大豆—玉米带状复合种植耕种机械化研究进展

为充分发挥大豆—玉米带状复合立体化种植技术优势,保证我国粮油安全,解决作物争地矛盾,配套的复合耕种机械化研究成为首要环节。从国内典型多种植模式出发,总结地区间套作技术下大豆—玉米配套耕种机械特点,围绕耕种机具整地、洁茬、施肥、排种、播深及投种等作业阶段,阐述对比耕种机械技术工作原理,发现实际生产中仍存在秸秆拥堵、种肥排量和位置不协同、播深变异系数大和投种着床不均匀等问题,从农机农艺融合方面提出轻扰低耗洁茬、处方分层施肥、种肥电驱变量控制、多传感智能仿形播种、种粒平稳着床等一系列改良大豆—玉米复合耕种机械的路径,以期促进绿色高效发展。

基于NB-IoT的大田农业环境远程监测系统设计

实时全面地监测田间农业环境信息,可以帮助农民及时了解田间作物生长环境和肥力,为农田灌溉、作物生长建模和病虫害预测提供有价值的信息。为了满足农业环境监测的实际要求,根据国家标准和地方标准等规定的环境参数监测指标的要求,开发了基于窄带物联网(NB-IoT)的田间农业多个环境参数实时监测系统。该系统能够实时监测空气温度、相对湿度、CO_(2)浓度、照度、土壤湿度、土壤温度、pH值和电导率(EC)8个关键环境参数;传感器节点被部署到农田现场以实时监测环境数据,并以无线方式通过NB-IoT基站把数据传输到OneNET云平台;种植户可以通过手机或电脑访问云平台,获取田间农业的相关环境数据。实验结果表明,该系统能够实现对农田环境参数的准确实时采集及远程传输,能够满足实际农田农业环境的实时监测要求,可以显著提高我国农田环境感知的自动化水平和生产效率。

正反转组合式水稻宽苗带灭茬播种机设计与试验

针对稻麦两茬轮作区,小麦收获时间短、水稻插秧费时费力、直播整地要求高的问题,利用反转灭茬技术和主动防拥堵技术,同时借鉴小麦宽幅精播技术,设计了一种正反转组合式水稻宽苗带灭茬播种机,一次完成旋耕、灭茬、防堵、深施肥、宽苗带播种、覆土和镇压功能。在稻麦两熟区进行了试验,结果表明,反转旋耕装置能很好的灭茬,正转清草装置能有效防堵,在正反旋耕的配合作用下,种床土壤细碎,播种覆土均匀,播种深度和施肥深度变异系数分别为4.58%和2.40%,种肥垂直间距变异系数为4.72%;平均苗带宽度为138.4 mm,与理论设计宽度差异不显著;不同苗带宽度上种子分布有差异但不显著,符合设计要求;苗带宽度对水稻生长有影响,苗带两侧有效分蘖和成穗率显著高于苗带中间(P<0.05);机具的通过性满足农艺要求。

基于可见光波段的无人机超低空遥感图像处理

【目的】探讨低成本的可见光超低空农业遥感平台提取与分析农情信息的可行性,为农用无人机精准施药与农情监测提供技术支持。【方法】以仅包含红光、蓝光和绿光的超低空可见光农田遥感图像为研究对象:首先利用张氏校正法获取相机的畸变矩阵,并校正图像;然后提取与分析图像的可见光植被指数;最后通过分析超低空可见光农田图像中植被与非植被的光谱特性,对可见光超低空遥感图像进行植被信息提取。【结果】获得的农田植被提取图像很好地区分了植被与非植被。【结论】基于可见光的超低空遥感农业信息获取系统应用具有可行性,可为构造低成本的可见光低空遥感监测系统提供参考。

