全球智慧灌溉技术发展态势研究

随着科技和信息的快速发展,智慧灌溉技术被广泛应用。为了掌握全球智慧灌溉技术的发展态势。针对产学研一条链上的基础研究、工程研究和专利技术开展研究,选取Web of Science的SCI论文数据库、Scopus的EI论文数据库和Dervent Innovation的专利数据库进行分析。构建智慧灌溉领域的检索词集,分析表现力指数、竞争力指数以及研究热点和发展态势。研究表明,智慧灌溉领域已经形成相对稳定的全球布局,在感知、控制、决策和管理四大方向进行了战略布局,已经形成相对稳定的六大研究方向即干旱胁迫下的灌溉策略、田间试验与水肥效率、水土监测、智能灌溉系统、可持续发展与节水灌溉、水平衡与灌溉用水管理,两大技术方向即实时灌溉控制系统和方法、节水灌溉装置。未来智慧灌溉研究方向逐渐向可持续、规模化发展,在技术布局上秉持深度交叉融合。培育新业态、新模式,推动智慧灌溉向规模化、专业化、产业化、多元化全面升级,为维护国家粮食安全、全面推进乡村振兴注入新质动能。

生育期连续水分亏缺对秋冬茬辣椒生长特性和品质的影响

【目的】探究各生育期水分亏缺对黄河中下游地区辣椒生长、产量和品质的影响。【方法】在日光温室设置辣椒开花坐果期、结果期灌水量二因素裂区滴灌试验,以辣椒的开花坐果期为主区K、结果期为副区J,各设置3种不同水分胁迫处理,分别为重度水分亏缺K1、J1(土壤含水率为田间持水率的55%~65%)、轻度水分亏缺灌溉K2、J2(土壤含水率为田间持水率的65%~75%)、充分灌溉K3、J3(土壤含水率为田间持水率的75%~85%),研究水分亏缺对辣椒不同生育期的株高、茎粗、产量和品质影响。【结果】(1)水分亏缺处理会降低辣椒株高、茎粗,但开花坐果期和结果期轻度水分亏缺灌溉对株高、茎粗的影响均不显著;(2)开花坐果期轻度水分亏缺(K2J3)能增加秋冬茬辣椒产量,促进商品果产量的形成,减少非商品果数量,较充分灌溉处理(K3J3)商品果产量增加了18.9%;(3)K2J3处理可溶性糖量最高,K1J1处理二氢辣椒碱量最高,K2J2处理辣椒碱、可溶性蛋白、维生素C量最高。【结论】秋冬茬辣椒在开花坐果期轻度水分亏缺灌溉(K2)、结果期连续轻度水分亏缺灌溉(J2),既可实现较高产量,又能获得较高品质。

自动控制原理课程教学改革思考与实践

针对目前自动控制原理课程特点及教学中存在的问题,本文采取优化课程内容、丰富教学方法和手段、实践教学改革、评价方式改革等方面开展教学改革,提升课堂教学效果,激发学生的学习积极性和主动性,使学生能合理安排时间,提高自主学习能力,改善教学质量,得到了良好的教学成效。

土壤水分含量测定方法的技术现状与发展趋势

土壤水分含量是监测土壤墒情、预测指导灌溉和响应农业旱情灾害的最直接和必要的关键技术指标,对于促进农业现代化、精准化和智能化发展具有重要的现实意义。本研究重点评述了土壤水分含量测定方法的研究进展,系统总结了土壤水分含量的多种测定方法。首先本研究依据测量范围进行分类,针对性地评述了取样-定位法和遥感监测法2种方法,结合各方法的工作原理和适用场景,系统整理了各测量方法的优缺点和应用范围,以供研究人员在实际测量过程中,根据测量对象、设备预算、环境要求和准确度要求选择合适的土壤水分含量测定方法;其次通过中国知网(CNKI)的数据库检索,对1980—2023年的各水分钠含量测量方法分阶段进行趋势分析,展示总体趋势分析图和各阶段的研究热点图,体现各阶段的发展趋势;最后结合各技术的发展水平和发展方向,进行技术进展分析,分析土壤水分含量测定方法的发展趋势和应用前景,为优化改进土壤水分测定方法技术以及实现更方便、高实时度、高精度的土壤水分含量测定提供参考,以期促进土壤水分含量测定研究的深入开展。

