一种智慧果园系统的设计与实现

结合目前果园对智能化管理的需求,设计开发了一种智慧果园系统。基于MQTT远程控制技术,借助无线传感器可获取作物实时生长环境信息;无人机航拍可获取作物病情、虫情和苗情等参数和视频图像信息,利用数据分析方法实现对作物的灾情预警、预报分析,为用户提供科学的种植指导建议;通过对机器人和电磁阀的智能控制,实现了果园的智慧种植和水肥一体化智能灌溉。系统功能丰富,操作简单,更加高效地实现了果园的智能化管理。      

小规模智慧果园系统设计

近年来,随着物联网技术和信息技术的高速发展,果园智慧化已成为当今理论界和实践界的热点话题。针对我国果园存在规模小、种植技术机械化及智能化程度低、生产效益低等问题,在智慧农业背景下,将物联网、通信网络及数据库等技术运用到小规模智慧果园的信息采集、信息传输、信息处理和用户功能的系统设计中,可实现果园规模化、智慧化和高效化。该智慧果园系统设计对于整合果园生产资源、优化经营方式、降低果园生产成本和推动果园产业升级具有重要意义,可为果农种植管理提供帮助。      

基于PLC的果园水肥一体化控制系统设计

为保证果园作物的养分需求,使水肥混合溶液更地好满足果树生长需要,设计了一个基于PLC的果园水肥一体化控制系统。系统以西门子S7-200 SMART PLC为核心,包括灌溉水过滤子系统、混肥子系统及施肥和反冲洗子系统,通过魂魄支持Modbus通讯协议的压力传感器、液位传感器、pH值传感器、EC值传感器和土壤湿度传感器来检测系统运行参数和土壤湿度。使用西门子SMART 1000 IE V3触摸屏完成了人机交互界面设计,包括开机界面、手动控制界面、自动控制界面、历史数据界面和动态监控界面,用户可以直观查询设备的运行参数、便捷制定灌溉施肥方案。试验结果表明:系统实现了水肥溶液的精准调节,在20s内可以将水肥溶液的pH值保持在7.0,在20min内将溶液EC值保持在1 500μS/cm,从而完成混肥过程,提高了水肥利用效率,保证了设备的高效、稳定运行,在我国果园种植中具有广阔的应用前景。     

泵站智慧管控一体化平台的研究

本文研究开发大型泵站机组安全、运行、调度、分析、决策统一构建的泵站智慧管控一体化平台,从而实现机组运行状态监测与诊断、泵站运行经济性分析、优化调度辅助决策及泵站信息全方位展示等功能。在南水北调东线一期工程山东段邓楼泵站自动化系统升级改造项目中应用示范,充分利用大数据、物联网、云计算对泵站各类信息进行深入挖掘分析,实现全方位数据感知、全自动安全控制、全场景智能预警、全方位安全预警预测,达到“远程控制自动化、业务管理信息化、调度决策智能化”的目标,实现了调度生产指标可视化、运行状态管理集约化、运行调度智能化和泵站智慧管控一体化。     

水肥一体化滴灌技术在果园中的应用

在农业经济发展进程中,果园水肥由于受到相关因素的影响及限制,水肥合理利用仍存在较大问题。这就需要在原有灌溉技术上进行优化改善,从节省人力、物力及提升肥料利用率来看,水肥一体化滴灌技术的效果较好。该技术不仅能对果园温度和湿度进行控制,还能减少环境污染问题。因此,在水肥一体化滴灌技术实际应用阶段,应当重点掌控以下几个技术要点,使其能效发挥至最大,为果园中作物的正常生长奠定基础。本文就水肥一体化在果园中的应用进行了阐述和分析。     

果园管理机存在的问题与对策研究

果园管理机作为辅助果农日常管理的多功能机械,在解决我国当前果园机械化率严重偏低的问题上具有突出优势。但由于缺乏技术和研发投入,果园管理机的发展较为缓慢,在车辆通过能力、作业功能、智能化和协同作业方面还有很大的发展空间。研究小组通过对果园管理机的发展趋势与现存问题进行分析,并就优化果园管理机的相关性能提出了提升山地通行能力、完善功能模块、提高智能化水平、增强产品协同性等对策建议,以期促进果园管理机更好地发展与普及,推动果园管理现代化,让广大果农从科技发展中享受到农业现代化带来的红利。结果表明,我国未来将出现标准化果园和传统果园共存的局面,果园管理机在我国的发展前景光明。     

智能农机在广东省智慧果园多环节市场应用现状与对策研究

【目的】应对科技发展浪潮下的数字化变革,推动广东省农业向着数字化、智能化、可持续发展的未来迈进。【方法】课题组通过分析广东省智慧果园管理、种植、农田保护和收获等环节的智能农机市场应用现状,系统性地总结了智能农机在提高生产效率、优化资源利用、推动绿色农业发展等方面的巨大潜力,并从技术创新与研发投入、农民培训与意识提升、政策支持与市场引导三个方面,提出了具体的数字化发展对策。【结果与结论】通过政府、农民、企业等多方主体的持续发力,可以更好地解决智能农机当前发展面临的问题,不仅能够推动广东省农业产业的现代化,而且有望为全国农业领域提供可借鉴的经验,共同促进农业的高质量发展。     

