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温室封闭式栽培自适应灌溉方法

农业工程学报 2015年第22期31卷 222-228页

作者：袁洪波李莉王海华 N.A.Sigrimis 河北农业大学机电工程学院保定071001 中国农业大学现代精细农业系统集成教育部重点实验室北京100083 希腊雅典农业大学农业工程系希腊雅典11855

为了改进和提高温室封闭式栽培精细灌溉控制方法,针对利用Penman-Monteith(P-M)公式和传感器数据信息相结合进行灌溉控制中因为涉及参数较多而使用不便、需要近似计算导致建立的作物蒸腾模型精度不够等问题,该文根据封闭式栽培可以回收... 详细信息

为了改进和提高温室封闭式栽培精细灌溉控制方法,针对利用Penman-Monteith(P-M)公式和传感器数据信息相结合进行灌溉控制中因为涉及参数较多而使用不便、需要近似计算导致建立的作物蒸腾模型精度不够等问题,该文根据封闭式栽培可以回收并循环利用多余灌溉水的特点,利用灌溉量与排出量的差值和温室小气候环境数据建立相对精确的作物蒸腾量计算模型,并在此基础上利用人工神经网络算法实现了温室封闭式栽培自适应灌溉控制,结果表明,在10 d内灌溉用水量为实际蒸腾量的97.8%,基本实现了按照作物需水量进行灌溉。研究对于实现按照作物蒸腾量进行准确的水分供给、节约灌溉用水量、提高水分利用效率具有一定的现实意义。

关键词：灌溉温室模型蒸腾自适应控制封闭式栽培

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温室水肥一体化营养液调控装备设计与试验

农业工程学报 2016年第8期32卷 27-32页

作者：袁洪波李莉王俊衡王海华 N.A.Sigrimis 河北农业大学机电工程学院保定071001 中国农业大学现代精细农业系统集成教育部重点实验室北京100083 希腊雅典农业大学农业工程系希腊雅典11855

针对当前温室生产中用水效率普遍较低、肥料使用量较高的问题,有必要对水肥一体化营养液调控及灌溉技术进行深入研究,探索适合中国具体情况的,低成本的水肥一体化营养液灌溉模式和相关农业装备。该文设计了一种水肥一体化营养液调控装备... 详细信息

针对当前温室生产中用水效率普遍较低、肥料使用量较高的问题,有必要对水肥一体化营养液调控及灌溉技术进行深入研究,探索适合中国具体情况的,低成本的水肥一体化营养液灌溉模式和相关农业装备。该文设计了一种水肥一体化营养液调控装备,根据营养液制备装置特点和制备过程,建立了营养液制备系统二阶数学模型,并利用增量式PID(proportion integration differentiation,比例-积分-微分)算法和改进Smith预估器对营养液的制备过程进行精确控制;利用EC传感器和p H传感器实时检测营养液的制备情况,并且通过驱动相应的继电器实现营养液的调控。试验结果表明,该水肥一体化营养液调控装备30 s左右可以进入营养液调控的稳定阶段(EC值误差在±0.1 m S/cm),系统达到规定的EC值的响应时间不超过60 s,使用该装备能够快速、精确的实现营养液的调控。

关键词：温室灌溉水肥水肥一体化营养液调控装备

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复合式吸肥装置结构设计与性能试验

农业机械学报 2016年第S1期47卷 280-284页

作者：穆永航李莉孟繁佳王俊衡 N Sigrimis 中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 中国农业大学农业部农业信息获取技术重点实验室北京100083 希腊雅典农业大学农业工程系希腊雅典11855

设计了一种新型复合式吸肥装置,并对其吸肥性能进行检测,与传统单文丘里管进行对比以验证其可行性。试验结果表明:在吸肥初始阶段,复合式吸肥装置喉部真空负压随进出口压力差的增大而降低,吸肥流量增大。吸肥流量随真空负压的绝对值增... 详细信息