自适应滴灌灌水器的水力性能试验

为检验自适应滴灌灌水器的流量自动调节效果,根据自适应滴灌灌水器的工作原理,利用负压吸气泵模拟土壤负压,进行了AD-1型自适应滴灌灌水器在流量补偿、流量自适应2种工作模式的流量均匀性、供水压力-流量关系、模拟土壤负压-流量关系等水力性能试验与研究,并分析了其适宜的工作压力。结果表明:AD-1型自适应滴灌灌水器增添的滴水状态控制结构,不仅保留了常规滴灌灌水器的流量补偿特点,还增添了感知土壤水分含量、智能化控制灌溉和流量自动调节的多重使用功效。在流量补偿模式下,灌水器在额定供水压力100kPa时的平均流量为14.71L/h,且流量均匀度高,流量偏差系数为9.79%;在流量自适应模式下,灌水器的流量均匀度基本不变,在供水压力30kPa和土壤负压最小值20kPa的共同作用时即可开始正常工作,并确定出最小、最大的适宜供水压力分别为30、50kPa。在适宜供水压力30～50kPa范围内,灌水器能根据土壤实际水分状况在0～11.22L/h之间实时、自动调节滴水流量,改变了常规灌水器被动出水的工作方式,真正实现作物、土壤的按需主动连续取水,明显地提高了节水灌溉设备的精准灌溉水平,既保证了作物正常生长的适宜土壤水分,又促进了灌溉系统应用模式向智能化、自动化方向的进一步发展。

基于粉煤灰的多孔无机保温材料的研制

本文以工业废弃物粉煤灰为主要原料,在较低的成本下利用发泡注浆法制备了一种新型无机轻质多孔保温材料。为获得最佳材料组成配方和相关工艺参数,采用正交实验法L9(34)研究了固含量,原料配比,发泡剂用量和烧结温度对该保温材料性能的影响。研究结果表明:固含量对该保温材料的性能影响最大,烧结温度和发泡剂用量对其性能影响相对较小。在固含量为35wt%,粉煤灰掺加量为80wt%,废玻璃掺加量为15wt%,粘土掺加量为5wt%,发泡剂用量为0.3wt%,烧结温度为950℃时,可以制得抗压强度为0.63MPa,导热系数为0.0597W/(m·K),气孔率为91.1%的新型轻质多孔保温材料。论文结果对粉煤灰的回收利用和建筑物的外墙保温有重要参考意义。

自适应地下滴灌灌水器的设计开发

针对最为节水、高效用水的地下滴灌技术,主要分析了目前地下灌水器产品的结构、使用特点和功能,并运用土-水系统中土壤水分理论知识,提出并设计了一种非电子控制的地下滴灌灌水器产品。该产品以土壤负压为控制动力,以土壤水分为控制条件,当灌水器附近土壤发生干湿变化时,土壤表现出不同大小的负压,并作用于灌水器内部的弹性膜囊,使之发生变形,从而改变灌水器内部流道的通断,使灌水器的出流状况始终与土壤含水量自动相适应,具有出流量自调节的功能。

微灌过滤器用水压驱动反冲洗阀启闭机构的力学计算

从工业用液压系统换向阀的结构设计、所用液压介质类型等技术出发,分析影响换向阀各方面稳定性能的因素,针对性地设计出一种微灌系统过滤器用的新型换向阀——水压驱动反冲洗阀,通过介绍产品的结构和工作原理,提出了反冲洗时所需驱动力的计算方法,并结合过滤器的正常压力条件,对驱动力进行了校核,得出水压驱动反冲洗阀在0.18MPa以上的水流压力下即可正常工作,满足产品靠过滤系统管路的自身压力实现反冲洗的要求。