基于潜在蒸散和干燥度指数的河北省农业气候区划

基于Penman-Monteith模型的潜在蒸散和降水量之比计算得到的干燥度指数作为衡量区域干湿状况的重要指标,已成为全球变化研究中的重要气候指标之一。本文利用温度气候带和以干燥度指数划分的干湿气候区作为二级气候区划指标,开展区域尺度的河北省农业气候分区,将河北省农业气候区划分为暖温带半湿润区,冀北中山中温带半湿润偏旱区、太行山暖温带半湿润偏旱区和滨海平原暖温带半湿润偏旱区,冀北高原中温带半干旱区、太行山北段中温带半干旱区和冀中、南平原暖温带半干旱区,中温带半干旱偏旱区。该分区为合理配置农业生产、改进耕作制度以及引入和推广新品种提供气候依据,同时也为相关部门采取应对措施减轻旱涝灾害及其不利影响提供参考。

农作物秸杆的蒸爆处理与无胶纤维板的制造

本文介绍了农作物秸杆的蒸爆处理与蒸爆技术的应用，以及无胶纤维板的制造技术。

玉米花生宽幅间作碳足迹初探

为明确玉米花生宽幅间作农田碳足迹,探索有效途径实现低碳与高效的协同效益,依据全生命周期评价分析原理,建立农田碳排放核算模型,设置农用物资(种子、肥料、农药、地膜)投入、农机能耗(耕地、播种、灌溉、收获)、秸秆处理及氮肥施用导致的田间N2O直接和间接排放四个模块,估算山东聊城地区典型玉米花生3∶4和3∶6宽幅间作与传统玉米单作、花生单作单位面积和单位产值的碳足迹差异。结果表明,3∶4和3∶6间作模式单位面积碳排放分别为3782.44kg CO_2e/hm^2和3829.94kg CO_2e/hm^2,均低于花生单作的3930.64kg CO_2e/hm^2、高于玉米单作的1361.38kg CO_2e/hm^2;二种间作模式的温室气体排放主要来自肥料(包括肥料生产、氮肥施用导致的田间N2O排放)和地膜,3∶4模式下占总排放的60.09%,3∶6模式下占60.54%;3∶4模式单位净产值的碳排放强度为0.197kg CO_2e/元,高于花生单作(0.179kg CO_2e/元)和玉米单作(0.154kg CO_2e/元),3∶6模式为0.177kg CO_2e/元,低于花生单作,但若能避免玉米条带的重复施肥和冗余翻耕,二种间作模式单位产值的碳排放强度将低于玉米和花生单作。玉米花生宽幅间作不仅提高土地产出率和资源利用率,而且具有显著的经济效益和生态效益。

不同激励下宽频磁浮俘能器俘能试验

振动能量俘获是获取可再生清洁能源的一种有效途径,具有广阔的应用前景,有利于社会的可持续性发展。目前,随机功率谱激励下的高功率密度和宽频能量回收仍然是研究的难点。该研究设计了一种可有效利用宽频振动能量的高功率密度磁浮式俘能器,采用COMSOL Multiphysics软件计算悬浮磁体非线性回复力与位移的关系式,根据磁浮振动系统的控制方程和基尔霍夫定律建立俘能器的数学模型,详细研究了模型参数变化对俘能器性能的影响。随后进行正弦扫频和驻频试验以验证俘能器的发电能力。同时,从俘能器的效率、效能和体积优值3个指标对俘能性能进行评价;并结合实际应用,设计俘能器稳压电路。根据丘陵山区农业机械工作的随机路谱特性,建立随机激励的数学模型,根据响应幅值的概率密度函数的FPK方程表达式,得到了平稳概率密度函数的解。结果表明:在激励频率从9.77到31.75 Hz变化时,俘能器最大输出电压在5.92和21.52 V之间;最大输出功率在10 Hz时达81.93 mW,从5到50Hz,输出功率范围为5.76到81.93 mW;俘能器的效率、效能和体积优值分别为2.85%、9.85%和39.74%;俘能器电压输出的功率谱密度有5个峰值点,对应频率分别为9.80、29.41、36.76、36.76、51.47和71.08 Hz,进一步验证了该研究提出的磁浮式俘能器具有宽频发电性能,并可满足丘陵山区农机设备监测传感器的供电需求。

