基于农机空间运行轨迹的作业状态自动识别试验

以物联网为代表的现代信息技术在农机作业管理领域的发展应用,实现了农机作业过程的定位监控,但现有农机远程监管系统对海量农机空间位置数据仅实现了远程存储、显示和简单分析,难以满足农机精准管理和数据智能处理的要求。该文采用数据挖掘中的聚类和空间数据分析方法,结合农机空间运行轨迹的特点,研究了基于空间运行轨迹点的农机作业状态自动识别算法;设计实现了典型农机运行状态自动识别方法,定量分析了农机作业班次内田间作业时间、空行转移时间、停歇时间的量化构成。农机试验表明:发展的基于空间索引和网格密度的聚类算法精度达89%以上。农机作业状态自动识别为农机作业生产率、农机利用率和作业成本核算提供了定量依据。     

基于五杆机构的注射式免耕播种成穴轨迹分析与参数求解

针对特殊轨迹要求进行机构分析与参数求解,为注射式免耕播种模式的实施奠定基础。轨迹形成机构基于五杆机构设计,在建立机构数学模型的基础上,分析双曲柄等速五杆机构的存在条件及空间约束;给定成穴点相对轨迹的可行域,利用CATIA(computer aided three-dimensional interactive application)进行参数化建模、运动仿真及轨迹绘制;运用轨迹区域定位法,研究成穴器端点的区域轨迹分布特性;运用数值循环比较法,研究参数对轨迹的影响规律,结合约束条件,求得对应不同株距的结构调整参数与作业参数组合,可形成251.2~344.7 mm竖直方向的有效作业轨迹。样机试验及高速影像分析表明,基于五杆的免耕播种轨迹形成机构能够在秸秆高度还田的情况下带动成穴器完成打穴作业,能有效穿透秸秆并按要求成穴,刮带现象少。研究也证实了轨迹区域定位与数值循环比较法相结合可有效提高五杆机构参数组合求解的效率,为实现大长短轴比的类椭圆形轨迹的五杆机构参数的求解提供有效的方法。     

离散元法及其在农业机械工作部件研究与设计中的应用

提出由农业机械工作部件的CAD模型建立其离散元法分析模型,在此基础上实现CAD软件与离散元法性能分析软件的集成,从而构建一种与散粒物料相互接触作用的农业机械工作部件的通用数字化设计方法和集成分析设计软件的思想。介绍了该数字化设计方法和集成分析设计软件的体系结构和主要功能,概述了在建立该方法和软件方面存在的问题及研究工作进展情况。     

多尺度空间信息服务技术及其农业应用

从省市县三级空间尺度和应用特征的区域信息服务出发,研究基于网络的多源多尺度农业空间信息共享与服务技术.集成应用空间信息技术与Web服务技术,开展多源多尺度的农业空间信息资源的数据整合、统一业务模型构造、信息交换与共享、元数据目录服务等关键技术研究,建成多尺度的基础信息数据库群,开发实现了省级区域多源多尺度应用的空间信息服务平台.有效整合多源多尺度的农业信息资源,促进了区域空间信息应用与服务.     

一种精确农业自动变量施肥技术及其实施

该文介绍一种自制的实现精确农业自动变量施肥作业的变量施肥系统。该系统基于DGPS卫星定位原理，将GPS、GIS与DDS相结合，进行施肥作业决策，决策的施肥数据写在IC卡上。当施肥机在田间工作时，通过装备在施肥机上的GPS接收的位置数据触发存储在IC卡的施肥决策指令，用该指令通过单片机去控制施肥机上的排肥轴的转速，实现精确农业自动变量施肥作业。田间试验表明，该系统能够实现精确农业意义上的变量施肥作业。     

车载式变量施药机控制系统设计与试验

施药控制是提高作业质量、减少化学污染、降低生产成本的关键技术。该文基于单片机AT89C52,采用滞环控制法,设计了一种车载式变量施药机控制系统。该系统能够根据施药机行走速度自动变更喷药量,实现施药量不变。试验表明：加速度小于0.4 m/s2时,实际施药量与设定施药量之间的误差不超过8%,且雾化效果良好、生产效率高,还可以减少农药的残留和对环境的污染,能够满足农业生产的需要。     

变量施肥对改善土壤养分空间差异性的综合评价

精准农业中一个非常重要的环节就是变量施肥,其核心思想是根据土壤中养分含量的多少来决定施肥量,以达到土壤养分平衡。目前通常对土壤养分情况评价的做法是分别考察每种土壤养分的变异情况,不能综合分析。因此,该文提出利用一种加权模糊聚类算法,综合评价经过变量施肥作业后土壤养分空间差异性的变化情况。通过对榆树市弓棚镇十三号村3号地未变量施肥、连续变量施肥2年和连续变量施肥5年的土壤养分进行综合分析比较,可知经过连续变量作业后土壤养分空间差异明显减小。     

