在线测量谷物含水率的声学方法

研究了一种测量谷物含水率的声学方法,为实现谷物含水率的在线测量提出了新的途径。通过试验研究,分析得到了流动麦粒碰撞噪声声压与含水率在13～20kHz频率区间的数学关系。在此研究基础上设计的测量系统对京411小麦和农大60玉米进行了实测。试验数据表明,该方法测量精度高、测量重复性好,具有良好的开发应用前景。     

基于模型平均法的表层土壤含水率多模型综合反演

土壤水分是农作物和牧草生长的关键因素,也是影响全球气候变化和水循环的重要因子,因此准确监测土壤水分对促进农牧业可持续管理至关重要。基于Landsat 8 OLI多光谱影像,在表面生物物理特性和地形参数的基础上,结合野外实测土壤含水率,采用经验模型法分别构建了反距离加权法（Inverse Distance Weighting,IDW）、多元线性回归（Multivariable Linear Regression,MLR）、随机森林（Random Forest,RF）的土壤含水率反演模型,并采用模型平均法（Granger-Ramanathan,GR）进行组合反演,结果显示,通过模型平均法组合单一模型后在该研究区的土壤含水率反演中表现出了更好的适用性,模型平均法GR对于土壤含水率的估算效果佳,建模集与验证集R2≥0.88,均方根误差均不大于1.42%,且模型性能远优于反距离加权法、多元线性回归和随机森林。     

基于微波反射法的谷物含水率在线检测装置研制

针对稻麦联合收割机在收获作业时难以对小麦、水稻等谷物的含水率进行准确在线测量的问题,该文基于微波反射法研究了谷物含水率在线检测方法,建立了稻麦含水率检测模型,研发了一种稻麦联合收割机谷物含水率在线检测装置。该装置采用微波测量模块对稻麦含水率进行非接触式测量,设计了电压转换电路将微波参数转换成电压信号,采用滑动平均滤波算法进行信号滤波,最后通过标定试验所建立的含水率检测模型进行稻麦含水率计算,计算结果经CAN总线通讯在显示器上实时显示。基于上述理论研究、技术开发和结构设计对所研制的谷物含水率在线检测装置分别进行了室内静态试验和田间收割试验研究,试验结果表明:检测装置的对稻麦含水率的测量范围为14%～34%,在室内静态试验和田间收割试验中的性能标准差分别为0.458 3%和1.078 0%,相对误差分别在2.5%和5%左右,具有良好的准确性与实用性。     

滴灌条件下土壤平均含水率计算方法研究

为寻找适合滴灌农田土壤平均含水率的计算方法,在裸地和大田试验研究的基础上选用单点平均、三点平均等5种方法分别计算了滴灌条件下平均土壤含水率,并以积分法为标准,对其他4种方法进行评价。结果表明,3点取样,采用面积加权平均法计算各层土壤的平均含水率,然后在垂直方向上采用积分中值定理求平均值的方法计算结果更接近真实值,误差最小,可利用该方法计算滴灌农田土壤平均含水率。     

基于DSP和单片机的谷物含水率准动态检测技术研究

为进一步提高谷物含水率检测的速度和精确度,以满足收获机械在线检测的需要,提出了一种新的基于DSP和MPU的以大豆为代表的谷物含水率快速检测技术,并依此为依据设计了相应的系统装置。试验结果表明,该装置测量的含水率误差小于1％,每分钟测量速度大于15次。该装置还预留了较大存储空间,可方便地应用到其它谷物水分的在线检测。无论从测量精度、速度还是装置的温度稳定性指标均优于现有装置。该方法的提出为在线谷物含水率快速、高精度测量提供了新的解决方案。     

基于分层信息融合的木材干燥过程含水率在线检测

木材干燥过程是一个复杂的强耦合、非线性的动力系统,木材干燥的关键是木材含水率参数的检测。研究中依据多传感器信息融合技术,构建符合木材干燥过程的木材含水率在线检测分层融合体系。数据层融合实现干燥窑内各种参数传感器的小波滤波与在线估计,特征层融合实现环境参数（温度、湿度）与木材含水率之间LSSVM模型的建立,在此模型基础上实现木材含水率的预测输出。仿真试验研究表明,基于分层信息融合技术可有效实现木材含水率在线检测预测,通过在线检测融合平台可以实现根据不同树种,不同干燥工艺直观地将预测结果显示出来,为木材干燥自动控制系统的控制决策提供依据,具有良好的工业实际应用价值和前景。     