Taylor-Couette流场特性的PIV测量及数值模拟

采用粒子成像速度场仪（PIV）和数值模拟（CFD）对Taylor-Couette流场进行测量,获得各转速下涡流场信息。将同等条件下PIV测量结果与数值模拟结果相联系,对比分析不同旋转雷诺数范围内涡流场中不同径线和中轴线上各向速度的变化特征。结果表明,各种特征存在一定的转速分段范围：在2-7r/min（Re为100-350）时,各向速度特征为层流涡特性,在7-40r/min（Re为350-2000）时,各向速度特征为波状涡特性,在40-60r/min（Re为2000-3000）时,各向速度特征为调制波状涡特性,当转速大于60r/min（Re大于3000）时,各向速度特征为湍流涡特性。根据不同角度获得的各向速度特征对应的内筒转速、旋转雷诺数与流场涡形态的关系,明确分析出特定几何条件下,泰勒涡发生形态转变的旋转雷诺数,以便于深入探究泰勒涡流场的特性,定量分析涡运动形态特征。

国内聚酰亚胺薄膜发展概况

从聚酰亚胺(PI)薄膜制造技术、产业发展概况、产品质量标准制订等方面介绍了国内PI薄膜发展历程,汇集了主要制造厂商的产能、特点及规划,指出了国内PI薄膜发展中存在的问题,并总结了PI薄膜品种的发展技术动向。

国内聚酰亚胺薄膜产品概况及市场趋势

概述了国内聚酰亚胺薄膜的制造技术、发展现状和一些主要公司的产品性能特点和应用领域,介绍了近年来国内聚酰亚胺薄膜主要制造厂商的市场占有率、未来市场趋势、新型功能聚酰亚胺薄膜产品以及在应用技术方面的新进展,对国内聚酰亚胺薄膜未来发展趋势进行了分析。

自适应滴头的控制体受力分析

为分析自适应滴头的自动调流功效,研究了自适应滴头控制体的弹性调节膜原始尺寸和装配后的预变形挠度,进行了弹性调节膜的综合受力分析,并运用力学的作用应力、挠度和有效面积以及接触面的密封比压等理论分析与计算方法,得出控制合力对接触面的实际密封比压。结果表明:自适应滴头弹性膜片在装配变形挠度产生的预紧力和土壤负压20 kPa等控制分力的共同作用下,产生的最小实际密封比压为0.61 MPa,而计算的理论密封比压也为0.61 MPa,符合两个接触面正向压紧密封需要的'实际密封比压不小于理论密封比压'条件,足以维持滴头的初始断水模式,并处于止水、通水的临界状态。当土壤继续干旱、土壤负压微微变大到21 kPa以上时,实际密封比压降至0.54 MPa,远小于理论密封比压,滴头即开始滴水,进入自动调节通水状态,有效地实现了自动调流功效。

可移动地下滴灌装置的研制开发

在总结不同滴灌形式优缺点的基础上,开发出一种新型移动式地下滴灌装置。它采用定型化设计、标准化配套的全移动操作模式,使得其管材用量少、重量轻,部件安装、拆卸方便,整体上具有移动简捷、灵活,实用性强,库存方便,维护检修费用较少,使用寿命长的特点,平均每公顷投资2 250元,较适用于干旱、山丘区烟草、蔬菜及其他类似非密植栽培作物的抗旱灌溉。此装置的发明,创造出一种全新的滴灌方式。

渗灌管自由渗流试验分析

运用简明的手段,把微孔渗灌管置于自由状态,通过特殊的设计思路,进行渗灌管的渗水流量测定,进而研究其渗水流量的稳定性、均匀度和使用寿命等性能。试验表明:渗灌管的堵塞多是由于其自身微孔直径变小和外界生物的影响;渗水流量的稳定性、均匀度差主要是其制造工艺简单引起,同时也受渗管微孔堵塞的影响。

