基于GIS的区域农业气候资源量化分析与评价

探讨了综合量化区域农业气候资源的量化指数与计算方法，在获取量化数据方面，介绍了在GIS平台上利用有限的实测气象台站原始资料以及研究区域的等高线和行政区建立基于单个网格的区域农业气候资源要素数据库，以提高量化数据的精度。以重庆地区为实例，利用光、热、水单项资源指数、总量指数、结构指数和效能指数等量化指标，并以区县市为评价单位对整个重庆区域的农业气候资源进行了综合的量化分析与评价。     

采用染色示踪技术的土壤优先流自动分割与量化系统

针对土壤染色图像色度不一致、染色/非染色区域对比度低的特点,以及现有土壤染色图像分割方法自动化程度弱的问题,该研究提出一种土壤优先流自动分割与量化系统。该系统采用基于H分量改进的模糊C均值方法（Fuzzy C-Means Based on H Component and Morphology,HM-FCM）实现染色区域的自动分割,运用数学统计法提取总染色面积比、基质流深度、优先流比等特征参数,实现对土壤染色区域的量化分析,以揭示优先流的发育程度。并基于2种林地染色图像验证了系统性能。试验结果表明：1）HM-FCM法对于天然次生林和榛子林图像均具有最佳分割效果,其分割准确率为87.9%和83.3%,调和平均值为90.5%和80.3%;2）2种林地土壤染色区域总体集中于0～50 cm土层,优先流具有不同发育程度（P<0.05）。该系统可为优先流路径的空间演变提供技术支持和理论依据。     

中国主要农业区保护性耕作模式技术特征量化分析

对中国5个主要农业区的28种典型保护性耕作模式的技术特征进行量化分析与评价。结果表明:各区域的保护性耕作模式总体上都表现出较高的"保护度"(Cd),具有"少裸露"、"少动土"、"高保蓄"和"高效益"特点,但是"少污染"特征总体表现较差;各区域模式的技术特征表现不一,但基本上都与区域实际需求相吻合;东北平原保护性耕作主要表现为高保蓄和少动土,但是化肥农药使用增加;黄土高原主要表现为少裸露,但经济效益却低于传统耕作;农牧交错带主要表现为少裸露和高效益;长江流域主要表现为高效益和高劳动力消耗;华北平原地区的部分保护性耕作在土壤保蓄方面表现突出,但在减少土壤扰动和增加经济效益方面表现不明显。根据评价结果,中国保护性耕作的研究要继续突出不同区域特点,针对目前存在的不足,进一步通过共性关键技术与配套技术的有效组合,形成区域特色保护性耕作技术体系。     

不同保护性耕作模式的技术特征值及其量化分析

针对当前中国保护性耕作技术发展模式类型多样,缺乏统一的界定标准问题,从保护性耕作技术的“三少两高”（即少动土、少裸露、少污染、高保蓄、高效益）的基本原理出发,确定了保护性耕作模式的共性技术特征评价指标体系,并以吉林省粮食主产区4种玉米保护性耕作模式进行案例研究。结果表明,4种模式的与传统的生产方式对比,均表现出一定的“保护性”效果,但综合保护度表现出较大的差异,其中玉米留茬直播种植技术模式的综合保护度最高,为26.65;其次是玉米留茬垄侧种植技术,为25.37;玉米宽窄行交替休闲种植技术的综合保护性显著低于前两种模式,为16.01;玉米灭高茬深松整地种植技术模式的综合保护度最低,为13.45。因此,在技术推广示范的选择上应该优先选择综合保护度相对高的模式,对于综合保护度较低的模式,应该进一步加强技术研究以完善该技术模式。     

