作物氮素营养无损监测仪的光学系统设计

在分析作物冠层反射光谱光学特征和氮素无损监测工作原理的基础上,研究了像方光场均匀性分布、大视场小测距、操作抖动和测距不稳对光学系统监测精度的干扰.提出了光学系统的总体设计方案、关键元件选型及其参数确定的原理和方法,分析了光学参数对测量误差的影响和控制原理,并研制了光学传感变送器.     

水稻田间作业机具性能及选型

<正>博州农机推广部门利用四年时间从国内一些水稻机械制造厂引进水稻生产动力机械及配套农具7种类型15台套进行试验、对比、筛选.一、龙江—140型手扶式圆盘收割机及其配套农具该机配套动力R—170型水冷柴油机(2.94千瓦).配备犁、耙、耖、收割机、脱粒机、拖斗等农具,更换不同的配套农机具可完成不同的作业.通过试验,该机犁、耖、耙等项作业可以达到地表平整、土碎的要求,但小时生产率1—1.5亩,亩耗油0.5—0.6公斤,劳动强度较大,生产率较低,不适应我区抢时耕种及脱粒的需要;该机配套收割机却因收割生产率为2—3亩/小时,为人工收割的20—30倍,耗油0.2—0.3公斤/亩,且收割质量好,操作灵活方便,适应于泥脚深度大于20厘米,面积大小不同的稻田作业,有一定的推广价值.     

便携式作物生长监测诊断仪性能试验

为了检验研制的便携式作物生长监测诊断仪的整体性能,在室内、室外、田间分别对作物生长监测诊断仪的性能进行了试验研究.结果表明,多光谱传感器具有较高的线性度与精度,线性决定系数均达到了0.95以上;传感器的重复性与稳定性好,其中波长720 nm探测镜头的回程误差为3.35％,波长810 nm探测镜头的回程误差为2.22％;仪器的动态稳定性良好,在测试环境下,太阳光源辐照度变化引起的测量误差较小,其中波长720 nm探测镜头平均误差为1.43％;波长810 nm探测镜头平均误差为1.38％;仪器对水稻叶层氮含量、叶层氮积累量、叶面积指数和叶干重的监测性能优良,线性拟合决定系数分别为0.879 5、0.883 0、0.859 6和0.839 3;平均测量误差分别为6.14％、8.29％、6.24％和6.19％.     

基于高光谱的抽穗期寒地水稻叶片氮素预测模型

为快速、无损地监测水稻叶片氮素营养状况,开展了基于高光谱成像技术的抽穗期寒地水稻叶片氮素预测模型的研究。以不同施氮水平的寒地水稻叶片为研究对象,采用连续投影算法(successive projections algorithm,SPA)和分段主成分分析(segmented principal components analysis,SPCA)方法选择水稻叶片的高光谱特征波段,SPCA方法降维后结合相关分析(correlation analysis,CA)构建特征光谱参量,并建立基于全波段高光谱数据、SPA特征波段及SPCA特征光谱参量的多种回归分析模型且对模型进行检验和筛选。研究结果表明:在校正集决定系数RC2上,基于多元逐步回归分析(multiple stepwise regression analysis,MSRA)的全波段模型较好,RC2=0.9 6 4,校正集均方根误差RMSEC=0.083;RP2为0.961,RMSEP为0.050。该研究结果为快速检测水稻叶片氮素含量及水稻生长期间精确施肥管理提供了技术支撑和理论依据。     

嵌入式水稻氮素营养检测仪的研究与设计

针对水稻氮素营养实时检测的问题,设计了一种基于嵌入式技术的利用水稻叶片颜色特征进行氮素营养水平检测的系统。首先提取不同氮素营养水平下的水稻样本叶片图像的RGB颜色特征,并对各颜色特征值与水稻全株含氮量进行相关性分析。其中颜色特征G和2G-R-B分量的相关性高于其它,分别为-0.761 1和-0.742 1,进一步对叶片不同位置的G和2G-R-B分量与全株含氮量进行相关性分析得出叶片中部2G-R-B分量与全株含氮量间相关性最高,达0.765 6。以此为依据,结合Open CV图像处理技术和Qt4.5跨平台用户界面框架技术,最终实现系统的嵌入式设计。针对设定样本检测结果表明,系统对各营养水平稻株识别准确率均超过90%,且具有良好实时性与便携性,能够满足水稻氮素营养水平实时检测需要。     

