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基于数字PI算法的精准施肥控制系统设计及仿真

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农机化研究 2017年第10期39卷 108-112,118页

作者：李宜汀张富贵卢剑锋吴雪梅樊国奇高贵贵州大学机械工程学院贵阳550025 贵州省烟草公司毕节市公司贵州毕节551700 贵州省烟草公司黔西南州公司贵州兴义562400

为了使施肥速度与机器行进速度同步,提出了一种基于数字PI算法的闭环施肥系统,主要由传感器、PLC、脉宽调制电机驱动器(PWM驱动器)、GPRS模块及直流无刷电机组成。通过检测拖拉机的速度信号及外槽轮转速,PLC根据所输入决策经PWM驱动器... 详细信息

为了使施肥速度与机器行进速度同步,提出了一种基于数字PI算法的闭环施肥系统,主要由传感器、PLC、脉宽调制电机驱动器(PWM驱动器)、GPRS模块及直流无刷电机组成。通过检测拖拉机的速度信号及外槽轮转速,PLC根据所输入决策经PWM驱动器对外槽轮下料速度进行闭环控制,从而实现精准施肥。仿真实验结果表明:基于数字PI算法的闭环控制系统提高了施肥精度和响应速度,机具操作简单,在田间工作性能稳定。

关键词：精准施肥数字PI算法 PLC PWM

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山区烤烟液态肥精准施肥系统关键技术研究

山区烤烟液态肥精准施肥系统关键技术研究

作者：周茂茜贵州大学

学位级别：硕士

农业发展水平在国民经济中起着重要作用,烤烟作为我国经济农作物,与众多农作物一样在生长过程中需要施用化肥提高烤烟产量。目前我国比较常用的化肥是固态肥,但是固态肥的有效利用率较低,将液态肥替代传统意义上的固态肥,既可提高肥效... 详细信息

农业发展水平在国民经济中起着重要作用,烤烟作为我国经济农作物,与众多农作物一样在生长过程中需要施用化肥提高烤烟产量。目前我国比较常用的化肥是固态肥,但是固态肥的有效利用率较低,将液态肥替代传统意义上的固态肥,既可提高肥效又可减少环境污染。液态肥的发展促进了液态肥施用机械的发展,目前市面上液态肥施肥机大多应用于普通平原地区,适用于山区烤烟的施肥机械较少,故针对山区地形开展烤烟精准施肥系统研究具有实际意义,本文主要研究的内容如下:(1)液态肥精准施肥系统方案研究。针对山区烤烟作物施肥需求确定总体设计原则,研究系统的整机方案。(2)施肥系统关键部件设计与分析。首先对肥液供给装置的回路方案进行比较分析,确定采用主路节流调节回路,然后对其结构进行设计,经计算确定该装置的输肥管道管径参数;对田中支撑装置进行设计,并对软管导向梁进行优化设计,确定其尺寸参数;最后进行施肥枪结构设计和相关元器件选型,建立施肥枪控制模型。(3)施肥通道流体特性研究与分析。计算校核系统扬程损失和管道压损,确保肥液能够成功输送至施肥枪进口;对施肥枪流体域进行Fluent仿真分析,数值验证施肥枪的设计满足出口施肥量需求。(4)施肥枪精准控制系统硬件设计。应用Altium Designer软件工具设计单片机最小系统模块、按键输入模块、LCD显示模块、电动调节阀驱动模块及流量报警电路模块,确定精准施肥控制系统的硬件电路原理图。(5)精准控制系统的软件设计与实现。采用PID控制方法和自适应模糊PID控制方法,以阶跃信号作为输入,在MATLAB中建立二者控制模型并进行仿真,可得出常规PID控制响应时间是0.35s,而自适应模糊PID控制的响应时间为0.15s,对比得出自适应模糊PID控制方法更优越,并根据此方法在Keil uVision中对系统的软件程序进行编程实现。(6)试制施肥枪样机并进行施肥枪精准控制试验。经试验可得出施肥量在施肥枪施肥范围控制误差最高是4.7%,最低仅为1%,低于烟草行业要求的8%的误差,验证精准施肥控制系统的硬件和软件可行性。