渭河流域潜在蒸散发时空演变与驱动力量化分析

潜在蒸散发（ET0）是水文循环和能量循环的重要组成部分,揭示ET0的时空演变特征及其对气候变化的响应,有助于进一步了解变化环境下水循环演变机理。该研究利用渭河流域16个气象站1960－2019年的逐日气象资料,基于FAO-56 Penman-Monteith（FAO-56 PM）公式计算ET0,采用线性倾向估计、趋势检验和插值方法对其时空变化特征进行分析,并基于敏感性分析和贡献率定量识别影响ET0变化的主导因子。结果表明：1）年尺度上,渭河流域气压（0.04 kPa/10a）和平均气温（0.30 ℃/10a）呈显著上升趋势,风速（?0.05 m/（s·10a））和日照时数（?18.79 h/10a）呈显著下降趋势,相对湿度（?0.32%/10a）呈不显著下降趋势;2）年ET0以2.51 mm/10a的速率呈不显著上升趋势,除夏季外,其余季节ET0呈上升趋势,其中春季ET0呈显著上升趋势;空间上,年ET0自东北向西南递减,变化范围为763.49～954.32 mm;3）年ET0变化的主导因子为相对湿度与风速,贡献率分别为2.36和?2.32;季尺度上,春、秋季ET0变化的主导因子为相对湿度,夏季为日照时数,而冬季为风速。研究结果可为区域制定合理的作物需水灌溉政策及实现水资源高效利用提供依据。     

露天煤矿外排土场水土保持措施与效益分析

正仁露天煤矿位于偏关县城西1 km处,为资源整合改扩建项目。露天煤矿剥离地表层堆积的外排土场,由于结构松散,是水土流失防治的重点区域。对外排土场选址、库容及边坡稳定性进行了分析,针对实际采取了工程措施、植物措施和临时防护措施进行治理,基本达到了一级防治标准,综合治理效益显著。其排放工艺和防治措施布局,可为类似生产建设项目提供参考。     

基于文献计量学的智慧果园研究进展与热点分析

为了宏观掌握智慧果园在国内外的研究动态、前沿和热点,更好地推动智慧果园乃至智慧农业的发展,该研究采用文献计量分析方法,以Web of science核心论文集为检索平台分析了智慧果园2002年1月1日-2022年8月累计20年的时空分布、主要研究内容以及前沿热点。主要结论如下：智慧果园的研究自2014年起步入正轨,2018年起在人工智能技术推动下发展迅猛,2018－2021年总发文量占比37.5%;总体而言,作者（Lan Yubin、Chen Chao、Tang Yu等）、机构（华南农业大学、中国农业大学和佛罗里达大学等）、地域（中国、美国、西班牙等国）交流和合作均较为密切;中国、美国是开展智慧果园研究的主要国家,总发文量共占比58.2%;当前主要研究集中在果树长势和病虫害识别和预警、无人化或智能化农机作业。根据研究目的细分的技术主要包含人工智能模型/算法、传感、物联和精准农业等。自2007年以来,研究热点由柑橘病害、产量预估等对象研究逐步过渡到技术研究上,深度学习、无人机、人工智能的研究是当今智慧果园的发展前沿。智慧果园研究深受技术推动尤其在当前人工智能技术背景下方兴未艾,而当前的环境复杂度高、种植欠规范等问题依旧制约着其进一步发展。星-空-地立体化果园感知、空-地协同无人化精准作业、水果采摘、果品的可视化溯源等方面将是未来智慧果园主要研究方向。     

黄土丘陵区纸坊沟流域植被自然演替阶段的识别与量化分析

量化分析和识别自然植物群落所处的状态,对于植被自然恢复人工调控具有重要的指导意义.利用灰色关联分析法(Grey Relational Analysis,简称GRA法),通过建立参照系,对安塞5个不同恢复时间的自然群落所处的状态进行分析,结果表明,该方法可以比较准确地识别不同自然恢复群落在演替中的位置和状态,5个自然群落的排序为:沙棘>铁杆蒿>白羊草>赖草>猪毛蒿.就不同指标对识别指标的贡献率看,衡量植被演替程度的指标,如演替指数、演替度贡献率较大.而有机质、含水量、重要值、丰富度指数及恢复度与植被恢复状态的识别指标的关联系数都在0.5以上.这表明,除传统的演替指标外,要准确识别植物群落所处的状态,物种之外的其他因素亦具有非常重要的地位.但灰色关联分析法作为一种基于参照系与系列数据间相似度的有效而准确的识别模型,在植被研究中的应用较少,仍需开展较深入的工作.     