水稻钵苗移栽机械化生产技术田间应用效果

为研究钵苗移栽机械化生产技术在水稻实际生产中的适用性,文章对乘坐式钵苗移栽机和常规高速插秧机开展了田间实际生产对比试验,并在田间测产的基础上分析了该技术的适用性。经分析比较,在其他生产条件相同的情况下,该技术可显著提高水稻移栽质量、利于水稻后期长势。建议移栽作业时,应减小机具的作业株距,增加水稻单产。     

水氮调控对水稻氮素吸收与利用的影响

合理的水肥运筹对提高水稻氮素利用效率和水稻产量有很大影响。根据大田试验资料,分析了不同水分管理和氮肥管理对水稻氮素吸收利用及在植株体内分布的影响。结果表明:控制灌溉模式显著改善了水稻对氮素的吸收,促进氮素在籽粒中的积累;实地氮肥管理(SSNM)模式有效控制了生育前期营养器官对氮素的吸收,有效促进了水稻秸秆中累积的氮素参与再分配与再利用;控灌与SSNM联合调控有效地控制无效分蘖,显著降低秸秆氮素含量,提高了水稻营养器官氮素的转运量。控灌和SSNM处理节省了水肥的投入,提高了水肥利用效率,为南方灌区实现合理的水肥管理提供了依据。     

中国水稻土酸化时空变化特征及其对氮素盈余的响应

针对水稻土酸化造成作物减产和严重污染环境的问题,收集了1979-1985年全国第二次土壤普查成果和2015-2017年水稻土质量等级调查成果,结合2005-2015年全国测土配方施肥数据,采用空间分析和统计分析方法,分析了1979-2017年,39年间中国水稻土pH值空间分布的变化;计算了39年间不同水稻土pH值分级和...     

水稻氮素机器视觉诊断最佳叶位和位点的选择研

选用扫描仪获取水稻叶片的数字图像,通过比较第1和第3完全展开叶 (L1和L2) 颜色参量的空间分布,研究基于机器视觉技术的水稻氮素诊断的最佳叶位和位点选择.结果表明基于机器视觉的水稻氮素营养诊断是有理论依据的,能反映出叶片的营养状况; 选择B、b、b/(r+g)、b/r、b/g作为最优颜色特征参量;比较颜色特征参量对应的变异系数CV,得到低氮处理的CV明显高于正常氮素水平,同时CV随着叶位的增加而减小;不同位点的CV其叶尖和叶基的变化幅度较为接近,不同位点间差异不显著.初步研究选择第3完全展开叶作为水稻无损氮素诊断的最佳叶位.     

水稻分蘖期旱涝交替胁迫对干物质累积及氮素吸收的影响

通过盆栽试验,研究了水稻分蘖期旱涝交替胁迫对各器官氮素的吸收、分配与转化效率以及光合同化物累积的影响。结果表明,旱涝交替胁迫结束后,HD和LD处理根、茎、叶干物质累积量与氮素累积量均极显着低于CK(P0.01)。分蘖期末(旱涝交替胁迫结束)—拔节抽穗期,HD和LD处理根、茎干物质累积速率较CK显著增大(P0.01),而HD处理和CK的叶干物质累积速率却极显著高于LD处理(P0.01)。拔节抽穗期—黄熟期,CK穗干物质量、氮素质量分数、粗蛋白以及氮素利用效率显著高于LD和HD处理(P0.05),但HD和LD处理叶片氮素表观转移率较CK却分别提高了15.47%和12.31%,且HD和LD处理穗质量占冠质量的比例较CK分别提高了10.74%和10.28%。     

小麦氮素无损监测仪敏感波长的最佳波段宽度研究

为研究不同核心波长时波段宽度对小麦冠层叶片氮素营养监测精度的影响,以作物氮素营养无损监测仪的最佳光谱指数NDSI(R860,R720)和RSI(R990,R720)为例,分析核心波长的反射率、光谱指数及基于光谱指数的冠层叶片氮积累量监测模型随波段宽度的变化规律.结果显示,随波段宽度的增加,核心波长为720 nm时反射率...     

基于物联网的农作物试验基地监控管理系统设计

物联网把各种传感器、信息处理器和无线网络融合成一个庞大的整体系统,用于对目标进行智能识别和精准管理。农作物试验基地是一个由多种系统组成的有机联系的庞大整体,集成的设备多,采集和处理的信息量庞大,特别适合于物联网的应用。为此,基于物联网技术,设计了一种农作物的试验基地监控管理系统,由信息采集模块、网络传输模块、应用管理模块、专家决策模块和操作执行模块5大部分组成,主要实现智能灌溉、施肥和害虫防治3大功能。对水稻、玉米和棉花3种作物的试验结果表明:系统在保证作物高产的同时,还能明显节约资源,有助于实现试验基地的高效运行和精准管理。     