关键词：液态肥精准施肥硬件电路电动调节阀自适应模糊PID控制

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基于神经网络的玉米精准施肥决策系统

基于神经网络的玉米精准施肥决策系统

作者：金勇哲吉林大学

学位级别：硕士

在高速发展的信息社会里,神经网络集成技术已经成为在国际神经计算界的一个非常有影响力的研究话题,因此,设计一种非常有效的神经网络集成的实现方法具有相当重要的理论和实际意义。因为神经网络集成方法从一定程度上不仅显著地提高了... 详细信息

在高速发展的信息社会里,神经网络集成技术已经成为在国际神经计算界的一个非常有影响力的研究话题,因此,设计一种非常有效的神经网络集成的实现方法具有相当重要的理论和实际意义。因为神经网络集成方法从一定程度上不仅显著地提高了神经网络系统的的泛化能力,而且又相对于其他的神经网络方法,提高了计算的精度。所以,神经网络集成方法在各个领域被看做是一种非常高效的工程化神经计算方法。神经网络集成技术在精准农业中有很好的表现,精准施肥是精准农业当中最核心的部分,因此,设计出一个很好的神经网络集成技术是提高作物产量和减少成本的一种很好的途径。本文首先介绍神经网络技术以及神经网络集成的原理,另外,对我国目前精准农业的发展情况以及推广措施进行阐述,然后,结合我国的农业状况,设计一种基于神经网络的HLNEN算法,最后,通过实验以及对试验结果的分析证明HLNEN算法的有效性。

关键词：神经网络泛化能力精准农业精准施肥 BP网络

基于WebGIS的耕地养分管理与精准施肥系统构建——以庐江县为例

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基于WebGIS的耕地养分管理与精准施肥系统构建——以庐江县为例

作者：范珊珊安徽农业大学

学位级别：硕士

随着国家对于土地流转的支持和推进,规模化经营已成为农业生产主流趋势。对于农户特别新型经营主体利用精准养分管理来提髙单位面积的生产力和单位肥料的利用效率需求日益迫切,近年来信息和装备技术的进步带动了耕地农业生产精准施肥项... 详细信息

随着国家对于土地流转的支持和推进,规模化经营已成为农业生产主流趋势。对于农户特别新型经营主体利用精准养分管理来提髙单位面积的生产力和单位肥料的利用效率需求日益迫切,近年来信息和装备技术的进步带动了耕地农业生产精准施肥项目的前行。耕地养分管理无论是时间上还是空间上都能做到最佳肥料投入,将有效提高肥料的利用效率,减少土壤养分残留,降低有害物质流失到地下水的风险,减轻土壤排放温室气体的风险,是提效、增产、降低富营养化程度等环境风险的有力措施之一。本次研究以合肥市庐江县为研究区域,基于研究区耕地土壤养分分析数据和相应地理空间数据,运用反距离加权插值(IDW)和克里格(Kriging)插值方法,进行耕地养分数据空间变异分析。利用WebGIS技术,采用B/S架构,结合系统可行性和用户需求,基于SuperMap控件进行二次开发,使用SQL Server 2005软件,构建以庐江县新型经营主体地块为单位的耕地养分信息数据库,并结合配方施肥算法建立施肥模型;针对不同农户层次需求,细化系统功能分区,实现耕地资源电子化管理、土壤养分空间查询、专题分析和推荐施肥等功能,以县域为区域特征,构建了以新型经营主体为服务对象的土耕地养分管理和精准施肥系统。(1)选用Windows Server2008+SQL2005作为系统基础平台,使用Tomcat7.0 web应用服务器作为WebGIS系统的软件基础。系统实现遥感影像与空间实体图层相融合;满足用户进行空间定位查询、地图缩放、图层标注、属性信息获取等需求;利用数据库对于空间和属性数据进行科学管理和建立各种连接,并建立耕地养分管理与精准施肥后台信息管理系统,实现数据录入、删除、修改和发布等功能。(2)基于系统功能模块及总体架构,建立了系统数据库。按照内容划分为两类,空间数据库是对于空间实体信息包括权属范围、地类图斑、采样点位、土壤类别和栅格影像,并且实现一定时间跨度的存储和提取功能,以区县到乡镇再到村/新型经营主体层层递进组织数据;属性数据库是针对空间实体属性表格字段名称类型,长度、小数位等属性定性和定量描述。(3)生成了以新型经营主体为服务对象的管理单元,在耕地养分管理单元的基础上以新型经营主体相应编号地块的指定边界限定范围的管理单元,在保留行政区划同时包含明确的新型经营主体地块编码属性。同一单元的耕地权属一致,新型经营主体管理单元与新型经营主体呈多对一的集合关系,一个新型经营主体可以有多个管理单元,每一单元只对一个新型经营主体,将耕地养分肥力属性逐一附属于单元内。依据研究区域的耕地养分空间变异情况,参照规范的养分分级标准进行划等分级。运用系统提供的回归分析功能,利用研究区内水稻的“3414”试验结果,建立了相应的施肥模型。(4)以新型经营主体为管理单元,基于WebGIS空间信息管理平台,构建了服务新型经营主体的耕地养分管理与精准施肥系统。系统实现了土壤养分查询,并且根据研究区土壤养分含量数据,通过土壤养分分区管理进行推荐施肥,针对不同区域、不同作物进行差异化管理,推荐不同的肥料配方。本研究系统构建和应用将满足新型经营主体田间生产所需精准施肥信息,对于推动精准施肥,提升作物产量和品质、降低施肥率、提高肥料利用率和改善农田生态环境等方面具有重要的意义。

