaCl溶液9～14 min完全形成,在灌入NaCl溶液60 min时完全退化成基质流;幂函数模型可用来建立剖面视电阻率与Cl-浓度之间的关系。研究成果对农田土壤优先流发育位置与演化过程的原位监测与识别以及防治因水和溶质优势入渗而引起的资源浪费、环境污染和工程地质灾害等具有参考价值。     

基于规则网格的农田环境监测传感器节点部署方法

为了实现农田环境监测传感器网络节点合理布局,在分析应用需求基础上,提出基于采样间距rs和节点通信范围rc进行节点部署。设计了等边三角形、正方形、正六边形规则网格的系统节点部署和系统随机节点部署2种方法,并分别给出了2种方法中3种规则网格单元边长最大值的求解方法。此外,通过比较部署成本、连通性等指标探讨了最佳规则网格节点部署方案的选取原则,为农田环境监测应用中传感器节点的合理布局规划提供理论依据。     

基于农用地分等的耕地产能监测体系研究

为了建立一个基于农用地分等的耕地产能监测体系,结合中国农用地分等和产能核算工作进展,确定了耕地产能监测的相关定义和原则.在土地可持续利用与管理的理论框架下,设计了耕地产能监测的体系,构建了监测样点与监测样区相结合、重点监测和基线监测相结合的耕地等别及其产能监测流程.基于农用地分等的耕地产能监测体系主要解决了监测样点与非监测样点的关系问题,耕地等别及其产能渐变与突变的监测问题和传统监测方法与新技术手段相结合的问题.     

基于低功耗广域网的海岛水产养殖环境监测系统研制

针对海岛环境中水产养殖区域分散、工作环境恶劣、人工巡检不便等问题,设计了基于低功耗广域物联网的海岛养殖环境监测系统。系统包括集成Arduino和传感器的终端采集节点,通过LoRa技术实现数据汇总和远距离传输的汇聚网关,利用Python与PostgreSQL开发用于数据接收、存储、处理、访问和控制的后台监测系统。通过对网络拓扑复杂度、能耗等方面的评估,表明在海岛环境下部署水产养殖环境监测系统,相比传统Zigbee多跳无线传感网,采用LoRaWAN,其单跳节点覆盖范围更大,而网络复杂度、能耗等更优。测试表明该系统能以较低功耗实现整片区域内远距离数据采集,有效传输养殖区水体环境数据。网络生存期与传输可靠性测试表明,当传感器节点采用3.7 V/4 200 mAh锂电池,上传周期为30 min时,监测网络的有效生存期理论上可达2.4 a;在800 m通信范围内,发射功率为20 mW时,节点丢包率小于3.6%,具有较高的通信可靠性。该研究可为水产养殖生产和物联网应用研究提供有效参考。     

基于SOA的农田测绘成图系统的设计和实现

农田电子地图是实施精准农业的重要基础数据,但长期以来它的绘制都需要专业的测绘设备、制图软件和技术人员。因此,利用GPS,GPRS和服务器GIS等技术,设计和实现了基于面向服务的体系架构（SOA）的农田测绘成图系统。该系统包括数据层、构件层、服务层和应用层。前3层对外提供了一系列数据和功能服务,实现自动成图、影像底图和测绘成果下载等功能;而应用层作为这些服务的请求者,包括基于智能手机的农田测绘设备和地图数据管理系统,前者能够实现待测区域影像下载,测绘信息上传和成图结果预览等;后者为用户提供了浏览、查询和下载测绘数据的快捷途径。通过在北京小汤山国家精准农业示范基地的试用,该系统能完成大田、设施和果园等多种农田地物的快速测绘,形成农田电子地图。     

基于物联网的层叠式鸡舍环境智能监控系统

由于层叠式鸡舍的饲养密度大,因此对养殖环境要求高,目前,对层叠式鸡舍环境监测多采用功能单一的检测仪器,操作复杂,且监测的位置点较少,很难反映层叠式鸡舍环境的整体情况,该文研制了一种基于物联网技术的蛋鸡养殖环境智能监控系统,针对层叠式鸡舍复杂结构,设计了一种监测布点的拓扑结构,可以实现对层叠式鸡舍环境参数的实时在线监测,可以对采集数据进行本地存储记录和远程发送,用户可以通过网页或智能手机APP进行鸡舍环境数据实时查询。试验发现鸡舍内温度、CO₂、硫化氢和氨气浓度分布符合畜禽场环境质量标准,而光照强度、风速、湿度和PM10局部分布不合理,并给出了相应的优化措施。实践表明,该系统运行稳定、测量数据精确,适合对鸡舍环境进行精准监测,在规模化畜禽精准养殖方面具有广泛的应用前景。     

