基于CAN总线的谷物产量快速计量系统研发（英文）

安晓飞; 孟志军; 武广伟; 李立伟; 魏学礼; 《农业工程学报 》 2015 EI 北大核心 CSCD

摘要：It depended on the spatial and temporal variation of soil and grain yield to implement precision agriculture.Grain yield monitoring on combine harvester was a cornerstone of precision fertilization.The intelligent grain yield monitoring system with the sensors and DGPS(differential global positioning system),which was loaded on the combine harvester,could get the different blocks’yield and produce the yield map.In this study,a new grain yield monitoring system based on CAN bus technology was developed.The system consisted of sensor unit,data acquisition unit,GPS module and LCD(liquid crystal display)terminal.The grain yield data were collected by the grain flow sensor,and processed by the signal condition circuit.And then the grain yield data and GPS signal were transmitted to the control unit by CAN bus.With the algorithm of grain yield conversion,all the collected data including real-time grain yield,harvest area and average grain yield were displayed on the LCD terminal.Flow sensor unit included grain yield flow sensor,force impact plate and mounting bracket.The sensor frame was mounted at the top of clean grain elevator of combine harvester.When the elevator paddles rotated around the sprocket,grain was propelled towards a flat impact plate.As grain momentum was lost in the subsequent collision with the impact plate,an effective force was measured by the impact parallel-beam load cell.Along with the calibration relationship between measured force and mass flow rate,the output of the impact parallel-beam load cell could indicate the flow rate of grain yield.Data acquisition unit included power conversion circuit,sensor signal acquisition circuit,analog-to-digital conversion circuit and CAN communication circuit.It could fulfill data acquisition function,CAN communication function and interrupt handling function.LCD terminal had the function of sensor detection,the function of GPS information collection,parameter calibration,data display and storage.It could display the real-time grain yield,total yield,average yield and harvest area.In order to evaluate the grain yield monitoring system,3 experiments which included static performance experiment of grain yield flow sensor,platform test experiment of grain yield monitoring system and dynamic performance experiment on combine harvester were carried out.The result of platform test experiment showed that the system error between predicted yield and measured yield was less than 3%and the system could avoid the effect of vibration from the platform effectively.Field dynamic experiment showed that the system error was less than 5%.Both the experimental results indicated that the grain yield monitoring system could satisfy the need of practical production.

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外源微生物对苦参基质化发酵腐熟效果的影响

冯海萍; 曲继松; 杨冬艳; 张丽娟; 郭文忠; 《农业机械学报 》 2015 EI 北大核心 CSCD

摘要：为探讨外源微生物对苦参枝屑基质化发酵堆体腐熟效果的影响,采用随机区组设计,以干燥鸡粪为氮源,进行接种外源微生物对苦参枝屑基质化发酵过程中发酵性能参数的影响试验。结果表明:接种粗纤维降解菌和纤维素类酶制剂堆体升温速度显著快于对照,高温持续时间较长(高于50℃,均达到5 d),苦参堆体腐熟时间缩短;至堆体结束后接种粗纤维降解菌和纤维素类酶制剂堆体TOC分别下降了8.52%和8.01%,碳氮比分别降低5.35%和5.00%,纤维素质量分数分别下降了3.31%和3.29%,半纤维素降解率分别下降了2.89%和2.93%,木质素分别下降了2.01%和1.98,总氮分别增加了18.2%和16.1%,总磷分别增加了19.0%和18.5%,总钾分别增加了48.1%和49.1%,加速了苦参基质有机质的分解和纤维素降解,提高了堆肥腐熟进程中的总氮、总磷和总钾含量,保证了腐熟后的肥力;接种粗纤维降解菌和纤维素类酶制剂堆体容重分别增加了6.10%和9.20%,总孔隙度分别增加了9.28%和9.90%,持水孔隙度分别增加了4.83%和6.09%,腐熟后的各项理化指标均符合理想基质的要求;小白菜和黄瓜种子发芽指数均达到85%以上,有效消除了苦参腐解产物的毒害作用。接种粗纤维降解菌和纤维素类酶制剂堆体的发酵性能参数间无显著差异,综合基质发酵温度、腐熟周期及基质保护作物根系生长及固定植株的功能对基质各项理化性质的要求,接种粗纤维降解菌和纤维素类酶制剂对苦参基质堆体基质化促进效果较优。