烹饪传热学及动力学数据采集分析系统的研制

针对现有热处理验证设备不能满足烹饪过程动力学函数成熟值M和过热值O测定需求,因而研制了一种能在计算机上实现多路自动采集烹饪温度、积分计算M/O值的数据采集分析系统。该系统采用超细铠装热电偶作为温度传感器,使得系统温度采集精确度达到±0.05℃;系统采用辛普森法积分计算M/O值并具备智能实时显示、记录并存储数据的功能。系统应用实例中测定了样品的表面和中心温度、表面和中心成熟值、表面和中心过热值,其中M/O值测量误差分别为±1.16%和±0.58%。应用表明,所研系统满足了成熟值理论的验证与分析、烹饪试验传热学和动力学试验以及烹饪过程的数值模拟试验等研究的设备需求。     

葡萄树地上部形态结构数据获取方法

葡萄树为多年蔓生植物,其形态结构复杂且受人工修剪及架势的影响。获取葡萄树地上部植株及器官的形态结构及纹理数据,有助于建立3D可视化模型以表征该植株的品种遗传特征、受环境、架式和人工修剪等因素的影响。该文针对葡萄树形态结构数据获取工作量大、效率低、依靠单一手段所获取数据缺乏完整性等特点,提出一种高效的葡萄树地上部形态结构数据获取方法,首先对葡萄树进行拓扑结构解析和数字化表达实现复杂结构的显示表达;然后针对目标植株进行葡萄树三维形态数据采集,包括植株拓扑结构三维数字化数据采集、品种一致性与差异性分析的DUS(植物新品种特异性(distinctness)、一致性(uniformity)和稳定性(stability)的栽培鉴定试验或室内分析测试)数据采集,器官的形态参数测量,三维扫描与纹理数据采集,目标植株的栽培环境及人工管理措施等信息的采集。结果表明,基于所获取形态结构数据结合植物参数化建模方法重建的葡萄树器官与植株几何模型具有较高的真实感。在葡萄树形态结构数据获取方法的基础上,对植物地上部形态结构数据获取标准化流程进行探讨,以期为其他植物主要器官与植株的形态结构数据获取提供方法参考。     

蝼蛄前足爪趾三维几何构形的减阻机理

触土部件的阻力直接影响耕作机械和工程机械的作业效率,该研究利用工程仿生设计方法,基于蝼蛄前足爪趾优异的地下掘进能力,提取前足爪趾的三维几何构形特征用于仿生试件设计,通过土槽切削阻力试验和有限元模拟,分析蝼蛄前足爪趾几何构形的减阻性能和机理。研究结果表明,前足爪趾的构形特征对切削阻力有显著影响（P<0.05）,仿生试件的切削阻力较楔状体试件最高可降低56.96%,三维仿生构形的减阻性能优于一维和二维构形。蝼蛄前足爪趾构形能使被切削土壤沿挖掘面顺畅移动,避免了土壤在仿生试件尖部的堆积和对中后部的挤压,实现切削阻力的减小。该基于蝼蛄前足爪趾的工程仿生研究可为耕作和工程机械触土部件的减阻设计提供理论基础。     

精准农业分布式数据采集与空间决策分析系统的设计

田间数据的实时采集、传输与处理是实施精准农业的关键环节。长期以来,困扰该环节的一个技术瓶颈是客户端实时数据采集与服务器端联动式决策的一体化处理。本文利用ArcIMS的技术框架,利用ArcXML语言,开发了适用于精准农业分布式数据采集、可独立运行、能实现空间决策分析的技术系统。系统由数据采集、数据处理、信息分析与智能决策4个模块组成。本文结合该系统在莱西市高科技农业示范园区的应用实例,揭示了这一系统的逻辑设计、物理实现、技术特色及主要功能。该系统的逻辑设计为精准农业园区高效采集、传输、处理信息和数据提供了一套可行的技术框架。     

基于ZigBee网络的温室环境远程监控系统设计与应用

针对温室环境数据信息监控特点,本文进行了基于ZigBee协议的传感器节点技术的开发,并在此基础上组成现场监控无线传感器网络,通过网络汇聚节点与无线移动网络（GPRS/CDMA）和INTERNET的无缝连接,实现数据远程传输至指定数据库服务器。无线传感器网络组建采用星型拓扑结构,通过软件设置在需求时唤醒ZigBee网络节点,使监控设备具有组网灵活、拆移便捷等优点。通过在实际生产过程中应用表明,该系统工作性能稳定,在数据采集和传输等方面均达到了设计要求,尤其是有效简化了现场设备安装与拆移等过程,使之更适合各类农业现场数据监控的需要。     

基于无线传感器网络的农田信息采集节点设计与试验(简报)

