水稻精准种植技术的集成研究

研制开发了水稻精准种植信息处理系统和精准农业谷物联合收割机智能测产应用系统,水稻精准种植信息处理系统由农田GIS和农田DSS组成,采用面向空间、对象和用户的基本设计思想,具有网络化、构件化、层次化、智能化、可视化和开放性等特点;智能联合收割机自动测产应用系统充分采用低成本高精度全球定位DGPS技术、RS遥感图像识别技术、数字地球GIS技术、智能传感器技术、计算机软硬件系统技术,在收割过程中可直观、准确地提供地块的粮食产量及产量分布。     

光电漫反射式联合收割机谷物产量计量系统研发与性能试验

为了进一步提高联合收割机谷物产量计量系统的精度,自主研发了基于光电漫反射原理的谷物产量计量系统。系统主要由传感器模块、数据处理模块、GPS模块和谷物产量计量显示终端组成。光电式谷物产量计量系统计量作业时,当联合收割机籽粒升运器刮板输送谷物经过漫反射型谷物体积传感器时,会间歇性的阻断光路,从而产生脉宽信号,脉宽信号大小与刮板上谷物厚度成正比,同时升运器转速传感器输出转速信号,谷物产量计量数据处理模块将采集到的2路传感器信号进行放大、滤波和A/D转换后与GPS模块采集的联合收割机行进速度、经纬度信息由RS485总线传输至光电谷物产量计量软件系统,经光电式谷物产量模型处理后,将产量信息、速度信息、位置信息等实时显示在终端上。为了验证光电式谷物产量计量系统的性能,分别开展了室内主要传感器性能台架试验和系统田间动态性能验证试验,试验中谷物喂入量在0.1~6 kg/s范围内,台架试验表明升运器转速传感器测量误差小于2.00%,漫反射型谷物体积传感器测量误差小于3.50%。田间动态性能验证试验结果表明光电式谷物产量计量系统运行稳定,系统检测结果与实际测量结果决定系数R~2达到0.848 4,测产误差最大为3.51%,满足田间实际测产需要,为精准农业变量作业提供了科学依据。     

农田作业机械测速方法试验

实时对地速度测量是精准农业智能装备必备的一项功能。该研究的目的是评价不同农田作业机械地速测量传感器的性能情况,选用多普勒雷达、霍尔元件、RTK-GPS、RTD-GPS和单点定位GPS 5种不同测速设备,在小麦地、翻耕地、未耕地和水泥地等4种典型地表环境下进行农田作业机械测速性能试验。试验结果表明：在作业机械匀速行驶过程中,差分GPS（RTK-GPS和RTD-GPS）输出的速度值变异系数较大,单点定位 GPS、雷达与霍尔元件传感器输出的速度值相对稳定,与平均速度接近。而在作业机械加速和减速过程中,各种传感器测速误差均增大,其中单点定位GPS速度误差和测速延迟显著增大。田间试验和分析表明,低成本单点定位GPS和霍尔元件在正常旱田作业条件下,可以作为精准农业智能装备有效的测速手段。     

谷物联合收获机在线测产技术研究现状与进展

为加速推进中国智慧农业发展,深入了解精准农业技术体系中田间谷物产量在线监测技术的研究现状,该研究重点概述了国内外谷物联合收获机在线测产方法,包括动态称量测量、体积测量、冲击力测量、射线测量及其他测量方法,介绍了不同测量方法的原理和测产传感器的关键技术与应用。从可行性、通用性、稳定性与准确性方面,分析归纳了中国当前谷物产量在线监测技术所存在的主要问题,指出冲击力测量方法应用广泛,但尚未考虑谷物与冲击板碰撞时对谷物造成的机械损伤等问题。同时,该研究提出了谷物联合收获机在线测产技术未来的研究重点与发展方向,旨在为作物产量信息监测技术与智能化农业机械装备的发展和应用提供理论依据和技术参考。     

嵌入式谷物流量传感器设计与试验

为进一步提高双平行梁谷物测产系统的集成度以便于推广应用,提出一种嵌入式谷物质量流量传感器。设计了基于混合信号控制器HY16F188和嵌入式处理器STM32F405的信号采集处理模块。其中HY16F188负责谷物冲击信号的后置放大和AD转换,STM32F405则主要完成自适应噪声对消算法,输出谷物质量流量信号。基于MFC设计了配套的上位机软件,用于谷物产量显示、存储和产量图生成。为验证传感器性能,2016年11月在扬州市江都区的实际生产稻田进行了空载振动试验、标定试验、测产试验。空载振动试验分成原地小油门、原地大油门和行走等3种工况,振动干扰噪声幅度降低了97.4%。标定试验中采用线性关系对传感器进行标定,通过直线拟合获得了标定系数。选择3个不同田块开展测产试验,共计进行8次实际测产试验,获得了产量分布图,可以直观看出农田各位置的谷物产量分布情况。大田测产试验结果表明最大测量误差小于7.4%。该研究可为精准农业谷物在线测产研究提供参考。     