设计了一种新型复合式吸肥装置,并对其吸肥性能进行检测,与传统单文丘里管进行对比以验证其可行性。试验结果表明:在吸肥初始阶段,复合式吸肥装置喉部真空负压随进出口压力差的增大而降低,吸肥流量增大。吸肥流量随真空负压的绝对值增大呈线性增大趋势;当进出口压力差达到0.28 MPa左右时,真空负压降到最低值而不再发生变化,与此同时吸肥流量达到最大值;与单文丘里管相比,复合式吸肥装置由于使用过程中压力损失及水头损失,其单管吸肥流量较单文丘里管吸肥流量略有减小,但由于吸肥管数的增加,吸肥量可成倍增加。因此,在复合式吸肥装置进口处调节进口压力变化,在0.02~0.28 MPa的正确进出口压力差工作区间下控制复合式吸肥装置,可达到精确施肥的目的。

关键词：复合式吸肥装置文丘里结构设计性能检测精确施肥

基于二次混合机构的营养液调控模型与PID算法实现

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农业工程学报 2016年第22期32卷 100-106页

作者：李莉王俊衡孟繁佳穆永航袁洪波王海华 N.Sigrimis 中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 中国农业大学农业部农业信息获取技术重点实验室北京100083 河北农业大学机电工程学院保定071001 希腊雅典农业大学农业工程系希腊雅典11855

封闭式栽培是解决中国日光温室传统栽培连作障碍问题的有效途径之一。营养液调控过程的性能指标是封闭式栽培模式的关键。该文针对一种具有二次混肥特性的营养液调控过程进行动态分析并建立模型,使用PID控制算法实现了营养液调控,并对... 详细信息

封闭式栽培是解决中国日光温室传统栽培连作障碍问题的有效途径之一。营养液调控过程的性能指标是封闭式栽培模式的关键。该文针对一种具有二次混肥特性的营养液调控过程进行动态分析并建立模型,使用PID控制算法实现了营养液调控,并对影响因素进行对比试验。试验结果表明,系统达到稳定的时间随出液流量的减小或营养液浓度之和的增大呈现减小的趋势;系统震荡持续时间与超调量随出液流量的减小或营养液浓度之和的增大呈现增大的趋势。由试验结果与分析可知,该带有二次混肥的封闭式栽培系统中最优的出液流量与营养液浓度之和分别为6 m3/h与200 g/L,在此状态下进行PID控制参数整定,得到系统在最优条件下稳定时间为100 s、超调量为3%、震荡持续时间为25 s。表明该带有二次混肥的封闭式栽培系统的营养液调控过程能使用PID算法进行调控,能使系统实现稳定、高效的运行。该研究为封闭式栽培的营养液调控提供了参考。

关键词：温室模型算法营养液调控封闭式栽培 PID 二次混肥机构日光温室

基于K-means聚类算法的草莓灌溉策略研究

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农业机械学报 2020年第1期51卷 295-302页

作者：李莉王宏康吴勇陈士旺王海华 SIGRIMIS N A 中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室北京100083 雅典农业大学农业工程系雅典11855

为进一步提高日光温室封闭式栽培下草莓灌溉水肥利用率,研究了基质含水率和温度影响下的草莓灌溉策略优化方法。采用土壤水分传感器对草莓果期基质含水率进行实时监测,通过对基质含水率随时间变化的规律分析,并结合日平均温度进行K-mean... 详细信息

为进一步提高日光温室封闭式栽培下草莓灌溉水肥利用率,研究了基质含水率和温度影响下的草莓灌溉策略优化方法。采用土壤水分传感器对草莓果期基质含水率进行实时监测,通过对基质含水率随时间变化的规律分析,并结合日平均温度进行K-means聚类分析,提出一种草莓优化灌溉策略。试验结果表明,灌溉第1阶段基质含水率快速上升,在灌溉结束时达到峰值,每次灌溉基质含水率平均提高21.5个百分点;第2阶段快速下降,在20 min内基质含水率平均下降3.5个百分点;第3阶段变化趋于平稳,在30 min内基质含水率平均下降1.2个百分点。在每个灌溉周期内,含水率呈线性下降趋势,在整个果期内,其斜率随日平均温度的升高逐渐增加,由0.0114增加至0.0365。研究结果表明,根据基质含水率变化和日平均温度区间进行定量灌溉,理论上果期每株草莓仅需要4.51 L水,可节水15.4%,该方法能有效提高水肥利用率,实现节水节肥。

