对我国未来精准农业发展的思考

从保证国家粮食安全、解决资源环境问题的角度阐述了我国发展精准农业的重要性,分析了当前我国精准农业发展需要关注的6个问题,即突破精准农业关键技术瓶颈、降低精准农业技术应用的门槛、紧密与当地农业主导产业结合、采用因地制宜的技术应用模式、采取高效灵活的技术推广模式和制定精准农业技术标准。提出了今后我国精准农业发展战略的重点为构建具有自主知识产权的精准农业技术体系、具有中国特色的精准技术应用体系、学科交叉的精准农业人才体系。     

基于部分预算法的玉米大田变量施肥经济效益分析

为明确精准农业技术的应用效果和经济效益,促进精准农业技术在中国的推广应用.该研究基于田间50 m×50 m土壤碱解氮测定数据,采用目标产量模型,设计了变量施氮处方进行变量施氮试验,以相邻地块常规均一施肥区为对照.采用部分预算法评价从均一施肥措施改变为变量施肥措施后的经济效益.结果表明:变量施肥比常规统一施肥显著减少了19.4%的氮肥用量,产量增加了1.8%;从常规统一施肥改变为变量施肥后净收益增加了383.23元/hm2,增加投资部分的投资收益率为753%,远大于可接受的最低年收益率105%.综上,在规模农场采用变量施肥相关变量施肥装备和软件进行变量施肥管理可以减少氮肥施用量,增加作物产量,从而提高农场种植的经济效益,具有良好的推广价值,制定变量施肥机的购置补贴政策有利于进一步促进变量施肥技术在大规模农场的推广应用.     

面向农田信息采集的数字照片空间标识索引方法

针对精准农业多源信息采集管理应用的实际需求,提出一种基于时间阈值的数字照片自动空间位置标识方法和基于空间位置的数字照片索引及热链接方法。利用该方法开发了面向精准农业的农田空间多媒体信息采集管理软件,软件将数字照片采集、空间标识、快速索引、热链接表达和数据转换等环节作为一个完整的流程处理,支持普通数码照相机配合手持GPS设备、GPS数码相机和具有定位拍照功能手持设备等多种数据采集方式下的空间多媒体数据采集、空间位置标识索引和数据交换,实现了地理信息系统环境下的数字照片动态索引和关联,并给出了匹配照片时间阈值ε的取值范围。通过精准农业农田基础设施空间多媒体数据采集融合实际应用,验证了该方法的有效性和实用性。     

基于规范化软构件技术的农业专家系统开发平台研究

本文详细分析了农业专家系统平台的软构件流程，提出了一种面向对象方法的自适应软件总线机制规范，该规范可为构件的集成和重用提供基础，建立一个公共的构件底层框架，用分层研究，逐层嵌入的方法与应用环境进行交互，能为农业技术人员提供一个人性化，易操作的农业专家系统开发平台。     

基于知识模型的玉米栽培管理决策支持系统

以作物与环境的关系为基础，运用系统分析方法和数学建模技术，构建了可适用于不同时空环境的玉米生育调控指标及栽培管理的动态知识模型。在此基础上，充分利用软构件的技术要点，在Visual C++平台上设计并实现了数字化和组件化的基于知识模型的玉米栽培决策支持系统，实现了产量目标的确定、播前技术方案设计、调控指标预测、产中实时调控、专家知识浏览和系统维护等功能。利用不同生态点、不同历史产量水平、不同水肥管理资料对所建系统的产量目标确定子模型进行了实例分析。结果表明，该系统具有普适性强、独立性好等特点，可为实现作物栽培管理的精确化和数字化提供了技术基础。     

基于交互式骨架模型的玉米根系三维可视化研究

植物根系可视化交互设计对于提高虚拟植物生长研究整体水平意义重大。该文提出一种植物根系逐部位交互式精确设计方法,并在玉米根系建模中予以应用。通过分析玉米根系结构特征并建立其拓扑结构,采用交互式骨架模型确定其整体结构,设计密度函数确定分支数量和分布,利用模板技术衍生相似部位,利用带参数随机L系统产生一级侧根及根毛,对玉米根系各组成部位逐个精确建模,然后拼接形成完整的玉米根系。本系统综合可视化设计多种方法,交互性、真实感都比较好,既可展现玉米根系各组成部分细微特征,又可表现玉米根系整体特征。本系统研究和设计方法具有一定通用性,对其它可用轴线表示其拓扑结构的相似植物可视化建模也有一定借鉴意义。     