基于线结构光源和机器视觉的高精度谷物测产系统研制

针对精准农业中谷物产量信息的高精度获取需求,设计了基于计算机视觉的谷物测产系统,由工业相机、线结构光发生器、电感式接近开关和工控机等组成。提出了基于线结构光的谷堆厚度测量方法,根据所建立的谷物几何模型计算出谷堆的体积,并采用电感式接近开关克服了传统光电式谷物测产系统存在的误触发问题。同时,研究了不同转速下结构光测量误差,建立了基于转速的线结构光测量修正模型,使得测量误差从1.1%减小为0.33%。在室内台架上进行了测产试验,试验结果表明,未使用线结构光修正模型的最大测产误差为12.73%,在使用了线结构光测量修正模型之后,相对测产误差在4.27%以内,该研究可为谷物测产研究提供理论依据。     

联合收割机多机协同作业路径优化

随着我国土地流转政策的不断推进,种植实现规模化生产和管理,采用多台联合收割机同时进行收获作业,可不仅提高效率,而且对抢种抢收,减少自然灾害的风险,实现颗粒归仓意义重大。但是由于作业路径规划不当,常常发生作业冲突、反而效率降低,成本增加等问题,因此,研究如何规划和优化联合收割机多机无冲突协同作业具有十分重要的理论意义和实用价值。本文以总作业时间和作业时长为综合优化目标,综合考虑联合收割机转弯和作业冲突的情况,提出了联合收割机多机无冲突协同作业路径优化算法(improved genetic algorithm,IGA)。结果表明,与遗传算法(genetic algorithm,GA)相比,IGA优化的矩形农田作业路径总作业时间和作业时长平均分别下降了33.72%、34.00%,IGA优化的梯形农田作业路径总作业时间和作业时长分别下降了29.93%、30.00%,与并排作业相比,IGA优化的矩形农田作业路径总作业时间和作业时长平均分别下降了2.45%、2.29%,IGA优化的梯形农田作业路径总作业时间和作业时长分别下降了2.42%、2.02%。研究结果表明采用IGA进行多联合收割机作业路径优化是可行的,可为联合收割机多机无冲突协同作业路径规划提供参考。     

农田粮食产量分布信息数字化研究

为了获取农田作物产量分布信息，发展数字农业，研究了机收时粮食产量分布信息的获取和分析方法。借助于全球定位系统和地理信息系统，经过坐标转换等数据处理，快速生成计划收割区域的数字地图，在机载计算机上实时显示联合收获机行走的轨迹。对测产系统各传感器信息进行数据处理，由动态产量数据值及其定位信息，实时绘制采样点粮食产量分布图，结合割台高度信息，实时获取收获面积。借助于后处理手段，对实测数据进行空间数据分析，得到准确的粮食产量分布。本系统能快速生成待收割区域的数字地图，能实时显示联合收割机行走轨迹、产量波形曲线、产量分布图，实时显示收割面积。粮食产量分布信息数字化，为精准农业生产提供指导。     

全国跨区机收工作协调会议在郑州召开

被誉为新千年联合收割机跨区作业“第一枪”的“全国联合收割机收获小麦工作协调会”于 4月7日在河南省郑州市召开 ,会议的主要内容是 :研究联合收割机跨区收获小麦的工作 ,发布有关跨区作业的信息 ,部署今年跨区作业的任务 ,洽谈落实各地引进、派出联合收割机的数量。农业部农机化管理司副司长刘敏主持会议并宣读了《联合收割机跨区作业暂行管理办法》和《关于加强 2 0 0 0年联合收割机跨区作业管理办法的通知》。《暂行办法》要求各地加强联合收割机跨区作业管理 ,规范跨区作业市场秩序。文件共分五章三十二条。——摘自《中国农机安全报…     

基于GSM的数字农业远程监控系统研究与应用

应用无线网络技术可实现农机作业过程和农田水利设施等的远程监控,为作物生长过程与产量、农业气象等信息的实时采集提供保障。探讨了基于GSM无线技术的数字农业远程测控系统组成结构,阐述了系统监控端软件的实现。在此基础上,采用自行研制的GSM远程通信控制器,开发了智能测产远程数据传输系统,并介绍了该系统的硬件组成和相应软件开发。在测产试验中对现场数据传输的实时性进行了测试,结果表明,GSM无线通信技术能满足农业远程监控的要求。     