关键词：耕地养分精准施肥 WebGIS 新型经营主体庐江

基于WebGIS的橡胶精准施肥信息系统的设计与实现

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基于WebGIS的橡胶精准施肥信息系统的设计与实现

作者：陈赞章北京邮电大学

学位级别：硕士

施肥是提高天然橡胶生产力的重要措施。实施精准施肥技术有助于提高施肥指导的精准度，施肥指导单元面积由原来的百平方公里减小到平方公里级，将进一步提高我国天然橡胶生产的能力及效益。橡胶树精准施肥技术系统的建立是在胶园土壤肥... 详细信息

施肥是提高天然橡胶生产力的重要措施。实施精准施肥技术有助于提高施肥指导的精准度，施肥指导单元面积由原来的百平方公里减小到平方公里级，将进一步提高我国天然橡胶生产的能力及效益。橡胶树精准施肥技术系统的建立是在胶园土壤肥力和橡胶树叶片养分含量空间变异性的基础上，借助地理信息系统GIS(Geographical Information System)，全球定位系统GPS(Global Position System)，遥感系统RS(Remote system)、专家系统ES(Expert System)及相关的计算机软件，结合土壤诊断和叶片营养诊断等技术，通过相关技术集成为施肥信息系统。系统具备胶园基本情况查询、橡胶树营养和胶园土壤养分空间查询分析和配方施肥自动决策等多种功能。它是一种橡胶施肥管理的自动决策系统，具有精细、准确、可靠、直观、科学和易共享的特点，是当今高新技术在橡胶生产上应用的典范。本论文是结合中国热带农业科学院橡胶研究所承担的科技部的科研院所社会公益研究专项“我国橡胶树精准施肥技术系统的建立及其应用”项目而完成的。主要介绍了利用3S(GIS、GPS及RS)技术中的GIS技术结合Web技术开发一个基于Internet的WebGIS橡胶精准施肥信息系统的过程，提出设计与实现方案，并重点介绍其中的关键技术及相关模块。

关键词：橡胶精准施肥信息系统 3S WebGIS

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白桦人工幼龄林精准施肥技术研究

白桦人工幼龄林精准施肥技术研究

作者：胡建文东北林业大学

学位级别：硕士

以11年生白桦(Betula platyphylla)人工幼龄林为研究对象,在管理单元划分、营养诊断的基础上结合中国东北样带(NECT)速效养分梯度分布计算推荐施肥量;通过“3414”部分试验设计(1-NoP0K0,2-N0P2K2,3-N1P2K2,4-N2P0K2,5-N2P0K2,6-N2P2K2,7-N2P3K2,8-N2P2K0,9-N2P2K1,10-N2P2K3,11-N3P2K2)连续开展 2 年精准施肥试验,采用主成分分析方法对施肥后林木生长生理指标和土壤养分指标进行综合响应检验,探讨白桦幼林人工林精准施肥技术。此外,比较4种微地形林地土壤、林木叶片、树干液流营养状况的差异性和与林木形态指标的相关性,探讨液流作为营养诊断材料的可行性。研究结果表明:(1)精准施肥后,除处理2、5外其余施肥处理综合响应均高于对照(CK);施肥综合响应结果与营养诊断结果相符。营养诊断表明低产组土壤缺K,林木缺N、K,林木的需肥次序为K>N>P;处理10(过量施K)综合响应得分排名第一;处理6(推荐施肥量)综合响应得分排名第2;处理1(CK)综合响应排名第9;处理2(N0P2K2)综合响应得分排名第11。(2)精准施肥2年内,林木胸径生长对施肥响应不显著,林木吸收根/运输根(AR/TR)对施肥响应显著(p施肥处理的AR/TR均显著高于CK(p精准施肥对叶片生理生化指标季节变化影响不明显,但显著提升叶片养分浓度。从6月到8月,各处理叶片N、P浓度表现为先下降后上升的V形变化趋势;叶片C浓度整体呈上升趋势;叶绿素(chl)浓度除处理10之外整体呈上升趋势。展叶初期(6月份),处理6、10叶片养分浓度和叶绿素浓度均高于CK。(4)与展叶初期叶片和土壤养分相比,树干液流更适合在完全展叶前对林木进行营养诊断。不同微地形林木树高、胸径差异显著(p精准施肥技术包括管理单元划分、营养诊断、推荐施肥量确定和施肥响应检验。通过该技术所确定下来的施肥量(处理6)综合响应得分排名第2,为后期林木施肥研究提供科学参考。树干液流可作为展叶前的营养诊断材料,提前营养诊断时间,丰富森林营养诊断理论。