关键词： 微生物菌剂 苦参基质 发酵 基质养分 腐熟指标

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基于方向一致性特征的小麦条锈病与白粉病识别方法

郭青; 王骊雯; 董方敏; 聂臣巍; 孙水发; 王纪华; 《农业机械学报 》 2015 EI 北大核心 CSCD

摘要：针对小麦条锈病、白粉病这2种病斑颜色特征相近、形状特征不明显,但在方向分布的一致性上却存在较大差别这一特点,提出了一种方向一致性描述方法。通过不同的方向核与图像卷积得到多个方向图和边缘,对每个方向图依据边缘图进行统计得到图像的方向分布直方图;并计算方向分布直方图的标准差,作为图像方向分布的一致性特征。该方法能够较好地抑制噪声影响,得到的结果符合图像的实际分布情况。利用该方法对小麦病斑进行特征提取,并应用于小麦条锈病与白粉病的病斑识别实验中。实验结果表明,所提出的方向一致性特征使条锈病与白粉病的区别度较大,准确识别率达到99%。

关键词： 小麦 条锈病 白粉病 病斑识别 特征提取 方向一致性特征

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基于差分的土壤墒情自动监测数据误差修正方法

郝星耀; 冯仲科; 赵春江; 李淑华; 高秉博; 《农业工程学报 》 2015 EI 北大核心 CSCD

摘要：土壤墒情自动监测设备能够快速、高效、连续地观测土壤墒情数据,但由于受安装调试水平、设备自身状态、以及田间环境变化的影响,在长期连续监测中输出数据的准确性和稳定性会逐渐降低,不利于墒情监测业务的开展。本文以北京市昌平区土壤墒情的人工和自动同步观测数据为基础,通过分析土壤墒情自动监测数据的误差特点,构建了一元一次、一元二次和一元三次差分方程对自动监测数据进行误差修正,并对修正后的误差特征进行分析。结果表明:经过差分修正后,20 cm深度的绝对误差均值减小了34%和24%,40 cm深度的绝对误差均值减小了67%和54%,自动监测数据误差显著下降;3种差分方程中线性差分方程表现最优;修正后的误差统计特性符合简单随机误差,可以通过求算数平均数的方法进一步降低误差。通过差分方法来修正自动监测数据简单易行,能有效的提高自动监测数据精度,充分能够发挥人工和自动监测的优势,提高监测体系整体性能。

关键词： 土壤 墒情 误差分析 自动监测 误差修正 差分方程

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枸杞枝条基质化发酵工艺及参数优化

冯海萍; 杨志刚; 杨冬艳; 曲继松; 王春良; 郭文忠; 《农业工程学报 》 2015 EI 北大核心 CSCD

摘要：为探讨枸杞枝条最优基质化发酵工艺及参数优化。试验采用正交设计,以枸杞枝条为主要原料,干燥鸡粪、油饼和尿素为氮源,粗纤维素降解菌、EM复合益菌和BM复合益菌为接种外源微生物,研究了碳氮比、微生物菌剂、氮源类型及氮源配比对枸杞枝条发酵性能参数(温度、碳素、氮素、容重、孔隙度和种子发芽指数等)的影响。结果表明,调整碳氮比为30:1、接种粗纤维素降解菌、添加油饼氮源、氮源配比为3:1的处理有利于堆体保持较长时间的高温(>50℃,分别达到12、13、12和12 d,>55℃,达到8、9、9和7 d),可缩短枸杞枝条腐熟的时间;碳氮比、微生物菌剂和氮源类型对总有机碳、C/N值降低有显著性作用,碳氮比、氮源类型及氮源配比对全氮和硝态氮值增加有显著性作用,对铵态氮的变化无显著性作用;碳氮比、微生物菌剂、氮源类型及氮源配比对基质容重、总孔隙度、持水孔隙和通气孔隙的变化均无显著性影响,对枸杞枝条基质腐熟参数影响均有显著性作用,对种子发芽指数的影响主次顺序为:碳氮比>氮源配比>微生物菌剂>氮源类型。综合考虑,枸杞枝条最优基质化发酵工艺组合为,调整碳氮比为30:1、接种粗纤维降解菌、添加鸡粪或油饼氮源、氮源配比为3:1。利用发酵将枸杞枝条生产为园艺基质不仅解决了农业废弃物的循环利用点问题,而且还为补充或替代不可再生的园艺草炭基质生产提供了原料的来源和降低基质栽培的成本,具有一定的研究价值和现实意义。

