种猪自动精细饲喂系统设计与试验

设计了可用于种猪自动供料的精细饲喂系统。系统主要由可编程控制器、步进电动机及驱动器、卸料器组成,软件应用程序由组态王开发完成,主要由精细饲喂主界面和料量添加界面组成。系统运行结果表明,该系统运行稳定可靠,实现了自动精确的投放饲料,在一定的范围内投放饲料,其最大误差不超过±2%。     

水肥耦合对棉花产量、收益及水分利用效率的效应

研究滴灌施肥条件下水肥耦合对棉花籽棉产量、水分利用效率和净收益的影响,并运用多元二次回归与归一化及3种不同目标值组合方式相结合的方法,探索满足多目标综合效益最大化的滴灌水肥用量。采用田间试验的方法,于2012年和2013年棉花生长季,设置5个N-P2O5-K2O施肥水平150-60-30、200-80-40、250-100-50、300-120-60、350-140-70 kg/hm2(分别记为F150、F200、F250、F300、F350)和3个灌溉水平(60%ETC:W1、80%ETC:W2、100%ETC:W3,ETC是作物蒸发蒸腾量)。结果表明,籽棉产量、水分利用效率和净收益的水肥耦合效应明显,60%ETC灌水水平显著抑制籽棉产量并降低净收益,100%ETC灌水水平能够显著提高籽棉产量和净收益,但水分利用效率低于60%ETC灌水水平。2012年灌水量为100%ETC且施肥量300-120-60 kg/hm2(N-P2O5-K2O)时籽棉产量最高,但净收益并未增加,2 a灌水量为100%ETC且施肥量250-100-50 kg/hm2(N-P2O5-K2O)时的净收益最高。二次回归分析结果表明,3种组合方式均可用于水肥多目标优化,其中乘法组合方式2 a水肥投入量差异更小且各目标值变化也更小,2012年灌水量92%ETC、施肥量278-111-56 kg/hm2(N-P2O5-K2O)以及2013年灌水量90%ETC、施肥量268-107-53 kg/hm2(N-P2O5-K2O)可作为籽棉产量、水分利用效率和净收益综合效益最大化的水肥管理策略。     

车载式土壤光-电特性参数采集系统研究

土壤电导率是衡量土壤传导电流能力的一种固然属性,除了能够反映土壤质地外,还能够反映土壤的含水率、含盐量、有机物含量等特性。利用土壤光谱数据可以分析出土壤含水率、养分等,且测量过程中无需采样、搅动土壤。通过土壤电导率数据和光谱数据的综合、校正,能够提高系统的精度。基于嵌入式技术开发了土壤电导率和光谱反射率综合检测系统。土壤电导率测量系统采用基于改进的电流-电压四端法原理,使用深松犁的尖端作为电极传感器,能够在测量的同时完成松土的作用。光谱测量系统使用微型光谱传感器采集光谱数据,并进行实时处理。在采集土壤电导率、光谱数据的同时,系统同步采集GPS信息,并和土壤电导率、光谱数据一起保存,供进一步绘制土壤特性分布图使用。系统能够实时综合处理多种数据,并进行显示、保存等操作,具有良好的应用 前景。     

温室环境因子驱动甜瓜水分传输机理分析与模拟

利用人工气候室控制空气温度、相对湿度和光合有效辐射量,根据水量平衡法控制土壤含水率,按照四因素五水平的二次回归正交旋转组合设计,对甜瓜蒸腾量进行模拟,并探讨各因子调控水分传输的机制。基于Jarvis模型建立环境因素驱动的多元非线性气孔导度模型,结合水汽扩散原理建立蒸腾量模型,模型预测精度良好。探究因素交互作用及其耦合调控效应,结果表明:除相对湿度对蒸腾表现为抑制作用,土壤含水率、空气温度和光合有效辐射均对蒸腾具有促进作用;土壤含水率与空气温度的单因素效应相似,随因素水平增加,蒸腾量线性升高;光合有效辐射量驱动蒸腾的单因素效应为开口向下的二次函数,当因素水平超过阈值后,蒸腾量逐渐下降。环境因素在驱动和调控蒸腾过程中均存在密切耦合和反馈效应,土壤含水率与温度对蒸腾调控的耦合效应趋近于平滑曲面,蒸腾量随两因素水平的升高而升高,在试验水平内两因素对蒸腾表现为协同促进效应;空气相对湿度减弱了水汽扩散驱动力,进而抑制温度和土壤含水率对蒸腾的驱动作用,且这种抑制作用随相对湿度的升高而更明显。     

