大数据处理技术在土壤肥力评价中的研究

采用K-means算法对土壤肥力数据进行聚类分析,然后针对传统K-means聚类算法在处理大数据量时时间复杂度高的难题,提出基于大数据处理技术的K-means算法。实验结果表明:(1)用K-means算法对2013年农安县13个乡镇的土壤养分数据的聚类结果显示,当k值设为3时聚类效果最优,且与实际情况相符。(2)基于Hadoop平台的MapReduce分布式下实现的K-means算法与传统的串行算法相比,提高运行速度并完成大数据量下的计算任务。     

基于DSP的深松整地联合作业机监控系统的研制

针对目前国内耕整地作业机械没有智能化监控装置,机手和农户无法直接监测耕深大小的问题,开发了一种基于DSP的深松整地联合作业机监控系统。该系统通过触摸屏实现了耕深限值、作业幅宽的设置和当前耕深、平均耕深、作业面积、作业速度的显示,以及耕深超过限值的报警;具有耕深数据U盘存储功能,便于农户核查机手的耕作质量。田间试验结果表明:该系统工作稳定可靠,误差率低,对促进农业生产和提高经济效益具有重大的意义。     

投入式液位计在液肥液位检测中的应用

针对当前液态施肥机在液肥的精确及定量控制等方面存在的不足,以单片机作为控制核心,采用投入式液位传感器进行数据采集,将液位的变化转换成电压变化,再利用A/D将模拟量转化成数字量;同时,通过单片机处理将电压值换算成相应的液位高度值及容量值并显示,并用Mat Lab分析试验数据。结果表明:液位高度值各容量值测量误差均满足实际要求,可应用于液态施肥机。     

水产养殖无人导航明轮船运动仿真与试验

无人导航明轮船依据目前经验公式计算的明轮推力和实际推力偏差较大,不利于控制系统的设计,为此给出明轮驱动力计算方法,建立明轮船水动力仿真模型,并据此进行了正航和回转仿真。为验证模型,在试验艇上安装高精度GPS设备及通信装置,在设定明轮船航速0.4 m/s、左明轮转速60 r/min、右明轮转速40 r/min条件下进行了试验,测量并记录了航行轨迹数据,经GPS设备测量得到的回转直径为3.2 m。仿真和试验结果表明,通过控制明轮可以使明轮船实现正航和回转运动,具有较好的低速机动性和操纵性。     

开放式奶牛舍扰流风机扩散器性能参数优化

为了提高奶牛舍夏季扰流风机的降温效果,在不改变扰流风机外形尺寸以及叶片形状的条件下,通过数值模拟以及现场实验的方法,优化扰流风机扩散器性能参数来提高风机性能。选取扩散器的开合角为90°、120°、150°和180°,以及扩散器的长度为150、250、350、450、550、650 mm,利用CFD数值模拟建立了24种扩散器扰流风机的几何模型,以扰流风机性能、距扰流风机轴心0.5~1.0 m处的流场速度分布以及气流不均匀系数为评价指标,优化了扰流风机扩散器开合角和长度。结果表明,150°/250 mm扩散器使得扰流风机的风量提高了3.80%,能效比增加11%,轴心速度较大,且气流均匀性较好。     

基于水肥一体化的酿酒葡萄高效栽培与效益分析

水肥一体化技术在干旱、半干旱区应用广泛,为了探究水肥一体化技术在酿酒葡萄上的应用效果及经济效益,以赤霞珠为研究对象连续3 a对宁夏贺兰山东麓传统水肥管理(CK)、滴灌+常规施肥管理(DF)和水肥一体化栽培方式(FI)下酿酒葡萄产量、品质、成本及经济效益进行了分析。结果表明,水肥一体化前期投入较传统水肥管理偏高,酿酒葡萄水肥一体化增产效果较差,但品质及价格提升明显,葡萄原料收购价显著高于传统种植模式,灌溉水量和农药用量显著降低。与传统水肥管理相比,水肥一体化节约水费1 853元/hm~2,节约人工成本9 585元/hm~2,年均收益达到43 128元/hm~2,产投比高达2.98,而传统水肥管理下年均亏损7 192元/hm~2,产投比仅为0.77。传统水肥管理不仅成本高,而且产出低,水肥一体化则成本低,产出高,是解决干旱区酿酒葡萄品质低下、劳动投入量大、经济效益低的有效措施。在宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄园开展水肥一体化技术能显著改善品质,节本增效,适宜在干旱、半干旱区域广泛使用。     