关键词：白桦(Betula platyphylla) 人工林精准施肥营养诊断微地形树干液流

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基于本体的玉米精准施肥决策系统的研究

基于本体的玉米精准施肥决策系统的研究

作者：张莹吉林农业大学

学位级别：硕士

玉米是我国三大主要粮食作物之一,在国民经济中占有重要的地位。玉米的主要用途和功能在发生变化,成为了重要的饲料和工业原料。为了适应畜牧业持续稳定的增长和应对国际市场挑战的需要,加快玉米生产发展,保障有效供给,成为当前稳定粮... 详细信息

玉米是我国三大主要粮食作物之一,在国民经济中占有重要的地位。玉米的主要用途和功能在发生变化,成为了重要的饲料和工业原料。为了适应畜牧业持续稳定的增长和应对国际市场挑战的需要,加快玉米生产发展,保障有效供给,成为当前稳定粮食生产的迫切任务。精准施肥是精准农业的核心之一,根据不同地区、不同土壤类型和植株生长状况、及其土壤养分含量情况、产量水平和作物类别,将N、P、K等微量元素与有机肥给予科学的配方,进行有目的施肥,可减少因施肥过量所造成的产品质量下降和环境污染,并可降低其成本。本体是对领域中的概念进行的规范的形式化的明确的描述,它可以使得不同的领域之间对领域知识达成共识,使得人与机器之间、机器与机器之间进行相互理解,有效地解决系统间的异构及互操作难的问题,实现了知识的共享及重用。本文把本体引入到玉米生产领域中,对其在玉米生产领域中进行探索及实践,通过本体为玉米生产领域中的概念提供共享模型,建立概念的语义空间,更好地解决了语义互操作和知识共享及机器理解问题,利于玉米智能系统的开发。本文主要完成的研究工作：（1）在收集了大量与本体相关的国内外文献资料基础上,对本体理论知识进行了学习与研究,明确了玉米本体构建的方法与步骤;在农业生产领域专家的指导下,确立出了影响玉米精准施肥的各项因素,掌握了一定的领域知识;通过实践,在七步法的指导下,对玉米施肥领域中的术语按自上而下、逐步细化的方法进行类、属性、属性约束、实例等的建立,利用本体构建工具Protege完成了对玉米精准施肥本体的构建并进行了本体一致性检测,以确定本体的正确性,同时采用OWL语言对本体进行了描述。（2）在玉米精准施肥本体的基础上,结合领域专家的专业知识,进一步确立系统功能,进行了基于本体的玉米精准施肥决策系统的开发;由于玉米缺素症对于玉米的产量及品质的影响是很大的,本系统功能主要实现对玉米缺素症状的诊断,即实现了对玉米在不同生长时期的缺素表现进行缺素诊断,得出诊断结论,给出缺素玉米植株图片及相应的防治措施。（3）根据缺素诊断的结论,采用养分平衡法进行了玉米追肥决策,即给出对于玉米所缺养分的追肥量,有效地指导了农民合理施肥,在榆树市弓棚镇小范围地进行了应用,取得了一定的成效。本文通过构建玉米精准施肥本体,解决了玉米在精准施肥数据方面存在着的分散、不规范、不利于管理的问题,为玉米精准施肥提供了新的思路与方法,具有一定的理论价值和应用价值。