关键词：草莓灌溉策略 K-means聚类算法基质含水率日平均温度水肥一体化

基于RF-GRU的温室番茄结果前期蒸腾量预测方法

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农业机械学报 2022年第3期53卷 368-376页

作者：李莉李伟耿磊李文军孙泉 SIGRIMIS N A 中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室北京100083 中国农业大学智慧农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 雅典农业大学农业工程系雅典11855

针对温室番茄无法按需灌溉问题,提出了随机森林(Random forest,RF)结合门控循环单元(Gated recurrent unit,GRU)神经网络的温室番茄结果前期蒸腾量预测方法,并开发了一套基于番茄蒸腾量的智慧灌溉系统。基于物联网实时获取数据,采用RF... 详细信息

针对温室番茄无法按需灌溉问题,提出了随机森林(Random forest,RF)结合门控循环单元(Gated recurrent unit,GRU)神经网络的温室番茄结果前期蒸腾量预测方法,并开发了一套基于番茄蒸腾量的智慧灌溉系统。基于物联网实时获取数据,采用RF算法对影响温室番茄蒸腾量的变量进行特征重要性排序,选取作物相对叶面积指数、温室内空气温度、相对湿度、光照强度、光合有效辐射、基质含水率和基质温度作为模型的输入变量,在此基础上,构建了基于GRU的番茄蒸腾量预测模型。试验结果表明:RF-GRU在番茄蒸腾量预测中具有准确的预测效果,决定系数(R^(2))、均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)分别为0.9490、10.96 g和5.80 g。同时,基于此模型进行指导灌溉相比于定时灌溉,在番茄长势基本相同的情况下,灌溉量降低了20%,可为实际生产提供参考。

关键词：温室番茄智慧灌溉蒸腾量预测随机森林门控循环单元

基于RF-GSO的温室番茄自适应调光系统设计与试验

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农业机械学报 2019年第B07期50卷 339-346页

作者：苏战战李莉李文军孟繁佳 SIGRIMIS N A 中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室北京100083 雅典农业大学农业工程系雅典11855

为满足温室番茄光环境的自适应调控,设计了基于RF-GSO(随机森林-萤火虫)模型的温室番茄自适应调光系统,实现温室中温度、CO2浓度、光照强度的实时采集,同时通过无线传感网络将信息传输到温室番茄自适应调光系统软件平台上,该平台可动态... 详细信息

为满足温室番茄光环境的自适应调控,设计了基于RF-GSO(随机森林-萤火虫)模型的温室番茄自适应调光系统,实现温室中温度、CO2浓度、光照强度的实时采集,同时通过无线传感网络将信息传输到温室番茄自适应调光系统软件平台上,该平台可动态显示实时环境参数,并能实现补光灯远程调控。采用RF-GSO算法对温室内番茄理想光照强度进行动态计算,并将其与传感器实测光照强度间的差值作为调控参数,实现温室内番茄光环境的自适应调控。试验结果表明,系统检测的光照强度与温室调光目标值的决定系数R2为0.955,均方根误差为2.168μmol/(m^2·s),系统丢包率为0.417%,说明基于RF-GSO的温室番茄自适应调光系统运行稳定、可靠。

关键词：番茄温室自适应调光随机森林-萤火虫算法无线传感网络

基于迁移学习的温室番茄叶片水分胁迫诊断方法

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农业机械学报 2020年第S01期51卷 340-347,356页