现代果园作业平台设计与试验

针对现代矮砧密植果园中苹果采摘、运输等作业环节劳动强度大、人工作业效率低以及人工作业安全保障性差等问题,设计制造了一种现代果园作业平台。该作业平台采用全液压驱动系统,前轮转向,后轮驱动,具备低速大扭矩特征,通过液压缸升降实现果箱在作业平台中装卸和平台的升降以及扩展功能。对样机进行爬坡、转弯和行走等性能测试,相关指标达到设计要求。结果表明,样机升降1.3 m,最大行驶速度8 km/h,最小转弯4 m,平台展开宽度3 m及外形空间尺寸等指标,满足工作实际要求,适合现代矮砧密植果园作业模式需求。      

水肥一体化技术在果园中的应用

1 果园肥水存在的主要问题（1）缺肥缺水。我国果树发展的基本政策是“上山下滩,不与粮棉争地”。绝大部分果树种植在丘陵山地、坡地。缺乏灌溉设施和水源是影响果树生长的重要原因。天旱时无法灌溉,果实发育和枝梢生长期得不到合理的水分供应。缺水后导致植株生长慢,果实小,品质差。产量低,效益差。     

基于数据挖掘的智慧农业平台设计

在信息技术迅猛发展的今天，农业信息网站的功能也有待提高，不仅要做到能够浏览、查询和下载，而且要进一步发展，实现对数据的动态分析与预测。专业的数据挖掘在技术上能够做到，但是由于太强的专业性并不能被普通的农业人员使用。在分析了目前农业平台存在问题的基础上，提出了构建基于数据挖掘的智慧农业平台的设想，对于一些基本必要的如地力等级分析和产量预测等功能进行了设计与实现，具有操作简单、易于分析等特点。      

国内外果园水肥一体化设备研究进展及发展趋势

水肥利用效率是制约我国果品生产的重要因素之一,随着果园种植面积的不断扩大,果园水肥利用效率低的问题愈发严重,这对果园水肥管理提出更高的要求。近年来水肥一体化技术在果园节水节肥中表现出明显优势,发展前景受到国内外广泛的关注。对国内外水肥一体化主要技术模式及关键设备的研究进展进行总结,分析我国水肥一体化设备发展中存在的主要问题:自主研发能力不足、智能化水平较低、市场价格较高、推广应用水平亟待提高。同时阐述注重技术研发、降低生产成本、构建信息共享平台是我国水肥一体化设备发展的重要趋势。     

基于物联网的果园药水肥一体化控制系统设计与实现

针对山地丘陵果园生产作业中,病虫害防治和灌溉工作量大,人工成本上升,同时我国当前施肥模式粗犷、水肥浪费量大、肥液浓度不好控制等问题,结合物联网技术和互联网技术设计一种基于物联网的果园药水肥一体化控制系统。该套系统以基于CC2530的ZigBee节点为基础,结合MCU单片机及各类传感器,通过ZigBee网络实现远程监测和控制执行模块执行各种功能,同时采用模糊控制对水泵进行精准控制,实现对果树的精准施药、施肥和灌溉,并进行试验验证。结果显示,ZigBee网络的丢包率与距离没有明显关系,与上位机软件发包频率有一定关系;系统能够实现远程监测与自动控制,实时显示空气和土壤湿度、EC值和pH值等监测数据;混合药池的EC值经过系统调节690 s左右,达到设定值1.5 ms/cm,土壤EC值经过系统调节810 s左右,达到设定值1.2 ms/cm附近;同时系统根据不同的土壤EC值与混合药池EC值执行不同的灌溉方案与混肥、施肥方案,精准控制灌溉施肥,有较好的稳定性。     

基于无人机平台的智慧农业系统研究与应用

智慧农业是利用数字技术、数据分析和人工智能等先进技术手段,对农业生产进行精细化管理和智能化决策的一种新型农业生产模式。它可以通过实时监测、预测和调控土壤、气象、水文、植物生长情况等各方面信息,为农业生产提供高效、经济、环保的解决方案。无人机的应用给智慧农业发展带来了巨大推力,既可提高农业工作的效率、降低成本,同时也为智慧农业更加智能化、精细化提供了必要的技术支持。因此,课题组通过分析基于无人机平台的智慧农业发展现状,剖析无人机在智慧农业中的应用优势和应用场景,重点对数据获取端的数据感知系统功能、农业植保无人机任务载荷系统功能、农业植保无人机和农情监测无人机选型进行了详细论述。     