基于边缘电场的电容式土壤含水量监测仪

研究了一种基于边缘电场的电容式土壤含水量监测仪,设计了新型的同平面梳齿状多级电极组传感器结构,利用边缘电场的电容效应分布式测量土壤含水量.同时,分析了土壤介电特性检测的原理和方法,传感器设计原理、数学模型以及传感器处理电路.实验结果表明,该监测仪具有不破坏原土壤结构、传感器电极稳定等优点,能够动态地测量不同分布位置的土壤含水量,在低于土壤饱和含水量的范围内,土壤含水量与测量值呈线性关系,能够有效地降低传感器受土壤类型的影响,适合于地质灾害预警和农业科学生产等的监测.     

便携式大米多品质参数无损检测仪设计与试验

基于近红外漫透射光补偿光谱分析技术,设计了便携式大米多品质参数无损检测仪,检测仪包括光谱采集单元、光源单元、控制与显示单元、供电单元、专用参考校正盒等,光谱采集单元通过光补偿杯和聚焦准直透镜有效提高了采集光谱的信噪比,整个装置尺寸为207 mm×90 mm×148 mm,携带方便。选取52个籼米样品,基于便携式大米多品质参数无损检测仪建立了大米含水率、直链淀粉质量分数和蛋白质质量分数的偏最小二乘预测模型,含水率、直链淀粉质量分数和蛋白质质量分数的校正集相关系数分别为0. 980 3、0. 977 0、0. 932 3,校正集均方根误差分别为0. 279 1%、0. 727 4%、0. 204 5%,验证集相关系数分别为0. 979 3、0. 957 1、0. 924 9,验证集均方根误差分别为0. 300 9%、1. 106 7%、0. 212 7%。基于MFC软件开发工具,采用C/C++语言编写了实时检测及控制软件,实现了便携式大米多品质参数检测仪的一键式操作。试验验证了便携式大米品质无损检测仪的检测精度和稳定性,结果表明,利用该装置预测大米含水率、直链淀粉质量分数和蛋白质质量分数的最大变异系数分别为0. 024、0. 079、0. 034,大米样品的含水率、直链淀粉质量分数和蛋白质质量分数的预测值和标准理化值的相关系数分别为0. 972 7、0. 940 9、0. 901 5,预测均方根误差为0. 363 2%、1. 318 1%、0. 243 0%。这表明自行设计的检测仪可以实现大米含水率、直链淀粉和蛋白质质量分数的实时无损检测。     

农机作业面积快速定位测量仪的开发与应用

利用GPS的定位功能,开发了农机作业面积快速测量仪。测量仪由低成本的GPS模块、单片机数据采集板、键盘及LCD 显示等组成,给出了测量仪的软硬件设计原理等。试验结果表明测量仪能够快速方便地测量任意形状农田的面积,相对测量误差小于2％,满足农机作业面积测量的要求。     

排水条件下稻田中氮素运移转化规律的试验研究

该文对室内外不同排水条件下淹水稻田土壤中氮素运移、转化规律进行了试验研究，对氮素在土壤和地下水中的运移动态及分布过程进行了初步探讨，可为拟定合理的水肥管理措施提供依据。     

基于 ZigBee 技术的农田监测系统设计

当前无线传感器网络技术逐渐成熟,促进了智能农业和精准农业的发展。为获得实地、大范围和实时的农田信息,提出了一种基于ZigBee 技术的信息监测系统设计方案,包括硬件平台的设计和系统软件的开发。硬件平台以ATmega 128单片机和CC 1101射频芯片为核心,主要由数据处理单元、无线模块、传感器控制矩阵、数据存储、供电单元、模拟接口和数字接口等构成。在TinyOS 操作系统的开发平台上利用 nesC 语言实现了传感器节点和汇聚节点的软件开发。对传感器节点主要进行了传感器驱动程序设计,而汇聚节点主要进行了串口通信编程。此外,根据节点不同的工作模式,设计了节点的节能算法。该系统稳定、可靠,满足设计需求。     

寒地水稻育秧大棚智能监测系统设计与试验

针对寒地水稻育秧大棚的特点,提出并开发了基于GSM网络的智能监测系统,可以测量、显示、存储环境温湿度和土壤水分信息,每隔设定时间或大棚内温湿度超过设定的阈值,系统通过GSM网络自动发送数据到指定手机上,方便、快捷、准确地指导稻农进行育苗管理。经八五零农场试验证明,该设计具有简单实用、性能可靠、自动化程度高、快捷、精度高和性价比高等优点。