农业自动化喷雾机械标靶害虫自动识别系统的研究

农业喷雾对象的识别和定位是农业自动化喷雾机械研究中的核心技术之一。对病虫害甘蓝进行精准喷洒农药,实现病虫害准确自动识别成为关键。为此,利用机器视觉的欧氏距离甘蓝夜蛾虫害自动识别检测系统,结合由Qualityspec光谱仪组成的光谱成像系统,对甘蓝正常叶片和遭受甘蓝夜蛾虫害的甘蓝叶片的颜色特征和光谱特征进行分析,并采用机器视觉分割阈值选取中的Otsu算法和自适应波段选择方法提取出了颜色差异的最佳几何阈值和两种叶片的特征波段。试验结果表明:综合机器视觉和光谱技术能够实现甘蓝夜蛾虫害的自动且准确的识别,准确率可达94%。因此,建立机器视觉和光谱技术综合识别体系,可为农作物病虫害自动防治喷雾机器人的研制奠定基础,以达到农作物病虫害实时识别和及时治理的目的。

农产品市场环境下语音端点检测的研究

语音端点检测直接决定了语音识别系统的精度和速度。在严重噪声情况下,对语音进行准确的端点检测是非常困难的。论文针对农产品市场环境中的语音信号,提出一种改进的子带谱熵的方法来确定语音起止点,即基于子带谱熵的方法,加入平滑机制并采用自适应阈值估计进行端点检测。本文采集了北京市农贸市场中的噪音作为环境音,进行端点检测,并与其它方法进行对比试验,即使在-15dB环境下,改进的子带谱熵的方法端点检测错误率也不高于20%,比传统方法更有效,且该方法鲁棒性较好。实验结果表明,自适应子带谱熵的方法可以很好的适应于低信噪比农贸市场环境下的语音端点检测,具有一定的应用前景。

农机作业履带式行走张紧系统的自适应控制策略

为了改善农机作业履带张紧系统的行走性能,探讨了一种基于仿人智能的履带张紧自适应控制策略。剖析了履带式行走张紧系统存在的控制问题,总结了履带张紧过程的控制论特性,探讨了自适应控制策略与控制算法。以工业系统中典型的2阶滞后过程控制为例进行研究。仿真对比实验验证了基于仿人智能的控制算法可以取得更好的控制品质和控制效果。仿真结果表明:基于仿人智能的控制策略是一种可供张紧系统设计参考的自适应控制策略。

农产品冷链配送监测系统的设计与实现

针对农产品冷链配送环境难以得到有效保证这一问题,利用基于移动蜂窝通信的窄带物联网技术(NB-IoT)和无线传感器网络(WSN)技术,设计了农产品冷链配送监测系统。该系统利用传感器模块、继电器模块,实现了冷链配送车厢内环境信息的采集和设备的实时控制;以MSP430单片机和CC1101无线芯片为核心,搭建了WSN,实现了环境数据在终端节点和协调器节点的无线传输;利用基于移动蜂窝通信的NB-IoT,实现了本地环境数据的远程无线传输。基于浏览器/服务器(B/S)架构,设计了农产品冷链配送监测系统。通过该系统,完成了农产品冷链配送过程中环境数据的实时显示和存储,以及对相关设备工作状态的远程控制。测试结果表明,该系统虽然受到车厢内杂物和车厢本身对信号的影响,造成数据传输的丢包和时延,但仍能较好地满足农产品冷链配送的应用需求,实现了对农产品冷链配送车厢内各种环境信息的实时监测和设备的远程控制。

基于无人机高光谱影像的地表植被生物量反演波段优选

针对高光谱数据冗余信息多,在实际应用存在诸多不便的特点,开展了无人机高光谱的波段优选研究。通过采集地面作物的生物量与构建的归一化植被指数（NDVI）进行线性回归分析,构建波段二维分布图来可视化优选的波段。结果表明,在使用NDVI反演生物量时（决断系数大于0.8）,最佳波段主要位于820nm和725-750nm。此外,使用的高光谱相机在波长为890nm附近信噪比较低,拟合的决断系数较低。