SCARA并联机构拓扑分析与其低耦合度机型设计

根据基于方位特征(Position and orientation characteristics,POC)的并联机构拓扑结构设计理论与方法,首先,对已提出的一类7个具有较好实用价值的SCARA并联机构,进行了拓扑结构分析,揭示了其POC集、自由度(含驱动副选取)、过约束数、耦合度以及输入-输出运动解耦性等5个最主要的拓扑特征,且发现这些机构的耦合度均较大,为2,表明其运动学正解和动力学求解十分复杂;继而基于机构拓扑结构降耦原理,又对κ=2的这7个机构进行了拓扑结构降耦优化,得到了低耦合度(κ=1),而机构POC、自由度(Degree of freedom,DOF)等保持不变的实现SCARA运动的14个新机型,不仅丰富了实现SCARA运动的4-DOF三平移一转动机型库,而且降低了这些机构的运动学和动力学代数求解难度,而其数值解可用一维搜索法方便求得,从而为这一类SCARA并联机构的运动学和动力学分析、设计及应用提供了理论基础。     

轴向柱塞泵全局耦合动力学建模

轴向柱塞泵内部子系统强耦合作用下柱塞泵呈明显的全局耦合特性,而柱塞泵传统局部动力学模型普遍存在恒压力、定转速等假设条件,缺乏对全局耦合特性的综合分析能力,为此在分析子系统间结构关系及耦合情况的基础上,提出一种基于数组的键合图建模方法,建立了斜盘式轴向柱塞泵键合图模型。进行了柱塞-滑靴子系统摩擦学-动力学耦合机理分析,并定义能量损耗因子,综合包含非线性因素的各子系统动力学方程参数,最终导出柱塞泵全局耦合动力学模型。对模型进行了仿真,仿真结果与实际情况吻合,验证了模型的有效性和正确性。     

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。     

膜下滴灌水氮耦合对烤烟综合效益的影响

为了寻求贵州烟区膜下滴灌条件下烤烟优质高产的水氮耦合方案,设计不同滴灌量与施氮量处理,观测不同处理对烤烟品质、产量和灌溉水利用效率的影响,计算不同处理膜下滴灌工程的经济效益(国民经济内部收益率,经济净现值,经济效益费用比),并引入主成分分析方法与熵权系数评价模型,对水氮耦合方案进行优选。结果表明,T5处理为膜下滴灌条件下综合效益最优的水氮处理,熵权评价值为0.934;T6次之;T7最差,熵权值仅为0.611。因此伸根期、旺长期、成熟期滴灌量12、16、12mm/次,施氮量75kg/hm2可作为贵州烟区膜下滴灌工程烤烟优质高产的水氮耦合方案。     

杂草信息实时获取技术与设备研究进展

杂草信息的实时获取技术是田间杂草精准控制研究的首要问题,杂草实时获取设备是制约精准除草作业实现的瓶颈.综述了基于光谱、图像和光谱成像技术的杂草实时获取技术与设备的国内外研究现状,以促进精准杂草管理技术在我国的应用和发展.基于光谱的杂草信息获取方法较适用于实时防除作物出苗前的杂草,国外已有WeedSeeker、Weed-IT等杂草传感器.基于图像的杂草信息获取方法较适用于识别行间杂草,国外已有Autopilot、Cam Pilot、Robocrop等视觉导航产品和Robocrop InRow机械除草机防除行内杂草.基于光谱成像的杂草信息获取方法较适用于识别行内杂草,中、澳正联合研发微光子植物判别和杂草控制传感器.需要继续深入研究在复杂的开放式非结构的农田环境中,快速、准确地实时获取农田杂草信息技术.     

土壤成分与特性参数光谱快速检测方法及传感技术

近红外光谱技术在分析土壤成分含量以及理化特性参数方面获得了良好的预测精度.人工神经网络、遗传算法、小波变换和支持向量机等现代数据处理算法的应用,最大限度消除了光谱外界干扰、提取了光谱有效信息,使得土壤特性参数预测分析模型更准确、稳定.在进行土壤参数原位实时光谱检测时,如何消除土壤含水率、土壤粒度等的影响,还需要技术突破.开发便携式或车载式农田土壤光谱实时分析仪,是促进精细农业实践的重要措施,已开发的车载式土壤在线光谱仪可以实现多个土壤参数的分析,并达到了相当高的精度.进一步开发多功能土壤在线检测系统,利用土壤介电特性或机械特性与光谱特性测量结果相互补偿与校正以消除误差并提高测量精度,是未来的发展方向之一.光声光谱、激光诱导击穿光谱和太赫兹光谱技术等现代光谱分析方法在土壤成分与特性参数分析方面表现出很强的能力,开展基础研究,揭示这些光谱技术在不同土壤类型、不同土壤成分条件下的吸收特征参数,是未来的研究方向.