基于ET和水量平衡的日光温室实时精准灌溉决策及控制系统

为提高日光温室的灌溉水利用效率,充分发挥现有灌溉决策理论的指导作用,该文构建了基于ET和水量平衡方法的实时精准灌溉决策及控制系统。以句容布戴庄村樱桃番茄温室为试验对象,给出了利用ET和水量平衡方法的灌溉决策实施过程,即当田间蒸发蒸腾总量大于土壤中可供作物利用水分时触发灌溉,灌水量等于自上一次灌溉起蒸散量的总和。采用Java语言开发了灌溉决策软件ETSch,可实现以温室内气象数据为基础对不同地点的灌溉决策项目进行管理;设计了温室精准滴灌系统并研制了基于单片机的灌溉控制器软硬件,通过ETSch软件与控制器的连接,建立了从田间气象信息获取到灌溉决策软件运行,再到灌溉及控制系统的集成化自动精准灌溉模式。试验结果表明,该实时精准灌溉决策及控制系统的平均灌水总量控制平均误差为1.1%,系统运行稳定,节约人工;尽管采用ET和水量平衡方法低估了实际土壤含水率,但总体趋势一致,能实现合理有效的灌溉决策。该研究可为实现灌溉决策和控制系统的集成提供参考,为进一步提高灌溉效果和用水效率提供借鉴。     

基于控制灌溉理论的水稻优化灌溉制度研究

结合田间试验研究成果及Jensen模型，建立了基于水稻控制灌溉理论的宁夏引黄灌区轻度盐碱地水稻优化灌溉制度。水稻全生育期灌溉水量为600 mm，灌水15次，主要分布在返青期、拔节孕穗期和抽穗开花期。该优化灌溉制度较常规漫灌节水69.2%。该灌溉制度的建立，对于提高宁夏引黄灌区水稻节水灌溉技术具有重要的实践参考价值。     

基于Web的自动灌溉控制系统数据实时推送设计与开发

基于Web的自动灌溉控制系统是当前农业节水信息技术发展的主流趋势,为了提供定制灌溉控制方案和精准的用水计量,系统需要较高的数据传输实时性能,而基于Web的应用程序在实时性上表现较差,难以满足应用需求。针对这一问题,该文首先分析了基于Web的自动灌溉控制系统的结构和数据传输实时性瓶颈,提出了通过数据推送模式提高实时性的方案,并对数据层与逻辑层、逻辑层与表现层之间的具体数据推送模式进行了设计。通过编程开发完成基于Web的灌溉控制系统的构建,实现了数据实时推送的机制,并对系统数据采集和控制指令发送过程的实时性进行测试。结果表明:数据采集平均延时为1 676 ms,控制数据从发送到结果返回的平均延时为3 378 ms,基本能够满足其设备控制和灌溉决策的需要;软件系统内采集和控制过程的数据库至客户端数据传输的平均延时分别为124和118 ms,消除了数据拉取模式中的延时因素,对提高系统实时性起到了重要作用。该研究为基于Web的实时监测与控制系统的开发提供了方法参考。     

基于μC/OS-II嵌入式技术的农业环境远程监控系统实现

针对农业环境远程监测技术特点，提出了一种基于嵌入式系统和无线远程通信技术相结合的系统解决方案。该系统以ARM CPU为硬件核心，通过μC/OS-II嵌入式操作系统的调度与管理，实现农业现场数据的实时采集与处理，然后经由CDMA/GPRS无线移动通信模块将其发送至数据库服务器。在服务器端，采用ASP.NET技术实现动态WEB发布，用户可以通过INTERNET网络随时浏览和下载各种农业信息数据。此方案的实现明显改善了系统的综合性能，在可靠性、集成性、稳定性和扩展性等方面，更能适合分散远程条件下农业环境信息监测与管理的各种需要。     

基于μC/OSⅡ的种子成套处理设备控制系统设计

为促进国内种子加工处理事业的发展,提高设备的自动化程度,提出了一套基于单片机系统的通用控制平台.该平台采用模块化思想设计,分为以C8051F020单片机为核心的主控制电路和外围控制电路,应用时可按实际需要组成控制系统.主控制电路移植了轻量嵌入式实时操作系统μC/OSⅡ,在此内核的管理下,设备控制程序的编写变为任务的规划,可靠性提高的同时开发周期可大为缩短.该平台已成功的应用于种子烘干处理机.实践表明,该控制系统功能完善,性能可靠,成本低廉,满足种子成套处理设备的控制需要.     