关键词： 发酵 优化 基质 枸杞枝条 基质碳素 基质氮素

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融合多源遥感数据生成高时空分辨率数据的方法对比

石月婵; 杨贵军; 李鑫川; 宋健; 王纪华; 王锦地; 《红外与毫米波学报 》 2015 EI SCI 北大核心 CSCD

摘要：融合多源遥感数据生成高时空分辨率数据具有重要的应用价值.对目前常用的3种时空融合方法进行对比分析,即基于时序数据(STIFM)、基于混合像元分解(STDFM)和增强型自适应遥感图像(ESTATFM)的时空融合方法.以盈科灌区为例,由多时相的MODIS数据提取地物的时间变化信息,结合初期的ASTER/TM影像的空间信息,融合生成30 m具有MODIS时间分辨率的数据.以真实的ASTER数据为基准,从光谱特征和地物类别的角度定量评价结果,表明STDFM和ESTATFM分别在红波段和近红外波段取得效果最优,相关系数分别为0.91和0.71,3种方法融合的NDVI效果基本相当,相关系数均高于0.84.在地物类别空间信息的表达方面,ESTATFM方法在异质性较强的玉米和小麦区域具有较好的适用性.

关键词： 多源遥感数据 数据融合 高时空分辨率 混合像元分解

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基于Web的自动灌溉控制系统数据实时推送设计与开发

李淑华; 郝星耀; 周清波; 潘瑜春; 《农业工程学报 》 2015 EI 北大核心 CSCD

摘要：基于Web的自动灌溉控制系统是当前农业节水信息技术发展的主流趋势,为了提供定制灌溉控制方案和精准的用水计量,系统需要较高的数据传输实时性能,而基于Web的应用程序在实时性上表现较差,难以满足应用需求。针对这一问题,该文首先分析了基于Web的自动灌溉控制系统的结构和数据传输实时性瓶颈,提出了通过数据推送模式提高实时性的方案,并对数据层与逻辑层、逻辑层与表现层之间的具体数据推送模式进行了设计。通过编程开发完成基于Web的灌溉控制系统的构建,实现了数据实时推送的机制,并对系统数据采集和控制指令发送过程的实时性进行测试。结果表明:数据采集平均延时为1 676 ms,控制数据从发送到结果返回的平均延时为3 378 ms,基本能够满足其设备控制和灌溉决策的需要;软件系统内采集和控制过程的数据库至客户端数据传输的平均延时分别为124和118 ms,消除了数据拉取模式中的延时因素,对提高系统实时性起到了重要作用。该研究为基于Web的实时监测与控制系统的开发提供了方法参考。

关键词： 灌溉 数据采集 设计 灌溉控制 实时 数据推送 观察者模式

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基于小波变换的便携式X射线荧光光谱仪检测模型的建立与改进