智慧果园构建关键技术装备及展望

传统果园生产中面临着人口老龄化带来的劳动力短缺、农机作业装备与生产资料管理困难、生产效率低下等问题,通过建设融合物联网、大数据、装备智能化等技术的智慧果园,可有望解决上述问题。为应对北京市农业现代化建设需求、引领中国农业发展方向,基于桃、梨果园全程机械化、智能化管理等目标,本研究在北京市重要的桃、梨等优势果品产区——平谷区峪口镇西营村构建了约30 hm²梨与桃的智慧果园。果园中应用了10多种病、虫、水、肥、药的各类信息获取传感器,装备了28种机械化、智能化技术支持的农机装备,采用的关键技术包括智能信息获取系统、水肥一体管理系统以及病虫害智能管理系统,智能作业装备系统包括无人驾驶割草机、智能防冻机、开沟施肥机、自动驾驶履带智能仿形变量喷雾机、六旋翼枝向对靶无人机、多功能采摘平台以及整理修剪机等。同时,在果园中还构建了智能管理平台。经比较发现,智慧果园生产模式可减少人工成本50%以上,节省农药用量30%～40%、肥料用量25%～35%、灌溉用水量60%～70%,综合经济效益提升32.5%。智慧果园的推广实施将进一步推动中国果业生产水平的提高,促进中国智慧农业的发展。     

丘陵山区果园作业平台的设计与试验

为解决目前丘陵山区修剪果树和采摘果实主要靠爬树、登梯容易造成失稳及现有机械不能自动调平的问题,设计了丘陵山区果园作业平台。经计算和分析,确定该机配套动力为13.2k W小四轮拖拉机,采用静液压三角形调平机构和180°回转结构,可实现工作平台的自动调平和回转。对升降平台进行性能检测,结果表明:其工作性能稳定,最大承载质量150kg,最大提升高度1.5m,回转转速0.1r/min,升降速度0.1m/s,水平面、10°和2 0°坡面上调平误差均在0°~3°范围内,满足设计要求。     

果园运输机钢丝绳损伤试验平台设计与试验

在阐述山地果园牵引式双轨运输机用钢丝绳动力学与接触力学模型的基础上,搭建了基于PLC模拟钢丝绳实际运行的绕卷试验平台,设计了试验平台的变频调速系统与控制系统,并安装和调试了张紧力自动调节装置;搭建了一套基于漏磁法的钢丝绳断丝与磨损检测平台,进行了钢丝绳探伤仪断丝与磨损可靠性试验。在拉力传感器标定与调节装置性能测试试验中,推拉力计的拉力输出值与注水质量呈线性关系,且试验张紧力偏差浮动范围为-130～85 N,结果满足试验要求。钢丝绳断丝与磨损检测试验结果表明,在模拟断丝数依次为10、20、30根的情况下,试验绳10次重复试验检测的断丝数与实际值相同,说明检测平台可精确检测钢丝绳断丝数及断丝位置;但是,通过探伤仪检测的模拟磨损情况与实际值偏差较大,无法对钢丝绳磨损进行准确的检测。     

绿色多功能果园作业平台的设计与试验

研制一种电驱动多功能果园作业平台,该平台以电动机替代内燃机,有三种控制模式,搭载不同配件,能高效完成采摘、修剪、运输、称重、自卸等作业,可实现一车多用.经试验,该平台安全性能满足DG/T 212-2019《果园作业平台》要求,各项性能指标均达到设计要求.     

小型果园电动作业平台的设计与试验

为了提高丘陵地区果品采摘、果树修剪等作业效率,基于PID控制算法理论研发了一种集采摘、运输、修剪于一体的小型果园电动作业平台,结构简单、操作方便.田间试验结果表明:平台性能稳定,续航能力强,可在0°～10°坡地果园进行高空农事作业,修剪效率可达纯人工修剪效率的4.5倍,满足果园作业农艺要求,可提高果园作业效率,降低劳动...     

果园作业升降平台设计与剪叉分析

利用Autodesk Inventor三维软件设计了一款轮式果园作业升降平台,其针对新式果园(即果园)采用矮砧密植种植模式,株行距2m×4m,树高3.5~4m,枝展1.5m左右。此种果园将园艺与农机结合,易于机械化作业的实现。剪叉是升降动作的主体,其稳定性是着重考虑的因素之一,剪叉的静力学性能直接影响安全性,同时剪叉固有频率与工作频率相近会对稳定性有不利影响,因而进行了静力学强度校核与模态分析。结果显示:剪叉臂静力学强度符合要求,剪叉机构的固有频率从19.686~58.965Hz逐渐变大,后期发动机选用时应当参考此结果。     

山东:"果园水肥一体化节水灌溉技术示范"项目通过验收

由山东省农机推广站承担的“果园水肥一体化高效节水灌溉技术集成”农业部优势农产品重大技术推广旱作节水农业项目，于2004年12月26日通过农业部验收。