基于μC/OS-Ⅱ嵌入式技术的农业环境远程监控系统实现

针对农业环境远程监测技术特点,提出了一种基于嵌入式系统和无线远程通信技术相结合的系统解决方案.该系统以ARM CPU为硬件核心,通过μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统的调度与管理,实现农业现场数据的实时采集与处理,然后经由CDMA/GPRS无线移动通信模块将其发送至数据库服务器.在服务器端,采用ASP.NET技术实现动态WEB发布,用户可以通过INTERNET网络随时浏览和下载各种农业信息数据.此方案的实现明显改善了系统的综合性能,在可靠性、集成性、稳定性和扩展性等方面,更能适合分散远程条件下农业环境信息监测与管理的各种需要.     

基于无线传感网的荔枝园智能节水灌溉双向通信和控制系统

为提高水资源利用率和灌溉智能化管理的需要,设计了以无线传感器网络技术为核心的荔枝园节水灌溉控制系统,该系统的无线通信模块选择CC2530模块,传感器模块包括空气温湿度传感器DHT22,光照强度传感器GY-30,土壤水分含量传感器TDR-3以及一些外围电路,精确采集荔枝园温度、湿度、光照度和土壤含水率等多项环境信息,通过无线传感器网络、通用分组无线服务技术(General Packet Radio Service,GPRS)和互联网进行数据的传输,保证了传输的实时性和远程性,实现了对荔枝园环境的实时监控;同时,远程服务器和网站上都对荔枝园的土壤含水率的阈值进行了设定,当土壤含水率的值超过了阈值,服务器或者网站就会自动发送相关命令对相应的电磁阀进行控制,实现双向控制。分析、测试了系统的功耗和通信距离,在空旷地带,节点的双向有效通信距离达1 205 m,在荔枝园中双向有效通信距离达81.5 m。在传感器节点系统工作周期为30 min情况下,根据试验结果估算出,两节额定容量为3 000 m A·h的3.7 V锂电池串联可使传感器节点持续工作时间最大为500 d,可使电磁阀控制节点工作5 a以上。试验结果表明,该系统运行稳定,网络平均丢包率为3.87%,能够准确监测荔枝园信息采集和控制电磁阀工作,实现和控制荔枝园智能节水灌溉双向通信。     

基于茎直径变化的精准灌溉技术研究进展

该文首先介绍了茎直径变化的基本原理、测量仪器的发展、茎直径变化及其衍生指标(日最大收缩量和茎生长速率)和其他水分胁迫指标(水势和液流)之间的关系和敏感性比较,然后重点分析了茎直径变化的5个影响因子(水分胁迫、茎秆季节生长模式、作物挂果、植株年龄和作物管理)和应用茎直径变化指导灌溉之前必须评价的6个指标特性(变异性、强弱性、敏感性、及时性、可靠性和鲁棒性),在此基础上总结了基于茎直径变化数据指导灌溉的3种方法(绝对值法、相对值法、茎直径变化与液流结合法),并指出其中的相对值法(信号强度法)已被成功地用于指导具有多树种的果园中充分灌溉和亏缺灌溉处理下的低频灌溉,对实现灌溉的精准化、数字化及智能化具有重要意义,并对该领域未来的研究热点进行了展望。     

基于AgentLA模型的农田精准灌溉管理分区研究

依据农田水资源利用与土地资源开发的耦合特性,开展农田精准灌溉管理分区研究,划定需灌溉管控的农田利用对象区。以三江平原典型流域挠力河流域为研究区,基于Landsat OLI影像、DEM数据和气象台站等多源数据为基本信息源,结合遥感和GIS技术定量探讨该流域农田水分盈亏状态,最后利用多智能体的空间优化配置模型(AgentLA)划定出农田灌溉区。结果表明:与常规的密度分割法相比,AgentLA模型不仅考虑了农田水分盈亏状态,也兼顾空间形态属性,使得所划定的灌溉区既覆盖了高水分亏缺状态农田,也具备较高的紧凑性,避免其空间格局过于凌乱和破碎。模型运行结果显示,在20%的农田灌溉目标面积下,挠力河流域内83.40%的中度、99.86%的重度、0.71%的正常和100%的严重缺水的农田需进行灌溉管控。研究结果为农田精准化灌溉管理提供思路借鉴,为相关学者研究提供基础。     

短期和长期中水灌溉对绿地土壤理化性质的影响

采用短期室内中水灌溉土柱模拟和长期中水灌溉区大田定位调查,对中水灌溉后对植物体内营养元素、毒害离子以及重金属的增减变化进行对比分析。结果表明,与清水对照相比,中水灌溉使绿地土壤pH值降低,土壤有机质含量增加,孔隙度增大,容重及田间持水量减小;全氮、全磷含量随土层厚度的增加而呈减少的趋势;碱解氮、有效磷和速效钾含量增加且与清水对照之间差异显著（P〈0.05）;盐离子在土壤中得以积累,含量增加;毒害离子和重金属含量呈增大或减少的趋势,与不同离子种类有关,但其含量极少,累积效应变化缓慢,且由于自然降水等因素的稀释和植物、土壤微生物等因素的吸收及降解,一般不会造成对土壤的污染及对植物的生长胁迫。     