研究基于ZigBee协议的无线传感器网络技术,结合嵌入式处理器开发了无线传感器网络节点和汇聚节点。网络节点规则分布在被监测区域,负责采集土壤水分信息,并自组成网,将信息发送给汇聚节点,实现对信息的动态显示和大容量存储;节点天线分别在0.5、1.0、1.5和2.0 m 4个高度下,对小麦苗期、拔节期和抽穗期3个典型的生长时期进行试验,得出无线电信号在小麦不同生长时期,最佳天线高度下的有效传输距离,为无线传感器网络在农业中的应用提供技术支持。     

多路数据采集与处理模型的设计及水分传感器埋设位置优化

为优化土壤水分传感器的埋设位置,该文针对宁夏日光温室滴灌黄瓜田间的土壤水分传感器埋设位置进行优化试验,确定出最佳埋设深度和宽度。利用最小二乘法对澳大利亚生产的MP406土壤水分传感器进行标定,得到水分利用效率的拟合值与实测值的相关性系数为0.9906。设计了多路数据自动采集监测与灌溉系统,可同时获取不同处理的18个水分传感器数据,通过远程客户端实时下载和监控水分数据并实现自动灌溉,通过远程手机短信监控功能,进行手机短信命令控制一个或多个处理的实时灌溉,系统可同时测量不同处理的灌水量。计算水分利用效率和产量,分析传感器水分数据的差异和相关系数,确定出土壤水分传感器在宁夏日光温室滴灌黄瓜田间的最佳埋设深度和宽度位置,该研究方法为确定土壤水分传感器的埋设深度及宽度提供可行的参考方案。     

撂荒耕地信息获取方法研究进展与展望

撂荒作为耕地利用边际化的最终表现形式,是中国近20 a以来耕地利用亟需解决的重要问题之一,而有效获取撂荒耕地信息是探究撂荒耕地时空变化与影响因素的基础前提,也是政府进行耕地政策调整,保障耕地资源可持续利用的重要依据。该研究应用文献综述法与归纳总结法,基于国内外学者在撂荒耕地信息获取研究上的成果,对撂荒耕地信息获取方法进行归纳总结,并对未来研究方向进行了展望。结果表明：1）综合前人研究成果,撂荒耕地信息获取方法可以分为基于抽样调查、文献荟萃分析以及遥感获取的3种类型。2）基于抽样调查的撂荒耕地信息获取方法在案例研究上应用较广,且有着近乎一致的研究范式,但数据空间表征能力较弱。全国家庭调查数据在一定程度上增加了数据的空间属性,但对原始数据的二次筛选减少了样本容量,降低了数据的可信性。3）文献荟萃法基于“二手”的文献或数据,研究结果受已公开发表文章数量的限制,且需要研究人员对相关领域热点关键词有全面了解,目前该方法在撂荒耕地信息获取应用上相对较少。4）遥感卫星与计算机技术发展给撂荒耕地信息获取提供了便利,基于地物特征规则与土地利用信息变化,多种耕地撂荒检测方法被开发,但受限于高空间分辨率与大范围提取需求,仍存在较大的优化空间,未来研究可在数据选择与处理、特征和方法融合上进行更深一步的探索。     

生鲜农产品供应链近场通信智能数据采集终端系统设计与开发

为了解决生鲜农产品供应链信息传递不连续、不完整、不真实等问题,防止农产品给人民生活健康带来威胁,该研究开发了基于近场通信技术的数据采集终端。该文分析了生鲜农产品供应链数据采集设备及工作环境的特点,开发一种基于近场通信技术(near field communication)、北斗系统(bei dou system)及全球移动通信系统(global system for mobile communications)集成技术的生鲜农产品供应链数据采集终端。该终端包含4个模块:NFC模块、系统CPU模块、北斗模块和GSM模块及电路系统。终端在写入数据时,同时将北斗加密数据通过NFC芯片PN532写入NFC标签,并通过GSM模块以短信的方式传递给后台数据库,利用RS232将数据信息传入节点企业平台,实现生鲜农产品数据信息的三重备份。该采集终端借助物联网及无线传感网的技术优势,实现生鲜农产品供应链各环节数据的自动智能采集并进行加密,满足企业在生产过程中不断变化环境下的数据采集及存储需求,该终端在极端环境下读取速度虽然降低了10%~25%,但存储率依然为100%,满足生鲜农产品供应链数据采集的需要,能够实现节点企业间信息连续度,为实现生鲜农产品可追溯提供参考。