谷物含水率中子法在线测量的可行性研究

研究了处于冰冻和流动状态下的谷物含水率的快速测量。探讨了中子式测水仪对谷物含水率测量的一些基本规律,得出:谷物含水率的中子法在线测量是可行的;谷物的流动速度在一定范围内变化对慢中子计数比R_c的影响不大;谷物含水率的中子法在线测量可实现干燥机的自动控制     

土壤含水率对枳椇生长发育的影响

采用地面光谱采样与土壤采样同步进行的方法,对不同类型的林分土壤水分进行了定量分析,得出不同立地类型土壤含水量差异以及含水量变化与枳椇生长趋势的关系。影响枳椇成活与生长的主要矛盾是土壤水分,雨季生长量随着土壤水分的增加而增加。不同立地类型土壤含水量差异是非常明显的,其排序依次为:壤土>沙土,稍阴土壤>全阳土壤。     

复合式地埂对坡耕地土壤含水率影响研究

复合式地埂是集工程措施、生物措施和农业耕作措施于一体的水土保持工程。为了研究复合地埂对坡耕地土壤含水率的影响,科研人员以无措施坡耕地为对照,以水平梯田为参考,通过建立试验小区,实际取样测量田间含水率,将各期数值处理为无量纲数值,应用标准化数据进行了研究。观测结果表明:复合式地埂与水平梯田的土壤含水率相近,远大于对照。说明复合式地埂和水平梯田一样,在保持水土、涵养水源方面均达到了一定的效果。     

基于改进CNN的猕猴桃根区土壤含水率反演方法

为解决无人机遥感领域根据冠层光谱信息对猕猴桃果树根系土壤含水率（root soil water content, RSWC）进行反演时,现有算法对冠层图像信息分析不足的问题,该研究对传统卷积神经网络模型进行改进,提出一种复合视觉卷积回归神经网络（compound visual convolutional regression network, CVCRNet）,该网络复合两种不同尺寸卷积层对图像数据进行卷积特征提取,并使用全连接层对卷积特征值进行降维,从而直接以多光谱图像为分析对象对RSWC进行反演,充分利用多光谱图像内所有数据,提升反演精度。研究采集徐香猕猴桃果树果实膨大期（5—9月）冠层多光谱信息和深度40 cm处的RSWC,把基于图像的CVCRNet网络反演方法与基于植被指数的传统反演方法进行对比,CVCRNet训练结果在验证集R²为0.827,RMSE为0.787%,相较于传统方法在验证集R²为0.759,RMSE为0.983%,反演结果相关性有了明显提升,准确率也有得到一定提高。结果表明,改进后的CNN网络能够作为冠层信息反演的重要工具,在冠层复杂的场景下达成良好的土壤数据反演效果。     

Development of on-line measurement system of bulk density based on on-line measured draught, depth and soil moisture content

On-line measurement of soil compaction is needed for site specific tillage management. The soil bulk density (ρ) indicating soil compaction was measured on-line by means of a developed compaction sensor system that comprised several sensors for on-line measurement of the draught (D) of a soil cutting tool (subsoiler), the soil cutting depth (d) and the soil moisture content (w). The subsoiler D was measured with a single shear beam load cell, whereas d was measured with a wheel gauge that consisted of a swinging arm metal wheel and a linear variable differential transducer (LVDT). The soil w was measured with a near infrared fibre-type spectrophotometer sensor. These on-line three measured parameters were used to calculate ρ, by utilising a hybrid numerical–statistical mathematical model developed in a previous study. Punctual kriging was performed using the variogram estimation and spatial prediction with error (VESPER) 1.6 software to develop the field maps of ρ, soil w, subsoiler d and D, based on 10 m × 10 m grid. To verify the on-line measured ρ map, this map was compared with the map measured by the conventional core sampling method.