作者：赵奇慧李莉张淼蓝天 SIGRIMIS N A 中国农业大学农业农村部农业信息获取技术农业农村部重点实验室北京100083 中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 雅典农业大学农业工程系雅典11855

为实时诊断番茄叶片水分胁迫程度,提出一种叶片水分胁迫程度的诊断方法,该诊断方法包括2部分:叶片分割和水分胁迫程度分类。采用以ResNet101为特征提取卷积网络的Mask RCNN网络对背景遮挡的番茄叶片进行实例分割,通过迁移学习将Mask RCN... 详细信息

为实时诊断番茄叶片水分胁迫程度,提出一种叶片水分胁迫程度的诊断方法,该诊断方法包括2部分:叶片分割和水分胁迫程度分类。采用以ResNet101为特征提取卷积网络的Mask RCNN网络对背景遮挡的番茄叶片进行实例分割,通过迁移学习将Mask RCNN在COCO数据集上预训练得到的权重用于番茄叶片的实例分割,保留原卷积网络的训练参数,只调整全连接层。利用卷积网络提取的特征,可将番茄叶片分割视为区分叶片与背景的一个二分类问题,以此来分割受到不同水分胁迫的番茄叶片图像。利用微调后的DenseNet169图像分类模型进行叶片水分胁迫程度分类,通过迁移学习将DenseNet169在ImageNet数据集上预训练得到的权重用于番茄叶片水分胁迫程度的分类,保持DenseNet169卷积层的参数不变,只训练全连接层,并对原DenseNet169全连接层进行了修改,将分类数量从1000修改为3。试验共采集特征明显的无水分胁迫、中度胁迫和重度胁迫3类温室番茄叶片图像,共2000幅图像,建立数据集,并进行模型训练与测试。试验结果表明,训练后的Mask RCNN叶片实例分割模型在测试集上对于单叶片和多叶片的马修斯相关系数平均为0.798,分割准确度平均可达到94.37%。经过DenseNet169网络训练的叶片水分胁迫程度分类模型在测试集上的分类准确率为94.68%,与VGG19、AlexNet这2种常用的深度学习分类模型进行对比,分类准确率分别提高了5.59、14.68个百分点,表明本文方法对温室番茄叶片水分胁迫程度实时诊断有较好的效果,可为构建智能化的水胁迫分析技术提供参考。

关键词：温室番茄水分胁迫深度学习图像分割图像分类

日光温室水肥一体灌溉循环系统构建及性能试验

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农业工程学报 2014年第12期30卷 72-78页

作者：袁洪波程曼庞树杰李莉王海华 N.A.Sigrims 中国农业大学现代精细农业系统集成教育部重点实验室北京100083 河北农业大学机电工程学院保定071001 中国农业机械化科学研究院北京100083 希腊雅典农业大学农业工程系

现有生产型日光温室灌溉普遍采用沟灌或直接利用管道进行管道输水灌溉,营养施用为复合肥随水冲施方式,缺乏精确调控手段,肥水利用率低、环境污染严重。针对这一问题,设计了一种水肥一体灌溉循环利用系统,采用地面挖沟、沟内放置袋装基... 详细信息

现有生产型日光温室灌溉普遍采用沟灌或直接利用管道进行管道输水灌溉,营养施用为复合肥随水冲施方式,缺乏精确调控手段,肥水利用率低、环境污染严重。针对这一问题,设计了一种水肥一体灌溉循环利用系统,采用地面挖沟、沟内放置袋装基质进行无土栽培的种植方法;灌溉使用水肥一体滴灌方式;构建回收管路,收集过量的水肥并实现循环利用。为了检验系统性能,在同等条件下,进行了对比试验。结果表明,与传统土栽水肥不循环模式相比,水肥一体循环循环系统用水量是传统土栽模式的69.4%,水分利用效率是传统土栽模式的1.92倍。利用该系统不但避免了对环境的污染,提高了水分利用效率,而且实现了节水、节肥的目的。

关键词：温室灌溉基质水肥一体化节水