东北地区土壤温度和湿度空间变异特性研究

于2015年4月在黑龙江农垦赵光农场,使用20套无线传感器网络节点部署在赵光农场一面积为33.4 hm 2 的玉米地块,并通过2个手持式移动节点进行加密测量。根据这一方案,获得了从4月5—29日在240 m×240 m、120 m×120 m、60 m×60 m和30 m×30 m网格下的土壤温度和土壤湿度数据。在此基础上,基于统计半方差函数理论和GIS空间Kriging插值方法分别分析了土壤温度和土壤湿度各向同性、各向异性变化特征及分布模式。结合土壤温度和土壤湿度在不同尺度下的Kriging插值结果,确定了两者最佳采样间距。试验结果表明,土壤温度和土壤湿度的半方差函数分别适用于球形模型和指数模型,两者均有很强的空间自相关。其中,土壤温度自相关距离为51.56 m,土壤湿度的自相关距离为154.16 m。土壤温度在45°、90°方向变化明显大于0°、135°方向;土壤湿度拟合决定系数( R 2 )为0.77,在0°、135°方向上变化较大,土壤温度和土壤湿度最佳采样间距分别为60 m和100 m。     

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。     

精准农业智能装备技术及应用系统

<正>精准农业是根据作物产量空间分布的不均匀性和作物生长环境的差异性,综合运用遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)、全球导航卫星系统(GNSS)(简称3S技术)等现代信息技术和智能化装备技术,进行定量决策、变量投入并精准定位实施的现代农业操作系统和管理策略。精准农业是工业化技术成果武装农业后形成的一种现代农业生产类型,可以最大限度挖掘耕地生产潜力,实现肥、水、药等生产要素的高效利用。作者及其所在团队多年来一直从事适合国情的     

农田作业机械路径优化方法

提出了一种面向农田作业机械的地块全区域覆盖路径优化方法。基于农田地块几何形状、作业机具参数、地头转弯模式等先验信息,将田间作业划分为不同区域,根据选择不同的路径优化目标:转弯数最少、作业消耗最小、总作业路径最短或有效作业路径比最大,计算出最优作业方向,生成最优作业路径。基于地块全区域覆盖路径优化算法,设计开发了农田作业机械的路径规划软件,并选取了4块典型的凸四边形农田地块进行作业路径规划测试。测试结果表明,最优作业方向上的路径优化目标量比其他作业方向上有显著减少;对于上述4个地块,按照不同优化目标计算所得的最优作业方向均与地块某个边的方向角相同,对于长宽比较大的地块,最长边方向通常为最优作业方向。     

小麦播种实时监控系统设计与试验

为实现小麦播种作业性能实时监控,设计了一种基于CAN总线的小麦精密播种机播种实时监控系统,阐述了系统总体结构,设计了系统硬件和软件,并进行了田间试验。该系统包括传感器信号采集单元、播种监测模块、CAN 模块和播种监测终端,能够实时监测种管状态、机具前进速度和排种轴转速。采用光电传感器和霍尔传感器分别检测排种管落种状态和地轮转速并输出电压或脉冲信号,播种监测模块根据传感器输出的信号,判断排种管播种状态（正常、堵塞和空管）,计算出地轮转速和排种轴转速,并计算出机具前进速度,以上信息通过CAN总线传输给播种监测终端并实时显示。试验结果表明,该系统故障状态监测准确率为>98%,堵塞响应时间<0.2 s,空管报警响应时间<0.5 s。系统工作稳定可靠,抗尘、抗震能力强,能够有效监测小麦播种作业性能。该研究成果能满足小麦播种性能实时监测要求,有助于提高小麦播种作业质量。     

土壤改良剂变量撒施控制系统设计

为了提高土壤改良剂的利用效率,降低土壤改良成本,设计了针对土壤改良剂的变量作业系统。重点研究开发了外槽轮式土壤改良剂撒施机构的液压驱动与电控系统;构建了控制系统的数学模型,通过数字仿真对控制参数进行了整定;对液压转速控制系统性能进行了测试。结果表明,该系统的实际控制效果可以满足土壤改良剂变量撒施的精度要求。     

基于超声波的农药流量计设计

农药变量施药技术作为精准农业的重要组成部分,可降低生产成本、控制农药对环境的污染,提高经济和生态效益。农药流量测量在整个变量施药控制系统中担任着重要的任务,其准确度和稳定性,是决定变量施药控制系统成败的关键。为此,开发了一套基于时差法的超声波农药流量测量装置,该装置采用了主控制器STM32 F103 R6 T6和高精度时间测量芯片TDC-GP21。通过实验结果和精度分析验证,研制的超声波农药流量计达到1%的测量精度,能够满足农药变量施药控制系统的设计要求,并且为高测量精度和低功耗的超声波流量计提供了一个参考。     

基于阿克曼转向原理的滑转率测量方法与试验

拖拉机作业时滑转率过高会降低作业效率,准确监滑转率具有重要意义。针对基于最小轮速的滑转率测量方法在转向工况下失效的问题,提出一种基于阿克曼转向原理的滑转率测量方法。通过建立转向时的滑转率测量模型,得到滑转率与理论车速、右前轮车速、右前轮转向角的关系。基于约翰迪尔4720型拖拉机设计滑转率测量系统,包括右前轮轮速测量装置,CAN总线解析模块和滑转率计算模块。水泥路面直行工况下滑转率测量试验结果表明,直行工况滑转率的平均值为3.0%。在水泥路面转向工况下,进行目标理论速度分别为0.5、0.8、1.0、1.2、1.5 m/s的滑转率测量试验。试验结果表明：转向工况滑转率的平均值分别为3.9%、3.4%、3.7%、3.8%、2.9%,处于直行工况的滑转率区间;因此认为此方法可行,为农机田间转向工况滑转率测量提供支撑。     

1PJ-2500型激光精平机作业精度评价试验研究

基于田间试验数据,从高程标准差、测点高差分布和农田表面三维地形图等3个角度对1PJ-2500型激光精平机的平地作业精度进行分析评价。研究结果表明:在土地平整中,使用1PJ-2500型激光精平机可以获得高精度的土地平整效果,精平之后的平均田块高程标准差降低到1.54cm,田块表面96.77%的测点主要分布在ED<3 cm的区间内,农田表面平整度和测点高程分布均有大幅改善。     

面向土地精细平整的车载三维地形测量系统设计与实现

设计开发了一种基于全地形车（ATV）的农田三维地形快速采集系统,系统由ATV车辆、RTK-GPS、田间作业辅助导航装置、车载计算机和数据采集软件等部分组成。采用高精度RTK-GPS自动测量三维地形数据,车载计算机能实时记录三维地形数据,辅助平行作业导航装置能指引数据采集车辆在测区进行全区域覆盖测量,以提高农田三维地形数据采集质量和效率。田间实测试验表明,基于ATV的三维地形数据自动采集系统测量的三维地形与人工RTK-GPS测量的三维地形与具有很好的空间一致性,最大平均偏差3.54 cm,最大标准偏差2.48 cm,能够满足农田土地精细平整三维地形数据采集工作的需要。