The spherical semivariogram models, providing the best fit for all properties was used for kriging of different maps. Maps developed showed that no clear correlation could be detected between different parameters measured and subsoiler D. However, the D value was smaller at shallow penetration d, whereas large D coincided with large ρ values at few positions in the field. Maps of ρ measured with the core sampling and on-line methods were similar, with correlation coefficient (r) and the standard error values of 0.75 and 0.054 Mg m⁻³, respectively. On-line measured ρ exhibited larger errors at very dry zones. The normal distribution of the ρ error between the two different measurement methods showed that about 72% of the errors were less than 0.05 Mg m⁻³ in absolute values. However, the overall mean error of on-line measured ρ was of a small value of 2.3%, which ensures the method accuracy for on-line measurement of ρ. Measurement under very dry conditions should be minimised, because it can lead to a relatively large error, and hence, compacted zones at dry zones cannot be detected correctly.     

0～50 cm土壤含水量与降水和蒸发的关系分析

利用濉溪县0～50cm土层土壤含水量和同期降水量、蒸发量资料分析表明，土壤水分的主要活动层在耕层，不同层次土壤含水量之间存在极显著的正相关。土壤含水量增减与期间降水量、蒸发量呈直线相关关系，耕层土壤含水量变化和报告期与基期的比值均与湿润系数呈极显著正相关。0～30cm不同层次土壤相对含水量低于50％时，需降水或补充灌溉13．6～39．0cm方可使耕层相对含水量达到80％。当湿润系数为0．47时，耕层土壤含水量可以维持在基期水平。耕层土壤含水量蒸减呈“快-缓慢-滞缓”的变化过程，蒸减速率随土壤含水量的变化可用指数曲线拟合。使耕层相对含水量达到80％以上的一次降水过后，连续10．7～38．3d无降水，耕层相对含水量尚可维持在60％以上。     

粮食干燥机水分在线检测系统研究

潮粮干燥是东北、华北地区秋粮入库前必不可少的加工环节，由于样品流动性、水分分散性等因素的影响，干燥过程中的粮食水分快速、在线、准确检测一直是影响干燥质量的亟待解决的关键技术。根据粮食干燥机的工况特点，提出并研制了一种基于多路水分传感器实时观测信息融合的粮食干燥机水分在线检测系统，介绍了系统的工作原理、硬件构成和软件设计，给出了信息融合算法。系统以单片机80C196KC为信息处理核心，采用大屏幕中文液晶显示。实际运行表明，系统具有信号传输距离远、测量准确、运行可靠、智能化程度高等特点，能够满足粮食干燥机水分在线检测的要求。     

有机肥料BGA激活剂对日光温室内土壤含水率的影响

探讨了日光温室中施用有机肥料BGA激活剂后土壤水分动态规律,试验结果表明BGA激活剂作为一种有机肥料对于保持土壤水分有着明显的作用,施加BGA的土壤含水率要比对照处理高出17.7%;施加BGA后通过水分运移,在根系分布密集的20～60 cm之间的土壤含水率较高,其中20～40 cm的土壤含水率增加26%,40～60 cm的土壤含水率增加28%;试验研究发现,当BGA的施加标准为150 g/株,作物根系土层含水率增加最多.BGA作为一种有机肥料,为发展节水农业提供了一种新的途径.     

体积置换法直接测量土壤质量含水率及土壤容重

土壤含水率直接测量是相关研究和应用的基础,在土壤力学、作物栽培、农田灌溉、生态环境等研究和实践中十分重要。该文提出了一种与传统烘干称质量法相当的体积置换法直接测量土壤质量含水率及土壤容重。该方法在假设一定土壤颗粒密度的前提下,用一定体积的标准取样环刀取得土样后,通过向待测量土体补充水分使土壤达到饱和,用一定体积的水置换土壤中的充气空隙,直到土样达到饱和状态;再通过测量得到的初始/原始土样质量、饱和后土壤的质量以及已知土壤颗粒密度和水密度,计算得到被置换的充气空隙的体积,进而由此计算得到土壤质量含水率和土壤容重。采用3种不同土壤,即陕西杨凌黏黄土、北京粉壤土和江西黏红土,分别预配制成7种不同初始土壤体积含水率,含水率约为:风干土(含水率2%～3%)、5%、10%、15%、25%、30%和饱和含水率,以及3种不同土壤容重:1.25、1.35和1.45g/cm3进行室内试验。用类似的土样,采用传统方法烘干土样8、12、24、48h后,测量确定土壤的质量含水率,通过延长烘干时间测得数据表明,传统方法烘干8h所测得的质量含水率仍有1%～3.2%的含水率误差。最终试验结果表明体积置换方法测得的土壤含水率比传统烘干土样8h所测得的结果大2%～3%,比烘干土样48h所测得的结果大1%左右。体积置换方法测量操作过程简单,耗时较少,节约能源,测量结果具有较高精度。     