集成GPS和GIS技术的变量灌溉控制系统(英)

结合中国现实国情，应用先进的单片机、GIS、GPS以及变量控制技术，设计了一种经济实用、先进的变量灌溉控制系统。系统设计采用AT89C51单片机作为系统微处理器， Jupiter GPS OEM二次开发作为GPS接收机，IC卡作为GIS数据传递媒体 ,并根据矢量法提出一种简单快速的田间定位和数据查询算法。灌溉机在田间工作时，系统可从GPS OEM得到位置信息，进行地块识别和位置判断;然后根据位置信息从IC卡的GIS信息中查询土壤属性数据或处方数据，结合机械行走速度、施水幅宽等进行运算，得出某一时刻的灌水量; 最后向控制器发出指令，实现变量节水灌溉。田间和实验室模拟试验结果表明，自行研制的低成本GPS OEM接收机，可获得与Ag GPS132相当的定位精度，控制系统能根据处方图的不同需水量, 通过电磁阀驱动电路得到变化的输出，实现自动变量施水,系统也能根据需水量进行手动灌溉。     

哺乳母猪精准饲喂下料控制系统的设计与试验

为满足哺乳母猪获得最大采食量并达到精准饲喂控制等需求,以哺乳母猪为试验对象,设计了一种新型哺乳母猪精准下料控制系统。研究通过控制电动杆的推杆速率、输入电压及电源功率的协同工作,以获得稳定的下料量;采用预设的个性化的采食量模型与变容积的精确控制技术,实现对预设饲喂量的准确投喂。系统设计了下料控制系统,主要由定量仓体、电动推杆、堵料上球及堵料下球等部件及嵌入式控制系统组成。试验结果表明,1)当电源功率为150 W时,推杆启动时电压变化略小,对单机下料的精准性影响较小,且当电动推杆速率为60 mm/s,输入电压为11.5 V,下料效果最好(P0.001),变异系数(CV=3.526%)最小;2)预设的采食量曲线接近哺乳母猪的采食规律,且采食量曲线收敛于对数曲线;3)智能饲喂系统采用4次/d的饲喂频率及与采食曲线的协同工作,与人工饲喂对比,能进一步促进采食量,且采用变化的饲喂时间间隔(06:00,10:00,15:00及22:00),并在不同时间点的饲喂采食量比例分别为30%、20%、20%、30%时,总的采食量最大。综上,该文设计低成本的哺乳母猪精准下料控制系统,采用基于电动推杆的控制机构与嵌入式系统的协同工作,设备控制简单,下料稳定,计量准确,与进口设备及以螺旋输送原理为基础的过往系统比较,成本具有明显优势,适合在中国大、中、小型的种猪场的哺乳车间推广应用。     

球混式精准灌溉施肥系统的设计与试验

针对作物灌溉施肥不均匀,存在多施少施,肥料浓度过高等现象严重,该文设计了一种能实现自动灌溉、施肥、配方、混肥为一体的球混式水肥灌溉系统。该文详细描述了灌溉施肥系统的装置结构、自动控制系统、上位机软件设计,研究了配肥子系统特点和控制算法。根据不同作物的不同需要,对营养液的EC值(电导率间接反映营养液的浓度)和p H值(酸碱度)进行精确控制和实时调节,并利用嵌入式技术、变频技术、自动控制技术以及计算机信息技术开发灌溉施肥自动控制系统,实现灌区的自动灌溉施肥。试验证明,该系统EC、p H值调节品质好,性能稳定可靠,组装简便,操作人性化,实用性强,有利于推广使用。该研究为精准灌溉施肥系统的进一步研究提供了参考。     

基于调亏理论和模糊控制的寒地水稻智能灌溉策略

为了精确判断寒地水稻需水量并建立合适的智能灌溉策略,进行适时适量灌溉,实现寒地水稻优质高产,设计了基于调亏理论和模糊控制的寒地水稻智能灌溉策略。该智能灌溉策略主要包括模糊控制灌溉和预测灌溉两部分。其中,模糊灌溉模块是二级模糊控制过程,通过一级模糊控制确定当前土壤最佳湿度,二级模糊控制器以当前土壤湿度与最佳土壤湿度的差值和环境温度作为模糊控制器的输入量,建立多因素控制规则库,实现灌溉时间模糊控制。预测灌溉设计通过实时环境数据计算出农田蒸发蒸腾量和土壤渗透系数,建立土壤水分含量变化函数,预测何时需要灌溉。在黑龙江省方正县水稻研究院的田间试验发现,调亏灌溉节水率为20.5%,水稻的结实率和产量也高于人工灌溉,分别提高了4%和8%,说明该策略能有效防止水资源浪费,对降低农业生产成本、提高产量、改善寒地水稻品质有重要的意义。     

