大棚智能除草机器人设计

针对大棚内除草环境复杂,且杂草种类繁多导致识别困难的特点,设计了一种机械式智能除草机器人。对试验田数据进行采集后,使用Yolov5模型进行150次迭代训练,最终训练出模型平均精度(map50)为82%,为了提高识别准确率,迭代次数增加到300次,最终模型平均精度(map50)为91%,机器人使用了Jetson Orin nano开发板为处理器,Intel D435深度摄像头进行数据采集,图像处理时间为1.2 ms,满足实时处理要求。采用机械式除草,减少了农药使用,该研究可为以后智能除草设备设计提供参考。     

覆膜滴灌条件下棉花根层土壤盐分时间稳定性研究

为揭示膜下滴灌棉田主根区土壤盐分的时间变异特性,基于2013—2014年田间实测数据,采用变异系数、平均相对偏差和标准差等方法研究了不同土层土壤盐分的时间稳定性,并进一步确定了可以反映各土层土壤平均含盐量的代表性测点。结果表明,研究区域0~40 cm土层土壤盐分随时间序列的变异性只有少数几个测点属于强变异,其余均属于中等变异;在棉花主根层(40 cm)内,土壤盐分的时间稳定性随土层深度增加呈现先增强后略微减弱趋势,在30 cm土层深度稳定性最强,平均相对偏差浮动范围最小、且其平均标准差最小;反映各土层平均含盐量的代表测点分布较为集中,可选取代表地块对区域土壤含盐量进行估算(决定系数R2为0.791 2~0.917 1)。棉田主根层土壤盐分时间稳定性研究有利于指导田间灌溉;选取少量且具有代表性的测点可为区域合理布设土壤盐分监测点提供理论依据。     

弧底梯形渠道无喉道量水槽水位流量关系数值模拟

目前为适应我国多数渠道断面方式和灌区管理方式,开发研制新型量水配套设施对灌区节水起着至关重要的作用。利用Fluent 6.3大型流体力学数值仿真软件,结合有限体积法、RNG k-ε湍流模型和VOF模型,在不同渠道底坡上对不同量水槽水位流量进行数值模拟试验研究。结果表明:（1）量水槽流态上游水面平稳属于缓流,量水槽槽内水流为急流,可知由缓流过度到急流必然会发生临界流,量水槽沿程弗劳德数可知量水槽喉口附近扩散段内产生临界流;（2）弧底梯形渠道无喉道量水槽具有较好的水位流量关系,渠道收缩比ε与渠道比降i对形成单值稳定的水位流量关系有较大的影响,随着渠道尺寸增大同时收缩比ε减小,量水槽水位流量逐渐在较大的底坡范围内形成统一的水位流量关系。（3）流量系数与量水槽宽和收缩比具有较好的线性关系,同时流量系数随R,H、ε的增大而变大,回归分析建立的量水槽流量公式,测流公式平均误差值小于5%,说明弧底梯形渠道无喉道量水槽测流是可行的,满足明渠测流要求。研究成果对灌区渠道量水槽的设计优化提供了一定的参考和建议。     

梯形渠道渠底土层水分溶质运移模拟研究

建立了梯形渠道浸水过程中水盐运动数学模型及其定解条件,用混合拉普拉斯变换有限元数值解法,初步分析了其渠道浸水预溶过程渠底土层中水盐运动规律。结果表明:混合拉普拉斯变换有限元法求解梯形渠底土层水分运动和溶质运移过程,计算时间短,精度较高结果稳定,可用于梯形渠底水分运动和溶质运移的模拟。     

杨凌节水农业综合技术体系集成与示范

介绍了杨凌节水农业综合技术体系集成与示范区建设的设计构想。示范区设计以现有节水农业技术在西北半湿润区的适应性和可操作性研究为基础。通过技术筛选、技术集成及示范,形成规范化技术标准。在综合分析节水示范区自然和社会因素的基础上,对节水技术进行组装凝练,建设综合节水示范区,监测示范区的农业和生态用水变化状况,评估节水效益;探索渠灌区节水农业综合示范区管理体制和运行机制,形成一套相对完整的节水农业技术集成和发展模式,形成与市场经济接轨的示范区建设、运行与管理机制;建立示范区节水效益评估方法及监测指标体系。     

沟灌管理参数优化策略比较与最优灌水时间估算

沟灌是中耕作物常采用的灌水技术,但灌水质量不高仍是目前存在的主要问题.为进一步提高沟灌灌水质量,该研究以在陕西省关中平原进行的45组沟灌试验为基础,结合数值模拟方法,量化比较了3种沟灌管理参数优化策略(策略1:仅对灌水时间优化;策略2:仅对入沟流量优化;策略3:同时对入沟流量与灌水时间优化)对灌水质量的提升效果,提出了...     

