本文選題：精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)　切入點：變量施肥　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：變量施肥技術(shù)是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的核心技術(shù)之一,是一種根據(jù)土壤肥力和作物需求,實現(xiàn)定時、定位、按需投入肥料的新型技術(shù)體系和生產(chǎn)模式。發(fā)展變量施肥技術(shù)是為了提高化肥利用率,減少因不合理的施肥造成的生態(tài)環(huán)境破壞,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。國外變量施肥研究起步較早,已形成比較成熟的技術(shù)體系,開發(fā)了一些用于生產(chǎn)的變量施肥應(yīng)用系統(tǒng)。近年來中國在變量施肥技術(shù)研究上取得一些成果,但是變量施肥應(yīng)用發(fā)展緩慢,因此研究適用于我國實際需要的、低成本的變量施肥系統(tǒng),構(gòu)建與中國實際需要相適應(yīng)的變量施肥技術(shù)體系和技術(shù)框架具有重要意義。本文以外槽輪式排肥器為主要研究對象,針對其模型特點,對排肥量和排肥器結(jié)構(gòu)參數(shù)關(guān)系進(jìn)行分析建模,研究變量施肥的相關(guān)控制參數(shù),得到兩種可用于外槽輪式排肥器的變量施肥控制策略：調(diào)節(jié)外槽輪有效工作長度的控制策略和調(diào)節(jié)外槽輪與施肥機(jī)地輪傳動比的控制策略�；谶@兩種控制策略分別進(jìn)行變量施肥應(yīng)用系統(tǒng)的探索。本文以搭載外槽輪式排肥器的庫恩氣吸式點播機(jī)和約翰迪爾1910種肥車為機(jī)械平臺,分別闡述兩種控制變量施肥的控制策略進(jìn)行變量施肥系統(tǒng)設(shè)計的一般方法。根據(jù)施肥機(jī)械結(jié)構(gòu)以及測試實驗數(shù)據(jù),推理變量施肥關(guān)系模型,配合對施肥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的精確控制,完成變量施肥硬件系統(tǒng)的構(gòu)建。基于Android+ArcGIS框架構(gòu)建嵌入式車載控制終端軟件平臺,設(shè)計基于處方圖的變量施肥軟件系統(tǒng),實現(xiàn)變量施肥工作流程和工作狀態(tài)的可視化。為了實現(xiàn)空間網(wǎng)格的離線識別,給出兩種空間網(wǎng)格離線識別方案,并提出了一種分層嵌套式的網(wǎng)格識別方法,解決網(wǎng)格識別效率低的問題。采用ZigBee技術(shù)實現(xiàn)嵌入式車載控制終端軟件系統(tǒng)與變量施肥控制器之間的無線通信,避免農(nóng)機(jī)布線的不便。本文對基于空間變異數(shù)據(jù)的變量施肥處方圖的生成進(jìn)行研究,通過對實驗地塊進(jìn)行土壤采樣檢測,獲得土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù),應(yīng)用Shapiro-Wilk檢驗、Q-Q圖和直方圖對土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗并對土壤空間相關(guān)性和變異性進(jìn)行分析,插值生成土壤養(yǎng)分空間分布圖。利用自主開發(fā)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)量數(shù)據(jù)采集器對作物產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,通過誤差處理、插值后生成產(chǎn)量空間分布圖。利用土壤養(yǎng)分-目標(biāo)產(chǎn)量施肥模型生成基于地塊網(wǎng)格單元的施肥處方圖。對基于調(diào)節(jié)外槽輪有效工作長度的變量施肥系統(tǒng)進(jìn)行施肥均勻性評估和變量調(diào)整響應(yīng)時間分析,結(jié)果表明系統(tǒng)具有較好的施肥均勻性,且變量調(diào)節(jié)響應(yīng)速度滿足設(shè)計需求；對基于調(diào)節(jié)外槽輪和地輪轉(zhuǎn)速比的變量施肥系統(tǒng)進(jìn)行施肥校準(zhǔn)實驗并對變量施肥控制器的控制誤差進(jìn)行分析,結(jié)果表明系統(tǒng)能夠滿足變量施肥作業(yè)的需求。
[Abstract]:Variable rate fertilization technology is one of the core technologies of precision agriculture. It is a new technology system and production mode which can realize timing positioning and input fertilizer according to soil fertility and crop demand.The purpose of developing variable rate fertilization technology is to improve the utilization rate of chemical fertilizer, reduce the ecological environment damage caused by unreasonable fertilization, and realize the sustainable development of agricultural production.The research on variable rate fertilization in foreign countries started early and has formed a mature technical system. Some application systems of variable rate fertilization for production have been developed.In recent years, some achievements have been made in the research of variable rate fertilization technology in China, but the application of variable rate fertilization has developed slowly. Therefore, the study is suitable for the low cost variable rate fertilization system, which is needed in our country.It is of great significance to set up a variable-variable fertilization technology system and a technical framework adapted to the actual needs of China.According to the characteristics of the model, the relationship between the quantity of fertilizer discharge and the structural parameters of the device is analyzed and modeled, and the related control parameters of variable rate fertilization are studied.Two kinds of variable rate fertilization control strategies can be used in the external groove wheel row fertilizer device: the control strategy to adjust the effective working length of the outer groove wheel and the control strategy to adjust the drive ratio between the outer slot wheel and the ground wheel of the fertilizer application machine.Based on these two control strategies, the application system of variable rate fertilization was explored.In this paper, based on Kuhn air-sucking on-demand seeder and 1910 kinds of fertiliser with outer grooves as the mechanical platform, the general methods of designing variable rate fertilization system based on two control strategies of variable rate fertilization are described respectively.According to the mechanical structure of fertilization and the experimental data, the relationship model of variable rate fertilization is deduced, and the hardware system of variable rate fertilization is constructed with the precise control of the fertilizer executing mechanism.Based on Android ArcGIS framework, an embedded vehicle control terminal software platform is constructed, and a variable rate fertilization software system based on prescription diagram is designed to realize the visualization of variable rate fertilization workflow and working state.In order to realize off-line recognition of spatial meshes, two off-line recognition schemes of spatial meshes are presented, and a hierarchical and nested mesh recognition method is proposed to solve the problem of low efficiency of grid recognition.The wireless communication between the embedded vehicle control terminal software system and the variable fertilizer controller is realized by using ZigBee technology to avoid the inconvenience of agricultural machinery wiring.In this paper, the generation of variable fertilizer prescription map based on spatial variation data was studied. Soil nutrient data were obtained by soil sampling and detection of experimental plots.The Shapiro-Wilk test Q-Q and histogram were used to test the normal distribution of soil nutrient data, the spatial correlation and variability of soil were analyzed, and the spatial distribution map of soil nutrient was generated by interpolation.The crop yield data were collected by using the self-developed precision agricultural yield data collector. The spatial distribution map of crop yield was generated by error processing and interpolation.Fertilizer prescription map based on grid unit was generated by soil nutrient-target yield fertilization model.The variable rate fertilization system based on adjusting the effective working length of external grooves is evaluated and the response time of variable adjustment is analyzed. The results show that the system has better fertilization uniformity and variable adjusting response speed meets the design requirements.The variable rate fertilization system based on adjusting the ratio of external groove wheel and ground wheel speed is calibrated and the control error of variable rate fertilization controller is analyzed. The results show that the system can meet the demand of variable rate fertilization operation.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S147;TP273

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本文編號：1719634