倾斜圆盘勺式玉米精密排种器的试验研究

为与铲式成穴器的结构特点相适应，选择倾斜圆盘勺式玉米精密排种器作为打穴播种机的排种机构。在分析分种勺结构特点和分种性能的基础上，通过试验确定了排种器倾角和转速对不同玉米种子分种性能的影响。

大田尺度下车载式土壤多参数测量方法研究

应用自行研制的土壤含水量、电导率与耕作阻力车载测试系统以及EM38电导率测试仪,在特定的耕作和施肥管理制度试验田中进行大田尺度下的土壤多参数车载测量研究。在土壤参数空间分布信息基础上进行相关分析,结果表明复合传感器具备农田土壤含水量和电导率变异响应能力,进一步建立了农田土壤电导率与含水量、耕作阻力以及施肥信息之间的统计预测模型。

铲式成穴器成穴性能的试验研究

根据铲式成穴器的成穴机理确定了其结构参数和工作参数的设计变化范围，并按照二次回归试验设计方法进行了成穴器参数对成穴性能影响的试验。通过对试验结果的统计分析，查明了成穴器参数对穴孔长度、穴孔宽度。

不同粗糙度尺度下预测表层土壤孔隙率量化指数比较研究

针对当前精细农业对农田信息快速采集的需求,本研究提出了基于土壤粗糙度预测表层土壤孔隙率的方法,而采用何种量化指数表征土壤粗糙度是深化研究的关键.本文首先系统总结了几种已有的衡量土壤粗糙度的量化指数,进而提出一种新的基于小尺度的土壤粗糙度指数Rd.根据对4种不同耕作方式下应用地面激光扫描仪获取的原始试验数据进行初步处理,并将4种粗糙度量化指数与表层土壤孔隙率的相关性做了比较研究,得出了两个重要结论:(1)与其它粗糙度量化指数相比,Rd与表层土壤孔隙率的相关性最高(R2=0.752);(2)基于激光扫描方法快速分析表层土壤孔隙率具有潜在的应用价值.

土壤圆锥指数、水分与容重耦合模型的试验比较研究--Ⅱ.水分与深度的影响

在对4种模型统计性能的水平检验与容重预测精度评价的基础上,分析与检验了各模型中水分与行进深度的影响作用.为分解水分对圆锥指数的单因数影响,采用定义水分影响指数(的方法.对于圆锥传感器行进深度的影响作用,借助于da与ead两种独立的深度影响因子,结合各模型与试验数据进行了计算与比较.结果表明:(1)只有Ayers模型能够较好地刻画土壤圆锥指数与水分间的耦合关系;(2)根据Ayers模型与Upadhyaya模型,圆锥传感器行进深度对圆锥指数的影响作用可以忽略;(3)根据Busscher模型,圆锥传感器行进深度显著影响圆锥指数的数值,但与此同时水分影响却可忽略不计,这显然与事实不符.由此看来,应用Ayers模型解析土壤圆锥指数、水分与容重的耦合关系,优于其它模型,但它作为隐函数,寻求最优迭代算法有待进一步研究.

基于内边缘场电容效应的树干/枝水分传感器研究

茎秆水分与茎流速率是解析植物茎秆内水分传输的2个重要参数。设计了一种基于内边缘场电容效应的树干/枝水分传感器。采用有机溶液试剂法与枝条冻融法分别对传感器做了性能测试试验,证实了传感器在相对介电常数16.8-81变化范围内具有很好的线性关系（R2=0.977 2）,并从冻融-干湿等价性能看,传感器反应灵敏度满足测量要求。利用枝条脱水法得到了传感器参考标定曲线,决定系数为0.992 2。温室环境下的盆栽苹果树试验证实了该传感器既可无损观测树干细胞昼夜间的充放水过程,还可感测亏水树干内膨压崩溃与恢复过程。

破损青贮牧草氧气与温度原位观测及变质预测模型研究

裹包式青贮饲料因塑封膜破损或开包饲喂致使空气(氧气)侵入,激活微生物消耗营养物质产生热量,引起异常温升,最终导致饲料营养成分损失,腐败变质。为此,本文提出了一种基于Clark电极原理的溶解氧传感器,用于原位观测有氧胁迫下青贮裹包饲料内部氧动态与温度变化。在此基础上,构建了基于偏微分-常微分方程系统的有氧胁迫下青贮饲料内部氧动态、温升以及微生物繁殖耦合模型,并检验了模型的适用性。采用CLAAS公司生产的Rollant455型打包机打出的青贮裹包饲料在2个干物质含量(DM-1:39.0%±1.3%和DM-2:31.4%±2.1%)下进行有氧变质过程实验,对比分析实验原位观测值与模型预测值的差异。结果表明:模型预测结果与实验测定结果总体上有较好的一致性,两者差异产生的原因是青贮饲料内部容重(孔隙)分布不均。此外,有氧变质过程产生的水分会改变模型的初始参数(氧气扩散速率降低,比热容提高等),导致模型后期预测精度降低。