中国农业信息化技术发展现状及存在的问题

围绕农业传感器技术、精细农作技术、农业机器人技术、农业物联网技术和农业信息服务技术五大方面,对农业信息化前沿技术的发展态势进行了分析,同时探讨了中国农业信息化前沿技术发展存在的问题并提出了相应的建议。研究表明,农业传感器技术是农业信息获取与信息化的基础,精细农作技术代表了当今农业装备的先进水平,农业机器人技术是未来农业智能装备的重要方向,农业物联网技术是农业监管与质量监控的有效手段,农业信息服务技术则愈来愈聚焦农业信息服务中的云存储、云计算、云服务和移动互联的关键技术问题。     

冬小麦产量差和资源利用效率差及调控途径研究进展

缩减作物实际产量与潜在产量之间的差距是当前作物科学研究的热点之一,对保障国家粮食安全有重要意义。研究冬小麦产量差和资源利用效率差形成机制及缩差增效途径,是大面积持续提高冬小麦现实生产力的迫切需求。本文概述了国内外作物产量差和效率差及调控技术途径的研究进展,重点综述了冬小麦产量差和资源利用效率差异及调控途径研究进展。指出造成冬小麦产量差和效率差的五大因素为:品种因素、气候因素、土壤因素、人为管理措施和技术因素以及农户决策因素。最后提出了我国冬小麦产量差和资源利用效率差异及调控技术途径的发展方向:建立基于云数据分析的区域化冬小麦产量差和资源利用效率差异智慧调控途径;拓展冬小麦轮作系统下产量差和资源利用效率差异及调控途径的研究;创建区域模式化简化冬小麦缩差增效技术途径。冬小麦产量差和资源利用效率差异缩减技术创建是我国农业通向精准农业、绿色农业、均衡农业、高产高效农业的必由之路。以上研究进展为我国冬小麦缩差增效提供了理论依据和技术支撑。     

栾城县域精准种植运行体系建设与模式示范

太行山前平原是华北平原的重要组成部分和典型农业高产区, 农业集约化程度较高, 是我国重要的商品粮生产基地。随着农业和社会经济的发展, 水资源严重匮乏, 地下水超采严重, 农田面源污染日益加剧等问题, 严重影响了该区域农业的可持续发展。精准农业是未来农业发展的重要方向和必然选择。在农业生产以农户单元为主体的我国现实情况下, 选择县域精准种植模式是有益的尝试和探索。选择农田管理有代表性的河北省栾城县作为示范区, 进行精准农业技术的试验与运行实施模式的示范。在县域尺度上通过划分公里网格的方法建立GPS 定位的县域精准种植观测网, 确定288 个有效采样点, 在中心示范区尺度按20 m×20 m网格对耕层和亚耕层确定采样点, 进行农田基本数据调查和空间变异分析。通过优化管理网络咨询平台组装县域尺度的优化施肥模式, 并根据区域特点建立多种节水种植模式进行推广。在大田尺度和温室大棚示范智控半变量节水灌溉系统, 实现经济效益和环境效益的增长。推广示范用于小麦的智能精准收获系统, 为区域精准农业的发展提供示范样板。县域精准农业技术研究与示范工作, 为未来区域性精准农业的全面实施进行了技术尝试, 提供了示范样板。     

世界主要国家精准农业发展概况及对中国的发展建议

中国是一个农业生产和消费大国,同时也面临着投入产出比率相对较低、环境污染等一系列问题,尤其在国际形势变化、自然灾害频发的背景下,中国传统农业生产方式亟需转型升级。在人工智能、物联网、云平台等新兴技术的带动下,精准农业孕育而生,成为了全球农业实现绿色、高产的有效途径。该文瞄准世界精准农业发展较好的发达国家和地区,通过文献梳理和总结,凝练出政府引导、信息化建设、科技支撑、新型农民培育等发达国家和地区发展精准农业的成功经验。在此基础上,着眼于中国大田种植,分析中国发展精准农业的基础,从农田配套设施及信息化建设、农业信息获取、自动变量作业系统及装备等方面充分认识中国发展精准农业的薄弱环节。该文旨在厘清中国精准农业的发展方向,借鉴国际经验,提出中国精准农业今后的发展建议,如强化政府组织领导作用、加强基础设施和信息化建设、聚焦核心技术研发、培养新型农业人才、分区域试点示范。     

精细农业中农情信息采集技术的研究进展

由于现代信息技术在农业中的应用，精细农业在世界范围内引起了广泛关注。快速有效地采集和描述影响作物生长环境的空间变量信息，是开展精细农业实践的重要基础。围绕土壤环境、作物产量分布、病虫草害及作物长势等信息采集技术的研究情况进行了阐述，指出了现有采集技术存在的优缺点，并在此基础上指出提高设备的采集精度和速度，开发研制产量监测系统、土壤环境信息快速测量仪以及多功能采集设备是近阶段的主要研究方向。     