基于UWB定位的农业机械辅助导航系统设计与试验

【目的】低成本实现南方中小型田块中农业机械田间精确定位,降低农机操作人员劳动强度、提高农机作业效率。【方法】采用超宽带(Ultra wide band,UWB)技术对作业机械进行实时定位,通过位置解算算法,得到定位标签的三维精确位置坐标;利用位置校正算法,修正作业机械车身倾斜引起的田间定位误差;设计基于AB线的路径规划算法,实时规划作业路径并计算作业偏差;通过可视化人机交互界面为农机操作人员提供实时辅助驾驶信息。【结果】水田环境中,分别以0.5、1.0和1.5 m/s的速度沿规划路径行驶时,系统平均横向定位偏差均小于7 cm;当行驶速度大于1.0 m/s时,利用位置校正算法平均横向定位偏差降低了52.79%,标准差降低了49.82%,最大横向定位偏差降低了50.04%。搭载辅助导航系统进行田间插秧试验,各行作业轨迹与自身行拟合直线的平均横向偏差为5.90 cm,标准差为3.64 cm;各行作业轨迹与其规划直线路径的平均横向偏差为6.98 cm,标准差为4.95 cm。【结论】辅助导航系统具有较高的定位精度和良好的稳定性,成本低且通用性强,能够满足南方中小型田块中农业机械田间作业要求。研究结果可为农业机械田间精确定位提供参考。

用于土壤水分测量的磁共振射频线圈宽频匹配方法

准确检测土壤水分对于改善农业用水管理至关重要.为了实现土壤水分的准确测量,本文设计了一种微型inside-out核磁共振(NMR)传感器(测量区域位于传感器周围).其中磁体由三个轴向磁化的圆柱磁体组成,射频线圈由四个相同的弧面螺旋线圈串联组成.通过调整圆柱体之间的半径和高度,获得了一个圆周对称恒定梯度场.并利用宽频带匹配方法,增加射频线圈的激励区域,从而提高整体信噪比.将本文设计的传感器用于测量含水量不同的小颗粒沙土和大颗粒石英砂土壤模型样品的CPMG(Carr-Purcell-Meiboom-Gill)信号,通过逆拉普拉斯变换获得了T_(2)分布谱,并将T_(2)谱峰面积与称重法获得的含水量进行了相关性分析,探讨了该传感器用于测量土壤水分的可行性.

小地块履带农机UWB导航系统设计及其基站布置

针对中国南方分布零散和土壤黏重的稻麦、稻油轮作区小地块长期使用轮式农机导致深泥脚现象加重造成自主导航性能变差且卫星导航面对普通大众使用门槛高用户友好性欠缺、难以满足便捷跨区作业要求,该研究以履带农机为研究对象,提出一种基于快速稳态转向原理的路径跟踪控制方法,以农田边界布置随插近距超宽带(UWB,Ultra Wide Band)基站组作为参照路径设计了具备基站偏移误差自诊断自主导航系统,实现小地块内高精度自主导航。近距UWB基站布置最佳方式选取与优化结果表明:双UWB基站平行农机于目标作业路径布置在农田外侧是最佳方式且距农田边界最佳临界距离为10 m。静态校正试验结果表明:快速稳态转向路径校正控制器的跟踪控制误差≤1 cm,变异系数<5%,路径校正时间≤1s,变异系数<3%。动态校正试验结果表明:中低车速的直线作业精度误差≤8cm,随作业车速增大,直线作业精度略有降低,但精度误差≤10 cm,变异系数≤5%。研究结果表明,改进AOA模式大田农机自主导航位姿检测方法与快速稳态路径校正控制策略组合导航具有较高的稳定性和较好的鲁棒性,可满足大田农机自主导航作业需求。研究结果可为高精度小地块农田自主导航技术研究提供参考。

