渠系配水优化模型和多目标遗传算法研究

目前国内外渠道优化配水都是在下级渠道配水流量相等这一假定的基础上建立单目标优化模型,这与多数渠系的实际配水要求不符。针对这一问题,建立了下级配水渠道流量不等时的双目标优化配水模型,该模型分别以引水流量和引水时间差异最小为目标函数,并应用改进的遗传算法进行求解,确定了灌区最优轮灌组组合。实例计算结果表明该模型能够有效提高灌溉效率,减少配水渠道闸门调控次数,取得较好的配水效果。     

作物需水信息远程实时采集系统的设计

作物需水信息的快速获取和实时传输是实现智能诊断和精量灌溉的前提。为此,设计了一种实时采集影响作物需水多环境参数的多通道数据采集系统。该系统以超低功耗单片机MSP430F149为核心处理模块、西门子MC39i为无线传输模块,以计算作物需水量的彭曼—蒙特斯公式中的主要气象要素(温度、湿度、日照时数、风速、辐射)和土壤湿度作为采集对象,根据各传感器输出信号设计了数据采集通道数量及类型。设计选用了系统的实时时钟电路、数据存储模块、LCD液晶显示以及控制键盘等电路,开发了系统各模块的控制软件,实现了通道选择、数据采集、数据处理、液晶显示及无线数据传输等功能。经电位器模拟输出电压测试,系统能实现数据采集和实时显示的功能,可以应用于灌溉决策系统中作物需水信息的实时监测。     

基于无线传感器网络的农田灌溉远程监控系统

为了实现自动灌溉控制,节约农田灌溉用水,设计了一套集农田土壤温湿度监测、泵和电磁阀控制、远程管理的灌溉远程监控系统.该系统以433 MHz频率为核心开发无线传感器网络节点,完成农田土壤温湿度实时监测.基于ARM9微处理器S3C2410构建基站,对比已存储在数据库中的限值,由基站控制泵和电磁阀的启闭,并通过GPRS无线传输方式进行灌溉系统的远程实时监控,远程监控中心采用Citect组态软件实现数据、人机界面管理.试验中,选用4组无线传感器网络节点,分别测得25 cm深度土壤的温度和湿度,数据采样时间间隔为30 min,基站根据土壤信息控制泵与阀门的开闭,并通过GPRS无线网络传输至远程监控中心.试验表明系统使用灵活、功耗低、人机界面友好,能较好地满足农田灌溉远程监控的应用需求.     

基于无人机多光谱遥感的玉米根域土壤含水率研究

及时获取农田作物根域土壤墒情是实现精准灌溉的基础和关键。以内蒙古自治区达拉特旗昭君镇试验站大田玉米为研究对象,利用无人机遥感系统,分别在玉米营养生长期(Vegetative stage,V期)、生殖期(Reproductive stage,R期)和成熟期(Maturation stage,M期)获得7次玉米冠层多光谱正射影像,并同步采集玉米根域不同深度土壤含水率(Soil moisture content,SMC);然后,采用灰色关联法对提取的多种植被指数(Vegetation index,VI)进行筛选,选取与土壤含水率敏感的植被指数;最后,分别采用多元混合线性回归(Cubist)、反向传播神经网络(Back propagation neural network,BPNN)和支持向量机回归(Support vector machine regression,SVR)等机器学习方法,构建不同生育期的敏感植被指数与土壤含水率的关系模型。结果表明,3种机器学习方法中SVR模型在各生育期的建模与预测精度均最优,BPNN模型次之,Cubist模型最差;其中SVR模型在M期效果最优,其建模集和验证集R~2分别为0. 851和0. 875,均方根误差(Root mean square error,RMSE)均为0. 7%,标准均方根误差(Normalized root mean square error,nRMSE)分别为8. 17%和8. 32%,R期效果最差,其建模集和验证集R~2分别为0. 619和0. 517。     

基于GPRS的作物水分信息远程传输与监测系统设计

为了解决作物水分信息的快速获取和无线远程传输问题,本文以PTM-48M作为数据采集和监测系统,基于GPRS无线传输技术,通过系统集成,提出了的作物水分信息无线远程传输与监测系统。该系统具有实时测定和远程传输功能。阐述了系统的整体结构,并从软硬件两方面描述了系统的设计。     

自动化控制在节水灌溉系统中的应用

为了节约农田灌溉用水,提高水资源的使用效率,应用计算机技术、自动化控制技术于农田灌溉系统。结合ZigBee无线传感网络与GPRS网络,设计开发了基于CC2530和MSP430的节水灌溉控制系统。该系统以单片机为控制核心,由无线传感器节点、无线路由节点、基站、监控中心4部分组成,能实时监测土壤含水率变化。系统利用土壤水分传感器测量土壤含水率参数,对比预设的含水率上下限,判断是否需要灌溉及何时停止灌溉。初步测试证明,该系统运行稳定可靠,能够准确获取土壤含水率信息,并进行节水灌溉控制。和传统灌溉方式相比,自动灌溉实现了智能化、自动化、精确化的灌溉控制,节约了水资源,有效地提高了生产率。     

弹性喷嘴变量喷头结构设计与参数模型

设计了一种弹性喷嘴的变量喷头,其喷嘴直径随压力的增大而变大,从而降低喷头的雾化程度。为研究确定弹性喷嘴锥形角、喷嘴直径、末端圆柱段长度、弹性材料厚度和喷嘴伸出量等主要参数,利用ANSYS建立了变量喷头及其内流道的三维实体模型,采用k-ε模型在CFX和ANSYS单向流固耦合中模拟喷头弹性喷嘴在不同工作压力,不同喷嘴直径组合下的内流道流场和喷嘴的变形过程,建立了工作压力、喷嘴直径变形和喷头流量等参数的关系模型。采用全面喷洒的方法对喷头样品进行了试验,通过测量喷头流量和喷头工作压力等,对模拟结果进行验证。     

T-TDR传感器土壤热场模拟与测温结点位置研究

通过研究T-TDR传感器的热传导过程,优化热电偶结点的嵌入位置,提高了传感器测量精度。采用土壤二维热传导方程,利用Heat Transfer数值计算模型,在分析T-TDR探针传热初边值问题的基础上,探讨了T-TDR传感器热场随时间、土壤热传导率、土壤热容等参数变化的关系,模拟了传感器在不同外界环境温度、导热系数和容积热容量土壤中的热传导动态过程和热场空间分布。结果表明,T-TDR传感器中热电偶结点的最优嵌入位置为传感器末端方向上距离探针中点2 mm处,此位置对于中间探针的辐射热量最为敏感。