信息技术提升农业机械化水平

为适应中国现代农业建设的需要,保持中国农业机械化水平持续增长,实现中国农业可持续发展,该文提出,应将先进的信息技术融入中国农业机械的设计、制造、作业和管理等环节,使农业机械装备实现信息化和智能化,从而整体提升农业机械化水平。文中介绍了参数化设计、基于知识工程的农机产品设计、基于产品数据管理的并行协同设计等农机产品设计的关键技术;柔性制造、计算机集成制造、虚拟与网络制造等农机产品制造的关键技术;农情信息采集、农业机械导航、田间管理等农业机械作业的关键技术;农业机械管理、农业机械调度等关键技术。分析了这些关键技术信息化的不足,总结了世界各国的发展趋势,指出了用信息技术提升中国农业机械化水平应解决的核心问题。为加强农机装备的信息技术创新,该文建议,应突破一批智能农业装备数字化设计技术、自动导航协调控制技术及农业装备现场总线技术等关键技术;研发一批大田和设施农业生产作业系统、果园作业智能装备和畜禽水产精准生产装备等重大技术产品;构建一批水肥药田间精准作业系统、畜禽水产自动饲喂系统和自动化加工生产线等农业机械精准作业系统,从而进一步用信息技术提升农业机械化水平。     

农业信息技术与精确农业的发展

介绍了美国精确农业发展现状及当前进行的主要工作，阐述精确农业就是信息农业的概念。着重介绍SSCM(根据田间具体情况作物管理系统)系统和YieldMap产量图在精确农业发展中的作用及GIS与精确农业的不可分关系。     

精确农业发展与农业生态工程创新

分析了西方精确农业研究及实践的主要目标及技术思想,比较了中国农业生态工程研究与精确农业的异同点。提出了农业生态工程研究及实践具有独特的功能与作用,同时亦应正视自身发展中存在的问题,吸收精确农业有关原理、方法,在理论规范化、手段现代化、过程监测及其控制自动化、高新技术含量增加、与信息技术和机械工程专业有机结合提高工程设计可操作性等方面努力,推动农业生态系统设计与管理的信息化与知识化,逐步形成一个基于信息技术、生物技术及机械工程装备的农业生态工程技术体系,为建立可持续发展的农业系统与实现以科学技术化为本质特征的农业现代化作出贡献。     

我国设施农业土壤质量退化特征与调控研究进展

设施土壤质量退化已成为制约现代设施农业可持续发展的瓶颈。了解设施土壤退化成因与特征,并采取适宜的调控措施,对于促进设施农业持续健康发展具有重要意义。本文综述了国内目前设施农业土壤次生盐渍化、酸化、微生物区系破坏、养分失调、有害物质积累等5个方面的退化特征与成因。简述了生物、农业、工程3类调控措施在改良设施土壤方面的应用研究进展。并且针对我国设施土壤质量研究中存在的关于探索形成原因和控制机理方面的研究少,原创性设施土壤改良与调控技术仍然十分缺乏,大尺度、长时间设施土壤质量演变的长期定位研究和动态监测工作十分滞后,有关设施土壤退化因素叠加效应与交互作用机理研究尚未涉及等问题,提出应将构建设施土壤质量标准体系,开展设施土壤质量退化演变机理以及拓展调控与改良技术,系统研究不同退化形式之间的相互作用,以及拓展新技术在设施农业土壤研究中的应用等4方面作为今后研究的重点。     

基于科学计量的中国农业工程研究热点探析

农业可持续发展是农业工程研究所追求的目标,也是农业工程学科需要重点解决的问题,准确把握与判断学科发展方向对促进农业可持续发展具有重要意义。该研究以1957—2014年发表在《农业工程学报》与《农业机械学报》中的学术论文为研究对象,应用科学计量学方法与可视化知识图谱技术,直观呈现了不同阶段中国农业工程研究热点,总结了不同阶段研究热点组成与基本特征,探讨了研究发展总体趋势。研究表明,中国农业工程研究总体上经历了以较单一热点主题向多元化主题发展的过程;在研究领域方面经历了从简单工程技术在农业中的应用向工程技术与计算机、生物、资源、环境与生态等科学的跨学科交叉融合及丰富化过程,在研究手段与技术应用上经历了从简单的实验分析向计算机模拟仿真、智能控制及物联网等高新技术为主的创新与拓展过程。当前中国农业工程研究正向以信息化、自动化和智能化为核心的智能精准农业技术研究方向发展,突破环境与资源约束,发展高效、安全与可持续现代农业成为学科研究与发展的新方向。研究可为相关研究人员追踪学科发展方向提供参考。