厌氧消化液氨氮吹脱回收整体处理装置设计与中试试验

为了促进氨氮吹脱回收工艺处理厌氧消化液的工程化应用,针对投碱量较大、吹脱时易产生泡沫和能耗较高等问题,设计了一套厌氧消化液氨氮吹脱回收整体处理工艺装置。该整体处理装置由高效预处理单元、p H值调节单元及氨氮吹脱与回收单元3个功能单元组成,采用了低耗逆流循环吹脱方法。完成设计后在京郊沼气站进行了中试装置示范搭建,并于2015年8月—11月中旬进行了现场中试试验和工艺优化。结果表明,投加22 g/L生石灰时厌氧消化液pH值可达到运行要求值(10.5以上),并且在水温和气液比分别为(30.7±2.5)℃和960时,氨氮去除率可达(55.8±2.2)%。研究发现虽然投加石灰干粉具有简便性,但是利用率较低,采用投加石灰浆的方法可以有效避免投加干粉的缺陷,可减少7.5 g/L的投加量。同时研究发现不同厂商生石灰中有效氧化钙的含量差别较大,提升厌氧消化液pH值的性能存在较大差异,并分析得出了不同温度下的建议投碱量。该整体处理装置在常温和低气液比(0~1 000)条件下达到了相对稳定的氨氮脱除效率,具有较好的应用推广前景。     

热解挥发物分级冷凝初分生物油研究

设计了一种恒温分级冷凝装置,应用该装置对油茶果壳在500℃时的热解挥发物进行了分级冷凝试验,获得了165℃以上、165~120℃、120℃以下3个冷凝温度段下的分级生物油产物;分析了各组产物的热值、p H值、运动粘度后发现:前2级生物油产物的含水率得到了有效降低,高位热值均大于23 MJ/kg,比常规方法所获生物油的热值增加约44%,但运动粘度较大;随着冷凝温度的降低,各组生物油运动粘度显著下降,p H值略有提升;通过热分析曲线并结合综合燃烧特性指数分析了生物油的燃烧特性,发现利用分级冷凝所获得的初分生物油在燃烧特性上出现了比较明显的区别,其中第2级生物油在各组样品中的燃烧性能最好。试验结果表明,所设计的分级冷凝装置基本实现了热解挥发物的在线初级分离,各级产物的特性有比较明显的区别,为生物油分级冷凝装置的设计提供了参考,为分级生物油的进一步应用奠定了基础。     

高标准农田建设区域划定与项目区选址研究

以河南省新郑市为例,基于GIS和改进突变级数模型相结合的方法测度高标准农田建设的适宜性和空间稳定性指数,并以耦合协调度模型统筹适宜性和空间稳定性,从而明确高标准农田建设的区域,在此基础上通过冷热点分析遴选高标准农田建设项目区。结果表明,研究区较为适宜开展高标准农田建设,优先建设区、重点建设区、全面整治建设区和不宜建设区的面积分别为27 004.83、17 040.40、4 361.16、5 761.55 hm2。其中优先建设区应大力发展特色优质安全高效现代农业,重点建设区以整治项目为依托提升利用效率和效益,全面整治建设区以优化耕地布局和提升潜力为主,不宜建设区应注重修复提升地力、增强防灾抗灾能力。通过冷热点分析高标准农田建设的适宜性和空间稳定性耦合协调度在空间上的联系模式,实现了快速识别高标准农田建设项目区,结合研究区实际遴选了10个高标准农田建设项目区。同时,基于障碍度模型诊断识别各项目区的主要障碍因素,从而有针对性地指导各项目区有序开展高标准农田建设活动。     

基于4D-VAR和条件植被温度指数的冬小麦单产估测

条件植被温度指数(VTCI)综合了地表主要参数——归一化植被指数(NDVI)和地表温度(LST),能够较为准确地对干旱进行监测,可为抗旱救灾、作物估产等提供科学依据。为了提高VTCI的区域估产精度,以陕西省关中平原为研究区域,将遥感反演的VTCI与CERES-Wheat小麦生长模型模拟的土壤浅层含水率相结合,通过四维变分(4D-VAR)同化算法实现2008—2014年冬小麦主要生育期旬尺度VTCI的同化。将同化和未同化的VTCI分别运用改进的层次分析法、熵值法及两者组合赋权法建立冬小麦单产估测模型,选择最优估测模型对2011年关中平原各县(区)进行单产估测和精度评价,并分析2008—2014年关中平原冬小麦单产的时空分布特征,结果表明:无论是在单点尺度还是区域尺度,同化的VTCI均能更好地响应外部观测数据,区域VTCI纹理性更好,更符合VTCI的先验知识。与未同化VTCI构建的估测模型相比,应用同化的VTCI所建的估测模型的估测精度明显提高,相关系数达到0.784(P0.001)。应用最优估测模型对2011年关中平原29个县(区)估产结果中,有16个县(区)的估测单产相对误差小于10%,28个县(区)的估测单产相对误差小于15%,总体平均相对误差为8.68%,均方根误差为421.9 kg/hm~2。近年来关中平原的冬小麦单产呈现个别年份波动、总体增长的年际变化规律,且呈现出中部单产最高、西部次之、东部最低的空间分布特征,与实际情况符合。