基于云原生技术的土壤墒情监测系统设计与应用

该研究针对全中国尺度的土壤墒情监测需求,构建基于自动监测站原位监测与多源专题数据的土壤墒情数据获取感知技术体系,提出数据质量控制清洗策略并建立数据校正插补模型。系统基于云原生技术设计,将模块以微服务形式灵活开发部署,通过容器技术打包运行独立实例,布设了墒情数据上报采集、可视化分析和数据挖掘应用等核心模块。依托空间分析和WebGL技术开发3D WebGIS数据分析功能模块,实现协同土壤墒情、土地利用、海拔高程等多源数据可视化分析与制图,深入挖掘数据价值,实现墒情估算和基于水量平衡的灌溉决策应用服务。系统已在中国21个省份得到应用,建立自动监测站970个,采集监测数据6 000余万条,为用户掌握土壤墒情现状、指导农业节水灌溉、获取可靠科研数据等应用提供数据与技术服务。     

谷物干燥实时在线智能水分测量系统

采用电阻法在线测量谷物干燥过程中的实时水分,针对测量信号质量差采用测频电路进行测量信号的阻-频转换,对于谷物水分强温度依赖性和测量本构非线性,应用基于单片机的智能数据融合方法和智能非线性处理算法,所构建的水分测量系统克服了传统电阻法水分测量误差大、信号抗干扰能力和传输性差、测量数据的温度影响大以及硬件非线性电路处理能力差等方面缺陷,具有测量精度高、测量适应性强、信号质量好、测量装置结构简单等优点。     

东北黑土区TDR测定农田土壤含水量的室内标定

土壤水分标定是利用TDR监测农田土壤水分过程中的必要环节.以东北黑土区农田土壤剖面深度上的4种典型介质（黑土层、母质层、过渡层、砂砾层）为试验对象,利用“由湿到干”的土柱试验方法,用烘干法对TDR进行室内标定研究.结果表明：1）TDR内置土壤标定曲线测定的含水量明显低于烘干法测量的含水量.在TDR法土壤含水量标定时,指数关系比线性关系具有更高的标定精度.2）单一介质的TDR法土壤含水量标定曲线对自身介质的标定精度高（最大绝对误差3.2％）.3）混合介质的TDR法土壤含水量标定曲线的标定精度较高（最大绝对误差6.6％）,可用于不同介质TDR法土壤含水量标定.本研究结果可用于研究区及类似区域修订TDR法含水量测定结果.     

基于含水率变化的气体射流冲击干燥过程温度自适应控制系统

为了给变温干燥工艺提供新的技术支持,实现基于含水率变化的干燥温度自适应控制,该研究设计了具有物料含水率在线检测功能的温度自适应控制系统。采用卷积神经网络建立了以质量检测值、气流冲击速度、称重传感器弹性基体温度、气流冲击距离为输入,物料真实质量为输出的含水率在线检测模型。进行了含水率在线检测模型验证试验。结果表明,该模型满足变温干燥工艺中含水率在线检测的精度要求,5组含水率在线检测模型验证试验的决定系数R²和均方根误差RMSE依次为0.9934和1.20%。该文设计了改进神经网络-PID（improved neural network-PID,INN-PID）控制器来实现变温干燥工艺中的温度控制。在MATLAB软件中以单位阶跃信号为输入对PID、神经网络-PID（neural network-PID,NN-PID）和INN-PID控制器的动态性能进行仿真。对3种控制器分别进行了50~55 ℃的干燥温度控制试验。结果表明,在仿真试验中,INN-PID控制器的控制稳定性和调节时间均显著优于另外两种控制器;干燥温度控制试验结果与仿真结果存在近似相同的规律,INN-PID控制器的峰值时间是208.00 s,调节时间是120.59 s,最大超调量是4.87 %,满足变温干燥过程中温度控制的要求。该研究在气体射流冲击干燥机中搭建了温度自适应控制系统,进行了基于含水率变化的温度自适应控制试验。结果表明,该系统可以对基于含水率变化的变温干燥工艺中的干燥温度进行快速且有效的调节。该研究对提高干燥设备的自动化水平以及开发新的变温干燥工艺具有重要意义,对其他领域的多信息融合检测和控制策略研究提供参考。