关键词：本体玉米缺素诊断精准施肥决策

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移动式温室精准施肥机的研制

农机化研究 2009年第12期31卷 86-88,99页

作者：周舟王秀马伟陈立平国家农业信息化工程技术研究中心北京100097 中国农业大学工学院北京100083

针对我国设施农业的发展和需求现状,研制了一套施肥量可调、能够在不同温室内自由移动的精准施肥机。通过实验和推广应用表明,该机性能优异,灌水、施肥的均匀度分别达99.6%和98.8%,具有操作简单、节水、肥料利用率高和节约劳动力成本等... 详细信息

针对我国设施农业的发展和需求现状,研制了一套施肥量可调、能够在不同温室内自由移动的精准施肥机。通过实验和推广应用表明,该机性能优异,灌水、施肥的均匀度分别达99.6%和98.8%,具有操作简单、节水、肥料利用率高和节约劳动力成本等显著特点。同时,该机能够实现滴灌施肥和叶面肥喷洒两种施肥方式。

关键词：精准施肥滴灌比例混合自动控制

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旱作马铃薯需肥特点及精准施肥技术研究

旱作马铃薯需肥特点及精准施肥技术研究

作者：白茹宁夏大学

学位级别：硕士

马铃薯作为传统优势的粮菜兼用作物,已成为宁夏第一大农作物,但逐年增加的种植面积背后,其产量与质量方面的缺陷也日益突显。故试验采用肥料田间试验和室内测试分析的方法,了解了土壤养分丰缺状况,探究了氮磷钾养分的吸收运转特点,明确... 详细信息

马铃薯作为传统优势的粮菜兼用作物,已成为宁夏第一大农作物,但逐年增加的种植面积背后,其产量与质量方面的缺陷也日益突显。故试验采用肥料田间试验和室内测试分析的方法,了解了土壤养分丰缺状况,探究了氮磷钾养分的吸收运转特点,明确了不同肥料配方下马铃薯产量与品质的变化规律,最终提出旱作区滴灌条件下马铃薯氮、磷、钾肥合理配比精准施肥方案。主要结果如下：(1)宁夏干旱半干旱带主要马铃薯种植基地土壤养分现状为：缺有机质、低氮、磷适宜、钾丰富,各养分的地区性差异表现为：南部山区>中部干旱带。(2)马铃薯产量、品质和各器官养分含量在一定范围内,随着肥料用量增加而升高,超过此范围继续施肥,各指标增加趋势变缓甚至下降。供试土壤条件下,马铃薯每生产100kg块茎所吸收养分量分别为：氮0.77kg、磷(P2O5)0.56kg、钾(K20)2.25kgo(3)马铃薯各器官氮磷钾养分浓度、累积量和分配比例,随生育进程延续呈现不同的动态变化。生育前期,养分全部供给地上茎叶,其中N、P分布规律为：叶片>地上茎>块茎,K分布规律为：地上茎>叶片>块茎：生育后期养分持续下移,块茎成为NPK的最终储存库。对养分的吸收不同生育时期表现为：块茎膨大期>淀粉积累期＞幼苗期＞成熟期。各元素的吸收量表现为：N＞K＞P。(4)通过肥料配方试验做山氮、磷肥料效应方程,结果表明：在统一施用鸡粪2.5t/666.7m2、土壤结构调理剂Ⅰ型(宁大)200kg/666.7m2做肥底的基础上,当施肥量为：N12.84kg/666.7m2、P2O56.74kg/666.7m2时,块茎产量达最大值分别为：1430.9kg/666.7m2和1446.4kg/666.7m2。氮、磷的经济最佳施肥量为：N12.52kg/666.7m2、P2O56.56kg/666.7m2,此时的产量分别为：1430.6kg/666.7m2和1446.1kv666.7m2。(5)针对生产实践中农民大量施用氮肥,少施磷、钾肥,极少或不施有机肥的现状,推荐目标产量为1200～1400kg/666.7m2时,马铃薯合理施肥方案为：N4.12～9.68kg/666.7m2、P2050.56-4.06kg/666.7m2,折合尿素9.0～21.0kg/666.7m2,重过磷酸钙1.3～9.2kg/666.7m2,其中磷、钾肥、农家肥和改良剂一次性做基肥施入,氮肥70%基施,30%现蕾期追施。

关键词：马铃薯需肥特点旱地精准施肥产量