播种单体对地下压力测量方法和数学模型

对播种下压力实时测量是精准控制的基础,为了提高现有测量方法的通用性、准确性和稳定性,该研究在对播种下压力和播种深度关系模型分析基础上,采用轴销传感器播种下压力测量方法,进行了传感器力学分析和设计选型方法研究,并针对不同播深设定下单一测量模型误差大的问题,建立了融合播种深度因素的播种下压力测量修正模型,模型决定系数(R²)为0.991 6,均方根误差(root mean square error,RMSE)为28.88 N,验证试验表明,不同播深设定下,模型预测误差绝对值最大为44.13 N,最大相对预测误差为3.28%,提高了播种下压力测量模型通用性和准确性。播种下压力田间动态变化分析试验结果表明,在4～8km/h车速下,播种下压力振荡主频幅值随车速增加而减小,且免耕处理下主频幅值和功率谱密度(powerspectraldensity,PSD)峰值均大于旋耕处理。不同车速和耕作方式下,播种下压力振荡主频变化较小,主要集中在0～1 Hz,为后续信号稳定输出的滤波处理提供依据。该研究结果可为播种下压力的精准控制奠定基础。     

树型喷洒靶标外形轮廓探测方法

为了在线探测靶标外形并为变量喷药提供基础支持,研究了树型喷洒靶标外形轮廓探测方法。该文基于超声传感器搭建了靶标外形轮廓探测试验平台,该平台能够驱动步进电机精确匀速运动,以0.02 m为步长密集测量树冠形状,将获得的数据传给计算机实时显示,并能够在Access数据库中长期存储。使用该测试平台针对自制规则树树冠和花期樱桃树树冠分别进行了试验。试验结果显示规则树冠和樱桃树冠体积探测精度分别为92.8%和90.0%,表明该方法具有较高探测精度。     

基于太赫兹光谱的土壤重金属铅含量检测初步研究

探索应用太赫兹时域光谱用于农田土壤重金属含量检测的机理和可行性,尝试发展一种新的检测方法和手段。研究了样品制备测量方法,确定了最佳的制备参数为：聚乙烯样品盒尺寸为35mm×3.5mm×35mm,中间空隙1.5mm;压片法样品质量220mg,2.5t压力;分别制作一定浓度梯度（30~900mg/kg）的含铅土壤样品30组,使用Z-2型太赫兹时域光谱仪采集相应的土壤样品太赫兹透射光谱数据,对光谱数据进行预处理,包括平滑处理、多元散射校正、基线校正,采用全谱-偏最小二乘法、区间-偏最小二乘法和遗传算法-偏最小二乘法建立土壤样品中重金属元素铅含量的定标模型并对预测集样本进行预测。实验结果表明,采用样品盒法制作土壤样品并且基于遗传算法进行特征波段选择、结合偏最小二乘法的建模效果最佳,含重金属铅的土壤样本模型的标定集和预测集的相关系数分别为0.86和0.81,标定均方根误差和预测均方根误差分别为23.55mg/kg和39.52mg/kg。本研究通过分析土壤样品的太赫兹透射光谱吸收系数与重金属元素铅含量的相关关系,建立了较好的预测模型。     

北京郊区近13年来水土流失变化监测分析——以房山区为例

以Land-sat TM5在1992年、2001年、2004年的三期遥感影像为数据源,采用美国农业部通用土壤流失方程RUSLE计算和分析了北京郊区房山区1990年以来的水土流失量和水土流失面积变化,并在此基础上利用主成分分析法进一步分析比较了土地利用变化对水土流失的影响。分析结果认为,研究区三年间均以轻度水土流失为主,但三年间总体水土流失以2004年最严重,2001年最轻。不同的土地利用类型对三年的水土流失影响不同,未利用地水土流失严重程度2004年>1992年>2001年,农田1992年>2004年>2001年,草地2001年>1992年>2004年,林地2004年>1992年>2001年。研究区历年总体水土流失变化与林地的水土流失变化一致,反映了林地的水土流失对研究区内的水土流失起主导作用,揭示了保护和绿化好林地,降低林地的水土流失程度对减缓和降低研究区的水土流失具有重要作用。