基于Proteus和Keil软件的温室环境监测系统开发

针对现有农业环境监控系统设计方式的不足,该文研究与开发了一套温室、大棚监测系统,用于测量空气温度、湿度及二氧化碳浓度。该系统引入Proteus与Keil软件联合调试的开发方式,采用C#语言构建了具有良好交互功能的上位机软件,引入Access数据库管理历史数据;解决了关键数据的处理、串口中断数据流的构建、Access数据库的设计、Proteus软件与上位机的通信等系统若干关键问题。系统实际运行良好,验证了所采用开发方式的有效性。     

基于农用地分等的耕地资源安全评价及整治分区

为快速准确的掌握耕地资源安全要素的时空变化信息,推进小尺度耕地资源安全保护实践,文章以昌黎县为研究区域,运用文献研究法对耕地资源安全内涵的构成进行了完善,并构建了县域耕地资源安全评价框架体系.研究以昌黎县2015年农用地分等成果作为数据基础,结合同期土地利用调查、农业地质调查、土壤实地采样检测等数据信息完成数据库建设;运用单指标评价法,对耕地资源安全要素逐一进行评价.评价结果显示:全县有接近15％的耕地粮食单产水平较低,接近10％的耕地灌溉保证不足,接近15％的耕地土体剖面构型处于安全等级以下,接近10％的耕地有效磷的含量偏低;另外,全县耕地有机质含量偏低;铜元素含量出现极小面积的低度不安全;化肥的使用量在全县处于低度不安全级别.文章按照整治技术手段和监测管理措施一致性原则将不安全评价结果图进行分组并叠加,划出综合工程整治区、肥力提升区、退耕区,并对应提出整治及监测管理制度.研究表明:利用农用地质量分等成果能够快速完成耕地资源安全数据建库,并能促进耕地资源安全监测和诊断的常规化,可以高效地推行耕地资源的全要素管控.     

基于标准样地国家级汇总的耕地质量动态监测点构架研究

该文以黑龙江、吉林、辽宁、山西、河南、安徽、湖南、湖北、江西中部九省为研究区域,以农用地省级汇总成果为主要数据来源,首次将标准样地国家级汇总成果与耕地质量动态监测相结合,对基于标准样地国家级汇总的耕地质量监测点的选取进行初步探讨,完成中部九省标准样地国家级汇总数据库建设,并分析九省国家级标准样地在不同等别及二级区上的分布情况,在此基础上,进行基于标准样地的耕地质量动态监测点的选取,最后,对标准样地体系提出参考性建议。     

基于数据仓库的土壤环境监测综合挖掘模型构架

为解决土壤环境监测全流程优化问题,提出了监测流程综合挖掘方法,采用数据仓库和工作流挖掘技术,构建了一个土壤环境监测综合挖掘模型构架.首先,采用雪花结构建立了数据模型构架,为流程挖掘提供数据底层;然后建立了监测流程综合挖掘模型构架,给出了监测单元挖掘、监测点位挖掘和监测数据挖掘,以及综合挖掘的模型函数和参数,以局部优化和全局优化的思路实现了土壤环境监测全流程优化.研究结果对于提高土壤环境监测效率,拓展LIMS实验室信息管理系统功能,构建土壤环境监测数据仓库和专家系统提供指导.     

种鹅舍环境智能监控系统的研制和试验

针对种鹅反季节繁殖生产中硬件设备功能低下、难以实施舍内环境操作的适时精细调控、难以获取记录舍内环境数据进行问题溯源等问题,提出一种专门应用于种鹅反季节繁殖生产舍的环境智能监控系统。该系统通过BP神经网络建立温湿度智能调控模型,取代人工手动操作以满足舍内环境要求。通过GPRS模块无线传输舍内环境参数,并利用其GSM功能通过移动终端远程控制风机、照明、水泵等设备。以EXT、Hibernate和Spring为基本框架技术,构建了轻量级、强壮的多级缓存的J2EE企业级Web应用程序,实现鹅舍环境参数的远程监控,并与现有商用人工控制器进行了现场试验和性能对比。试验结果表明:该智能监控系统长期运行稳定、可靠,能够满足鹅反季节繁殖对光照和温湿度的环境调控要求。与人工粗略控制、上海梵龙的畜禽控制器相比,控制精度分别提高5.49%和2.83%。在夏季风机湿帘负压通风降温时测定的舍内温度相对于设定值的均方根误差分别为0.202、0.494、0.372℃,相对湿度相对于设定值的均方根误差分别为1.745%、3.166%、2.621%,控制效果显著优于人工粗略控制和现有控制器(P0.05)。在精准的光照调控下,种鹅均能按预期的时间开产,并在高峰期长期维持产蛋率35%~45%,表现出稳定、良好的产蛋性能。