四种入渗模型对斥水土壤入渗规律的适用性

土壤斥水性影响入渗,进而影响作物产量。国外学者进行了一定的研究,但在中国研究的还很少。该文基于实测资料探讨几种常规的入渗模型在斥水土壤中的适用性。采用室内土柱进行积水入渗试验,对比了不同积水高度和斥水度条件下的土壤入渗规律,并采用4种模型分析了土壤入渗率变化特征。结果表明,累积入渗量随入渗历时的变化可用幂函数描述,不斥水土壤累积入渗量明显大于斥水土壤;累积入渗量与湿润锋推进距离呈良好的线性关系;利用Green-Ampt模型、Philip模型、Kostiakov公式和指数公式对入渗率与入渗历时间的关系进行拟合,其中Kostiakov公式更接近于实测值,其他模型拟合效果因斥水程度等因素的不同而异。     

石灰性褐土中磷锌镉相互作用对其有效性的影响

采用室内培养的方法,研究了石灰性褐土中磷、锌、镉相互作用对土壤中磷、锌、镉有效性的影响。结果表明：（1）磷锌共同培养时,施锌提高了土壤速效磷含量,且随培养时间的延长而降低。在相同锌浓度处理下,土壤中的有效锌含量随施磷量的增加而增加,不同锌浓度处理下,有效锌含量随土壤培养时间的延长而显著降低。（2）磷镉共同培养时,施镉对土壤速效磷含量影响不明显;施磷降低了有效镉含量,但效果不显著;且都随时间的延长而降低。（3）锌镉共同培养时,在培养的前30d,土壤中有效锌含量随施镉浓度增加而降低,但在30d后,有效锌含量有增加的趋势。土壤中有效镉含量在不同锌-镉处理下随培养时间变化有较大差异：在Cd3处理下,加入高浓度锌后显著降低土壤有效镉含量;Cd30处理下,在培养前30d,锌的施入对土壤中有效镉含量影响不明显,但30d以后,土壤有效镉含量随施入锌浓度的增加而显著降低。说明两者的竞争机制随时间的延长发生变化,且施锌能明显降低镉的毒性。     

层状土垂直一维入渗土壤水分运动数值模拟与验证

[目的]为进一步认识层状土垂直一维入渗土壤水分运动规律。[方法]依据非饱和土壤水分运动理论,建立了垂直一维土壤饱和—非饱和水分运动的数学模型,并用SWMS-2D软件进行求解。采用已有文献资料,对均质土和层状土的土壤剖面含水率、土壤湿润锋运移值和累积入渗量及入渗速率等指标的实测值与模拟值进行分析验证。[结果]实测值与模拟值具有较好的一致性,所提出的数学模型既适用于均质土壤,也适用于层状土壤。[结论]所建模型能比较真实地反映均质土和层状土垂直一维入渗土壤水分运动的状况,证明利用SWMS-2D软件对层状土柱中土壤水分运动进行模拟具有可行性。     

基于机器视觉的马铃薯晚疫病快速识别

晚疫病是马铃薯的一种严重病害,可造成减产甚至绝收。因此马铃薯晚疫病的识别与控制对提高其产量有非常重要的意义。该文基于机器视觉技术对马铃薯叶部晚疫病进行检测,根据马铃薯叶片上晚疫病斑的颜色、纹理和形状特征参数的不同,提取叶片表面的特征参数,并建立数学模型对病害程度做出评价。在RGB、HSV颜色空间中,根据马铃薯叶片在患病早期叶片颜色发生变化且与健康叶片不同,利用颜色特征,建立马铃薯晚疫病的无病和患病模型,该模型对马铃薯患病早期的识别率为67.5%。利用灰度共生矩阵,采用纹理统计参数进行病害等级评价,用熵值和能量值描述晚疫病的严重程度,纹理特征对患病程度的识别率比较稳定,对患病中期与后期的识别率分别为72.5%与80%。利用形状特征的相对特征,根据病斑面积比进行晚疫病诊断,该方法对马铃薯叶片晚疫病患病后期的诊断取得较好效果,识别率为90%,但由于叶片患病早期的病斑面积小且分散,识别难度大,识别率仅为50%。针对颜色、纹理及形状特征在识别马铃薯叶片晚疫病时的优势与局限性,提出颜色纹理形状特征结合的识别方法,对患病中期与后期的识别率分别为90%和92.5%。通常马铃薯晚疫病的理化值检测法耗时数天,但利用机器视觉识别马铃薯晚疫病患病情况非常快速,根据颜色特征进行病害识别的时间约为4 s,纹理特征识别的时间为7 s,形状特征特征识别的时间为3 s,综合颜色纹理形状特征的识别由于计算量较大,识别时间为9 s。该研究可为基于机器视觉的马铃薯晚疫病的快速检测提供理论依据。