基于NB-IoT的土壤墒情监测系统设计与应用

为满足数字农业中对土壤墒情动态监测的应用需求,该文提出了基于窄带物联网NB-IoT技术的土壤墒情远程监测系统,并实现了工程应用。该系统可以通过监测网站远程监测传感器安装地的土壤温度、含水量及电导率等墒情信息。系统以采集传输控制器为核心,实现土壤传感器的数据采集及其与网络云平台、数据库、监测网站之间的远程传输。应用证明,该系统数据传输准确、稳定,应用效果良好。

基于VBKF-CPA-TSA算法的UWB定位技术

设施内移动农业设备的精准定位是农业智能化、无人化发展的关键。针对设施内GPS拒止环境下农业设备的定位问题,提出利用超宽带(UWB)系统构建设施内移动农业设备的导航定位系统。为了提高移动农业设备的定位精度,提出利用变分卡尔曼滤波(VBKF)对UWB系统的4个测量距离进行平滑处理,提高测量距离的估计精度,采用全质心定位算法(CPA)求解目标节点的位置坐标;为了进一步提高定位精度,利用改进的泰勒级数优化算法(TSA)对VBKF-CPA方法的定位结果进行优化处理。以移动机器人为实验平台,利用UWB系统在室内开展了动静态模拟实验,验证所提方法的有效性。实验结果表明,VBKF-CPA-TSA算法能提升目标节点的定位精度,获得较稳定的定位结果,x轴、y轴、z轴的平均误差由0.085、0.071、0.064 m减小为0.034、0.032、0.028 m,平均估计精度分别提高了60%、54.9%、56.3%;VBKF-CPA-TSA算法的动态定位轨迹更逼近真实轨迹,表明所提定位算法能提高设施内UWB系统的定位精度,该方法为设施内GPS拒止环境中移动农业设备的定位提供新方法。

农用地分类中OLI影像合成最佳波段组合研究——以黑龙江省鹤岗市为例

为选择农用地分类中OLI影像合成最佳波段,选取鹤岗市Landsat 8_OLI遥感影像为研究对象,首先对各波段的光谱特征信息进行统计分析;其次采用最佳指数法(OIF)初步筛选出光谱信息较丰富的波段组合;最后结合农用地分类中主要地物类型在各波段中呈现光谱特征曲线,对适用于该领域的最佳波段组合进行研究。研究表明,通过最佳指数筛选出的波段组合,结合主要地物的光谱特征信息,能够客观有效地确定OLI影像中最佳波段组合是Band 456,其研究结果可用于农用地利用信息的目译及计算机分类识别。

中韩野生软枣猕猴桃种质资源遗传多样性分析

【目的】利用RAPD分子标记技术研究国内长白山地区和韩国由来野生软枣猕猴桃种质资源的遗传多样性。【方法】以长白山地区和韩国由来的28个野生软枣猕猴桃的叶片为材料,利用RAPD分子标记技术进行了遗传多样性分析,并明确了它们之间的亲缘关系。【结果】利用131个随机引物进行PCR,从中筛选出了多态性高、重复性好且扩增条带清晰的24个引物。24个引物在28个野生软枣猕猴桃中共扩增出191条带,其中多态性条带为186条,占97.4%。平均每个引物产生7.75个多态性条带。应用NTSYSpc 2.10e软件进行遗传一致度和遗传距离分析后用UPGMA方法进行聚类分析。28个野生软枣猕猴桃种质资源之间的遗传距离为0.020 2~0.934 2。遗传距离0.58时可将28个野生种划分成2大类。在遗传距离最小的0.02处,有蛟河2号和3号2个野生种,其RAPD分子标记相似性为98%。【结论】来自不同地理区域的野生软枣猕猴桃之间存在较高的遗传多样性,而在同一地理区域内遗传多样性较低。韩国野生软枣猕猴桃之间的遗传多样性较低,且与二道白河、汪清、左家等地的野生软枣猕猴桃亲缘关系较近。即具有同一地理区域聚类趋势,且不同地理区域间存在较高的遗传多样性。