小田块变量施肥系统优化设计与应用

针对苏南地区推广变量施肥存在的施肥策略过于精细化导致高密度土壤信息不易获取和普通的施肥机械难以达到播量精度等主要技术障碍,该文建立了一种简单实用的变量施肥方案,在现有机械式播种施肥机基础上进行了自动化改造,构建了一套基于简易电子处方图系统的变量施肥系统;变量施肥作业时,以单个自然田块为处理单元,依托所建立的简单实用的电子处方图系统,实现多种肥料按需配比、同一田块均匀施肥、不同田块变量施肥的功能。为提高播量精度和播量稳定性,对普通精度GPS模块的数据进行了差分和卡尔曼滤波处理,对外槽轮施肥播种器结构进行了优化设计。田间试验结果表明：电子处方图运行结果准确,施肥播种机工作稳定,种子和肥料的最大和平均播量误差分别为3.91%和2.09%,最大和平均动态误差分别为4.52%和1.48%。该研究可为苏南小田块地区推广变量施肥提供技术参考。     

植物化感作用类型及其在农业中的应用

本文总结前人研究成果的基础上,对不同植物化感作用类型及其作用机制和在农业中的应用进行了探讨。植物化感作用包括化感偏害作用、自毒作用、自促作用和互惠作用。植物化感偏害作用是由植物根系分泌物介导下的植物与特异微生物共同作用的结果。利用植物化感偏害作用控制田间杂草是一项环境友好型的可持续农业技术,并已在水稻化感抑草研究方面取得了较突出的成果。植物化感自毒作用(作物连作障碍)是造成作物产量降低、生长状况变差、品质变差、病虫害频发的现象。药用植物,特别是以根部入药的药用植物中,连作障碍表现更为突出。近年来研究结果认为根系分泌物生态效应的间接作用及土壤微生物区系功能紊乱是导致植物连作障碍的主要因素。因此,改善土壤生长环境,恢复和修复根际土壤微生物结构平衡,增强生态系统机能是克服作物连作障碍的关键。植物化感自促作用(连作促进作用)是在植物根系分泌物促进下,根际土壤微生物之间此消彼长,有益微生物之间互利协作,土壤肥力和营养补给能力明显改善,从而增强植物根系抗性,促进植物生长发育,提高产量和品质的结果。牛膝的连作促进作用明显,有学者试图通过牛膝与其他不耐连作药用植物间作套种或轮作,实现药用植物生产的可持续发展。植物间的正相互作用(互惠作用)是作物间套种系统超产和养分等资源高效利用的重要机制,根系分泌物在介导根际微生物与植物的有利互作中起到重要作用。最后作者强调指出,存在于根际土壤的微生物群落的宏基因组组成是决定植物能否健康生长的关键。深入研究存在于土壤生态系统中的植物体外基因组的组成与演化机制,将成为借用现代合成生物学原理与技术,定向控制植物根际生物学过程,促进作物生产可持续发展的优先研究领域。     

农业空间决策支持系统的设计与实现

为提高首都农业决策分析速度和准确度,依据北京农业现状及行业管理特点,利用全球定位系统（GPS）和遥感（RS）技术数据获取工具,以网络为信息传输与共享通道,采用农业业务流、时空分析、中间件等技术方法,建立起农业数据采集、处理、传输、存储、分析、应用的高效信息技术服务体系,重点突破了多源异构数据融合、空间数据在线增量更新和农业业务辅助决策方法与技术难题,建立了基于地理信息系统（GIS）的首都农业决策支持系统。该研究选取设施农业和动物疫病为技术应用对象,实现了设施农业建设规划和结构调整辅助决策以及在线编辑管理功能,同时实现了动物疫病应急防控辅助决策。促进了首都农业由传统型、粗放型、经验型向精细化、协同化、科学化的综合管理决策模式转变,为农业管理部门开展快速、科学决策提供了充分依据。     

精确农业倾斜网格划分及其应用

在已有划分正交网格研究的基础上,阐述了划分倾斜网格的必要性、方法及其应用。中国的农田多为防护林分割,土地规模较小,且防护林和垄的走向往往与经纬度线不平行,为了避免划分正交网格带来的麻烦和不便,需要因地制宜地划分倾斜网格。划分倾斜网格的方法有手工绘制和编程绘制两种。合理选择田块基点,VB和MapX控件编写的网格划分程序可适用于不规则田块。网格划分主要有采样导航、专题图制作和田间识别等重要应用。该文给出了单片机田间网格识别简化算法,其精度为厘米级。跨田块作业时,只需要更新数据存储IC卡中的田块参数和施肥量参数,而不必修改单片机主程序。施肥试验表明,该算法简单、准确、通用性好。     

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。     

基于施肥处方的烤烟变量施肥机设计及应用

采用土壤网格采样法研究了贵州省烟草公司遵义乐山科技园内土壤的变异状况,提出了相对应的肥料变量处方。以小型手扶拖拉机为施肥机载体,组装了变量施肥机具,并对其自动实施和施肥效果进行了田间验证,形成了完整的变量施肥技术体系和施肥机。试验结果表明,烤烟变量施肥较农户习惯施肥可节省肥料4.6%; 提高烤烟的整齐度,变量施肥烤烟株高的变异系数下降29.6%,上等烟率和下等烟率同步减少,而中等烟率增加13.05%; 增加农户收益,变量施肥产值较农户习惯施肥增加4310.65 yuan/hm2。变量施肥对提高肥料资源效率、 农民增收具有重要意义。