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《中国农业大学》 2003年
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农田谷物产量空间分布信息采集、处理与系统集成技术研究

张漫  
【摘要】: 本研究是在“现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室(中国农业大学)”,精细农业研究中心和“中国农业大学信息与电气:正程学院农业电气化与自动化国家级重点学科”所提供的研究环境与物质保障下完成的。国家发展计划委员会与北京市政府批准立项的“高技术产业化示范工程项目北京精准农业示范工程(编号A00300100584)”为课题研究提供了经费支持和田间试验条件。 获取农作物小区产量信息,建立产量分布图,是实施精细农业的重要基础。本文以消化、吸收美国CASE IH公司AFS(Advanced Farming System)产量监测系统为切入点,开展了四个季节的测产试验,讨论了产量数据的分析方法和处理结果,提出了在产量数据处理中减少误差提高产量图精度的方法,并设计开发出具有产量数据处理和产量图生成功能的产量图生成软件系统。本文研究的内容主要包括以下五个方面: 1.通过使用带有AFS产量监测系统的联合收割机进行小麦、玉米和大豆收获试验,深入了解了产量监测系统的组成及工作原理,并获得了四个收获季节的产量数据。试验结果表明,对于产量监测系统中的谷物流量和含水率传感器,可通过标定来有效的减小测量误差;割幅宽度传感器目前还在试验阶段,靠人工方式识别割幅宽度误差较大。 2.产量分布图所提供的信息必须具有足够的精度。为保证产量分布图的精度,探讨了产量数据中包含的粗大误差、系统误差和随机误差的判别方法,并主要对割幅宽度设置误差、填充时间误差和延迟时间误差的产生规律、在原始数据中所占的比例以及对产量分布图的影响进行了详细分析。分析结果表明,对误差数据剔除后,并不需要对误差数据点进行补偿;误差处理后的产量分布图,奇异点显著减少,平滑性与聚类性得到了明显改善。 3.分析了产量数据的时间变异性,并据此提出了一种划分农田管理区域图的方法。根据农田管理区域图,连续多年产量比较稳定的区域(包括稳定低产、中产和高产区),其产量提高潜力较小;而对于产量不稳定的区域,需要深入的从土壤物理和化学特性、以及施肥、播种等情况来分析原因,通过改善管理来提高作物产量。 4.设计并开发了具有自主知识产权的产量数据处理及产量分布图生成系统-YMapper软件。测试与实际应用表明,这一系统中的空间数据插值、误差产量数据过滤、坐标系建立、产量数据统计分析、分类、着色,以及图形绘制等方法具有实用价值。该系统运行稳定,功能设置合理,能够作为一种通用软件工具用于我国精细农业中产量数据处理与产量分布图生成技术的集成系统中。 5.提出了一种谷物联合收割机产量监测系统的设计思想,并对关键技术问题,主要包括:产量监测系统中各传感器的类型选择;综合误差分配;显示终端的设计与开发;产量测量滞后时间和产量计算模型的确定等进行了分析。初步的田间试验表明,这一设计思想基本可行,目前正用于国家“十五”科技攻关计划子课题中,进一步接受试验考核。
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