插入式地下滴水器的研制与水力性能试验分析

在对现有滴头、滴箭等产品结构改进与优化设计的基础上,研制开发出一种具有快速装拆、移动灵活、抗堵塞功能的插入式地下滴水器产品,通过产品的具体结构组成与工作原理分析,进行了其流量均匀性、压力-流量关系的试验研究,结果表明:插入式地下滴水器所需起始工作压力低,额定流量小,具有较稳定的水力性能,适合用于对缺水区非密植作物的补充性抗旱灌溉,起到提高设备利用率、有效降低灌溉系统投资的作用,且能成功地把地表滴灌转化为地下滴灌的应用模式。

自动调流式滴头的内部流场数值模拟

根据自动调流式滴头的结构组成和工作原理,利用Auto CAD软件、计算流体动力学CFD技术的Fluent软件,建立由平角齿形消能流道和控制体形成滴头流量组合体的流体模型,并进行网格划分,分别以控制组合体的膜片开度0.5、1.0、1.5和2.0 mm为初始条件,以进口压力30、40和50 k Pa和壁面的粗糙高度、粗糙常数等为边界条件,采用SIMPLE算法的二阶迎风离散格式,对滴头的流量控制组合体进行水流运动通道内部流场的二维数值模拟,分析得出自动调流式滴头的平角齿形消能流道的速度矢量图、内部流场特征,在流道消能齿的单元处会产生独立的水流漩涡,容易引起灌溉水中杂质颗粒的累积、造成堵塞。为自动调流式滴头的结构优化改进、抗堵塞性和适宜工作压力取值范围提供了理论指导。

基于SL0范数的改进稀疏信号重构算法

平滑范数(Smoothed l0,SL0)压缩感知重构算法通过引入平滑函数序列将求解最小l0范数问题转化为平滑函数优化问题,可以有效地用于稀疏信号重构。针对平滑函数的选取和算法稳健性问题,提出一种新的平滑函数序列近似范数,结合梯度投影法优化求解,并进一步提出采用奇异值分解(Singular value decomposition,SVD)方法改进算法的稳健性,实现稀疏度信号的精确重构。仿真结果表明,在相同的测试条件下,本文算法相比OMP算法、SL0算法以及L1-magic算法在重构精度、峰值信噪比方面都有较大改善。

移动插入式灌水器的结构研究与抗堵塞试验分析

通过对现有滴头、滴箭等产品结构的研究、改进与优化,设计开发出一种抗堵塞功能较强的插入式地下灌水器产品,整体上具有快速装拆、移动灵活、滴流量偏差小、水力性能稳定等特点。为检验其抗堵塞功能的优劣,分别进行了自由出流和插地出流条件的滴水试验。结果表明:移动插入式灌水器出流均匀,具有较强的抗堵塞性能,自由出流时的平均滴水量与多次间歇式插地出流时的平均滴水量相当,其波动范围在5%以内,较适合于在移动式地下滴灌系统中应用。

基于UML的虚拟战场环境的设计与实现

为了建立具备通用性、可复用性以及可扩展性的虚拟战场环境系统,提出了将面向对象建模语言UML引入虚拟战场环境设计的方法。在确定系统开发目标的基础上,对系统进行了功能需求模型、静态模型、动态模型的设计,抽象出虚拟战场仿真系统的共同功能特征,最终进行了系统实现。实验结果表明,该方法增强了建模的直观性和易理解性,使得虚拟战场环境的开发具有可靠性高、模型重用性好、易于扩充和开发周期短等优点。

基于STM32的樱桃采摘装置的设计

我国作为种植业大国,果蔬种植业发展较成熟,但在果蔬采收方面仍以人工作为主要劳动力,如樱桃的采摘,存在危险以及采摘效率低等问题。因此,针对樱桃成熟期短,果皮容易破损,从而影响市场售卖价格,而且樱桃采摘主要依靠人工,费时费力的现状。本文设计一款能够实现成熟樱桃自动采摘的机器装置,该装置基于STM32单片机结合图像处理技术设计,通过摄像头完成成熟樱桃的识别处理后,利用机械臂进行樱桃的采摘工作,减少樱桃采摘所需的劳动力成本,解放种植户的双手,为我国农业自动化发展贡献一份力量。