李芳; 王纪华; 陆安祥; 韩平; 《光谱学与光谱分析 》 2015 EI SCI 北大核心 CSCD

摘要：应用便携式X射线荧光光谱仪对土壤中Cr,Cu,Zn,As,Pb等重金属含量进行检测,每个样品扫描检测3次,利用小波阈值滤噪的方法对所测谱线进行光滑去噪处理后,根据土壤重金属的标准值和相应的计数率(取三次处理后检测谱线的平均值)建立各重金属的标准曲线。运用小波阈值滤噪方法时,为确定最佳的小波基和小波分解层数,以信噪比(SNR),均方根误差(MSE)和信息熵(H)作为评估指标评价降噪效果。为验证仪器的稳定性,根据土壤样品中重金属浓度的不同挑选部分样品并同时选用H3BO3(空白对照)进行重测。结果表明:运用小波变换方法时,选取coif3小波基对谱线进行三层分解,取得了最佳的去噪效果;建立好模型后,仪器的决定系数R2范围是0.990~0.996,表明在0~1 500mg·kg-1范围内,土壤样品中各重金属元素含量与X射线荧光光谱特征峰强度之间的线性关系良好;经过重复检测和计算得知仪器的检出限均低于国家一级土壤标准。将小波变换的方法实际运用到X射线荧光光谱仪检测模型的建立与改进中,有效的提高了模型的准确性,同时经验证,仪器具有良好的精密度,可运用于实际土壤重金属污染的现场快速筛查。

关键词： X射线荧光光谱仪 重金属 小波阈值滤噪

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京津冀地区县域农产品生产功能的时空格局及耦合特征

刘玉; 唐林楠; 潘瑜春; 唐秀美; 任艳敏; 《农业工程学报 》 2015 EI 北大核心 CSCD

摘要：为了揭示京津冀地区县域农产品生产功能的空间格局、演化趋势及耦合特征,该研究构建包括县域种植业生产、林果生产、畜禽产品生产和水产品生产的农产品生产功能评价模型,并借助空间探索性数据分析技术进行系统分析。研究结果表明:12000-2013年,京津冀地区县域农产品生产功能呈现规律性分布,平原区种植业生产功能较强;市辖区周边县域的畜禽产品生产功能较强;低山丘陵区林果生产功能较强;水产品生产强功能区则分布于东部沿海一带。研究期间,京津冀地区县域农产品生产功能整体提升。22000-2013年间,县域种植业生产功能和畜禽产品生产功能集聚效应略有减弱,水产品生产功能的集聚效应基本不变,林果生产功能的集聚效应增强,农产品综合生产功能同质集聚特征显著。3种植业生产功能呈现明显的正向时空相关性,且二元化结构显著;畜禽产品生产功能与种植业生产、林果生产功能呈现显著的正向耦合性,且耦合性在增强。建议各县域结合农产品生产功能现状及功能间的耦合性差异,合理调整农业生产结构及布局,促进京津冀地区农产品生产功能的协同发展。

关键词： 农产品 模型 耦合 时空格局 空间探索性数据分析 京津冀地区

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基于土地消纳粪便能力的畜禽养殖承载力

潘瑜春; 孙超; 刘玉; 唐秀美; 任艳敏; 《农业工程学报 》 2015 EI 北大核心 CSCD

摘要：为了评估北京市平谷区畜禽养殖承载潜力及其污染潜势,该文针对生态涵养区果园占农用地比例大这一特点,参考欧洲标准和相关文献设定了耕地和果园的氮(磷)限量标准,并分析平谷区及其各乡镇耕地和果园对畜禽养殖的承载潜力。结果表明:1)全区农用地平均粪便负荷为16.7 t/hm2,低于30 t/hm2的国家标准,果园对粪便的负荷占农用地总负荷量的66.42%,是最主要的消纳畜禽粪便的载体;2)全区尚有一定的畜禽承载潜力,以氮、磷计分别为6.25万头猪当量和9.48万头猪当量,但各乡镇承载潜力差异显著,兴谷等8个乡镇属于过量承载,具有很高的污染风险,而大华山等9个乡镇仍有较大的承载潜力。研究结果可为平谷区养殖业布局调整、环境污染治理和畜禽粪便资源化利用等决策提供支持。

关键词： 畜禽粪便 污染 氮 磷 生态涵养区 畜禽养殖 承载潜力

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