不同耕作条件下土壤表面粗糙度随时间变化规律研究

为了研究耕作后土壤表面粗糙度随时间变化的规律,通过采用3种不同耕作方式(铧式犁、浅松铲、圆盘耙),在耕作后45天内,每隔5天利用激光土壤表面粗糙度扫描仪测量土壤表面粗糙度的方法,分别研究了耕作后45天内两种粗糙度指数(均方根RMS和自相关长度ACL)随时间变化的规律。研究结果表明,无论以RMS或ACL为土壤表面粗糙度的指标,与耕后天数均为指数模型相关。其中,3种耕作条件下,RMS与耕后天数的相关性在0.88～0.93之间;而ACL与耕后天数的相关性更高,在0.94～0.95之间,通过本实验研究揭示了耕作后短期内土壤表面粗糙度随时间变化的规律,对粗细农业的具体实施具有一定的意义。

面向车载式测量的土壤含水量与电导率复合传感器设计

基于介电方法设计了符合车载测量要求的四环电极结构土壤含水量与电导率复合传感器。分别在NaCl电导率溶液、含水土样和混合土样中进行标定试验分析,结果证实了复合传感器的可行性。通过分析混合土样中含水量和电导率与传感器输出信号之间的相关性,分别建立土壤含水量与电导率的统计预测模型。

土壤圆锥指数、水分与容重耦合模型的试验比较--Ⅰ．模型性能的统计检验与容重预测

应用一种先进的双变量(土壤圆锥指数与水分)传感器复合测量系统,基于前人提出的土壤圆锥指数、水分与容重的4种半经验模型(Ayers,Upadhyaya,Busscher与Hernanz模型),以相关系数R2与统计残差作为检验指标,根据各模型的结构特点,结合两种质地土壤(粘土与粉质壤土),针对容重预测精度与可应用性进行了深入试验研究.结果表明,Ayers和Upadhyaya模型虽然预测精度较高,但与土壤容重的解析关系为隐函数,在线辨识计算工作量只能取决迭代过程的收敛性,因而在实际应用上受到一定程度的限制.相比之下Busscher与Hernanz模型计算土壤容重方便快捷,但预测精度较低.

基于水平尺度扩展的土壤水分介电传感技术

设计了一种水平放置管式结构的介电水分传感器测量系统,通过水平往复移动扫描,测量一定深度下水平剖面的土壤水分。水分传感器的测量原理为频域(FD)外缘场阻抗法,该系统实现了土壤水平剖面含水率的线扫描测量,其最大扫描长度为380 cm。为了检验该测量系统的技术性能与可应用性,结合农田滴灌试验给出了2个点源激励下土壤入渗的应用测试案例。试验结果显示了不同质地土壤的入渗差异并记录了点源激励下土壤入渗过程的时间、空间三维数据。

播种机参数和打穴铲结构对投种影响的计算机仿真

根据铲式成穴器与倾斜圆盘勺式排种器组合设计成的打穴播种机的结构特点，建立了种子下落过程中运动轨迹的参数方程。以此为基础分析了播种机双向倾角、排种器投种角和打穴铲结构参数对种子在打穴铲内自由下落过程的影响，进而确定了打穴铲几何尺寸的设计原则。

在计算机控制下的温度多点连续测量系统

设计组合了一种在计算机控制下进行温度多点连续测量的系统。该系统的测量机制通过编制程序在计算机指令下控制；测量所得的数据在输出之前可进行预处理；最终输出的测量结果以国际标准通讯码记录在磁盘上。

基于土壤表面粗糙度预测降雨影响下的表层土壤孔隙度

根据表层土壤(0～40mm)孔隙度与降水量和土壤表面粗糙度之间的关系,提出一种预测表层土壤孔隙度的新方法。基于此目的,在德国波恩大学Dikopshof试验站,以两块采用不同耕作方式(地块1:铧式犁+圆盘耙;地块2:旋转锄+圆盘耙)处理过的耕地为研究对象,以耕后50d内的表层土壤孔隙度(TSP)与土壤表面粗糙度(SSR)为测量对象,分别采用地面激光扫描仪和气压比重计对TSP与SSR随时间的变化进行了连续测量,以研究TSP与SSR两者的动态关系。自2006到2009年,每年夏天进行1次重复试验,以研究不同降雨量对TSP与SSR关系的影响,并引入累计平均日降雨量(ARF)的影响指数。通过4a试验,得出结论:TSP随ARF增加而降低,随SSR降低而降低。在此基础上,建立了由ARF和SSR预测TSP的多元线性模型,且模型通过了F检验。结果表明,借助于地面激光扫描仪和降雨量数据,该模型可快速连续估算不同耕作方式下的土壤表层孔隙度。

基于智能手机方位传感器的叶面积测量校正

针对使用智能手机野外测量叶面积时很难保证主光轴与叶平面垂直导致测量精度下降的问题,采用针孔相机模型和数字图像处理技术相结合的方法,对叶片平面和手机平面存在夹角时的叶面积测量建立误差校正模型并进行研究。1)以10片不同大小的椭圆形模拟叶片对开发的android App进行仿真测试,结果显示,叶面积测量值与理论值之间的决策系数高于97%,并且随着叶片与手机平面夹角的增大而减小,校正后的相对误差为-6%~8%,未校正的高达41.4%。2)以向日葵、番茄、辣椒和茄子等植物叶片对误差校正公式进行验证,结果显示,当夹角<15°,拍照高度为30~65cm时,叶面积测量的相对误差为-6%~6%,未校正的为-27.5%~25%。