基于品质主成分分析的温室番茄亏缺灌溉制度

为了寻求温室番茄优质高效的亏缺灌溉制度,以温室冬春茬不同收获批次的番茄为试验材料,应用主成分分析法对番茄品质进行综合评价,并结合实际商品产量,提出平均品质综合主成分的概念,以此作为番茄综合品质的评定指标。结果表明,品质综合主成分可以代表88.41%的品质变异信息,且服从正态分布,具有较好的代表性与客观性,可用于番茄的品质评价。在番茄开花和果实膨大期采用1/3对照灌水量处理,其余阶段正常灌水（NSN）,即全生育期灌水12次,灌溉定额为196 mm时,番茄产量降低不明显,平均品质综合主成分最高,总体经济效益较好,同时节约灌水56?mm,应作为温室冬春茬番茄产量与品质相协调的亏缺灌溉制度。     

基于温室环境和作物生长的番茄基质栽培灌溉模型

为解决涵盖土壤蒸发和作物冠层蒸腾的土培作物蒸散模型不能直接应用于稻壳炭基质栽培番茄灌溉的问题,该研究首先通过修改Penman-Monteith模型的原始表达式来去除土壤蒸发部分,并引入TOMGRO模型来模拟番茄冠层生长,给出了阻抗参数的修正计算,得到了新的番茄基质栽培蒸腾模型。考虑到蒸腾模型中净辐射项削弱了室外太阳辐射对冠层及以下部整株植株的耗水影响,进而将新的蒸腾模型与太阳辐射线性比例供水模型结合建立蒸腾－辐射综合灌溉模型。结果表明,蒸腾－辐射综合灌溉模型对上海崇明A8温室番茄灌溉量的模拟结果与实际结果之间的相关系数高于0.95,平均相对误差小于20%。这说明蒸腾－辐射综合灌溉模型能够较好地估算温室稻壳炭基质栽培番茄的灌溉需水量,对深入研究温室灌溉实施具有参考价值。     

灌溉和降水对旱地土壤N2O气态损失的影响

利用土壤探头法和密闭气室法相结合 ,就黄土高原旱地土壤玉米生长期灌溉和降水对N2O气态损失的影响进行了研究 ;并采用乙炔抑制原状土柱培养法 ,对土壤由湿变干和由干变湿过程中N2O变化进行了模拟。试验结果表明 ,在旱地土壤上 ,N2O的变化一般较小 ,但在降雨或者灌溉后无论是土壤N2O通量或者土壤剖面中N2O的浓度均呈现上升趋势 ,且这种变化趋势与同时期降雨量的变化趋势相同。培养结果说明 ,在相同的土壤孔隙水含量 (WFPS)条件下 ,土壤由湿变干过程产生的N2O通量高于土壤由干变湿过程中的产生量 ;在土壤由干变湿过程中N2O通量随土壤WFPS含量的增加而上升 ,但在土壤由湿变干过程中土壤N2O通量在WFPS含量为 70%时达到最大 ,而后随土壤WFPS含量的减少而下降。施肥处理与对照相比两者的变化趋势相同 ,但不施肥处理的变化幅度较小     

基于水资源高效利用的农业种植结构及灌溉制度优化——以民勤灌区为例

在非充分灌溉条件下,为解决灌区内作物之间和单作物生育期内不同生育阶段的灌水配置问题,依据大系统递阶分析原理,建立了一个能同时优化作物灌溉制度、种植结构和灌溉定额的双层模型。模型第一层以作物相对产量最大为目标,采用动态规划,优化了作物灌溉制度;第二层以灌区内农业净效益最大为目标,采用非线性优化,优化了作物种植结构和灌溉定额。该模型应用范围较广,既能为政府部门提供宏观决策,又能为农民提供具体的灌水办法。以民勤灌区为例,优化结果表明,在75%保证率下比现状节水1.29亿m³,农业生产总值和净效益分别增加5.99,4.25亿元。     

基于μC/OSII的种子成套处理设备控制系统设计

为促进国内种子加工处理事业的发展,提高设备的自动化程度,提出了一套基于单片机系统的通用控制平台。该平台采用模块化思想设计,分为以C8051F020单片机为核心的主控制电路和外围控制电路,应用时可按实际需要组成控制系统。主控制电路移植了轻量嵌入式实时操作系统μC/OSII,在此内核的管理下,设备控制程序的编写变为任务的规划,可靠性提高的同时开发周期可大为缩短。该平台已成功的应用于种子烘干处理机。实践表明,该控制系统功能完善,性能可靠,成本低廉,满足种子成套处理设备的控制需要。