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《吉林大学》 2004年
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精确农业变量施肥精度研究

张勇智  
【摘要】:精确农业(精准农业,Precision Agriculture or Precision  Farming)是近年来国际上农业科学研究的热点领域。作为信息农业的一 种表现形式或组成部分,是近年来美国、加拿大、英国等发达国家正热衷 研究和探讨的未来农业的代名词。精确农业的核心是GPS、GIS、RS支持下 的精确定位与变量投入作业。  随着精确农业技术的发展,变量施肥技术的研究与应用也越来越引 起人们的注意。土壤养分存在明显的变异是变量施肥研究的出发点和依 据,传统的施肥方法往往选取一片面积较大的农田(如一个自然村的全部 农田)进行采样和测土,进而计算该片农田的施肥量,这种方法忽视了土 壤养分分布的时空变异,容易造成肥力低的土壤施肥不足,而肥力高的土 壤施肥过量。事实上土壤是“一步三变土”,即使在一块较小的农田里, 土壤肥力也是变化的、非均一的。  精确农业中的变量施肥技术的应用是指根据田块的不同要求,有针 对性地撒施不同配方及不同量的混合肥的实时控制技术。根据空间差异性 的分布,因地制宜,把大块农田细化为小块农田,针对小块农田进行采样、 测土和决策,按需要变量调整化肥使用,从而达到减少投入,增加产量, 提高农资利用率,减少环境污染的目的。可见为取得良好的经济效益和环 境效益,适应不同地区、不同作物、不同土壤和不同作物生长环境的需要, 变量处方施肥是未来施肥的发展方向。  在变量施肥技术系统中变量施肥机的作业精度对变量施肥的实施效 果有着至关重要的影响。经过施肥决策,不同田块单元对应不同的施肥量 -78- WP=84 摘要  而不是过去的所有单元都采用同一施肥量,最终达到减少投入和提高作业 经济性。但是如果施肥机的控制精度不能保证,必然又造成肥料浪费,使 精确农业体系的“精确”的概念失去意义。可见,研究变量施肥机的作业 施肥精度具有重要的意义。  本文的研究是吉林省科委项目:精确农业自动变量施肥技术的研究 (课题编号 20000201-3-1)的一部分。该项目的研究内容包括:建立吉 林省中部相关耕地土壤养分地理信息数据库; 建立吉林省中部相关耕地 施肥专家系统;GPS 定位精度研究,以达到准确定位操作单元;建立自动 变量施肥系统;自动变量施肥机研究。签订的技术指标施肥量 80-400 公 斤/公顷,无级调节,误差不大于 8%。对施肥系统施肥精度的研究是本 文研究的重点。本文的研究同时受到吉林省农业开发办公室项目“吉林省 榆树市变量施肥技术试验与示范”的资助。变量施肥技术是精确农业的重 要组成部分,也是发达国家研究较为成熟的部分,本文的研究对在我国发 展精确农业以及农业的可持续发展都具有积极意义。 本文的主要工作有: 1、系统地介绍了精确农业的概念、技术组成,分析了精确农业在国 内外的研究方法和现状以及变量施肥的意义。 2、介绍了本文研究的变量施肥系统的组成及变量施肥控制原理,重 点介绍了与本文研究关系密切的 GPS 系统以及变量控制系统。 3、分析了本研究中的施肥原理以及可能影响施肥量、施肥精度的主 要因素。 4、通过在模拟田间作业的土槽试验台对施肥机的性能测试和数据的 深入分析,从标定控制曲线入手,提高控制精度;通过对排肥器排肥精度 的测试与试验分析,提出提高排肥精度的措施,并经过试验验证,使排肥 器的性能得到改善,找出排肥器精度分布的曲线;对影响施肥精度的速度 -79- WP=85 吉林大学硕士学位论文  因素,设计两种类型速度传感器:角度数字编码器和接近开关测速传感器, 研究两种传感器对施肥精度的影响;通过模拟田间试验的实验室土槽试验 考查打滑率在变量施肥作业中的影响。 分析GPS定位、测速原理,深入分析GPS测速精度。GPS测速大致有3 种方法:第一是基于GPS高精度定位结果,通过位置差分获取速度;第二 是利用原始多普勒观测值直接计算速度;第三是利用载波相位中心差分所 获得的多普勒观测值来计算速度。这3 种方法之间有一定的联系,都源于 速度的数学定义公式。不过由于计算思路不同,所利用的观测量也不同,部 分方法还作了不同程度的近似假设,所以它们所确定的速度的精度也不 同。位置中心差分法、载波相位中心差分法只有在载体作匀速运动时才成 立,所以它们的测速精度不仅与载波相位观测值的精度有关,而且还受到 载体运动状态的影响。如果载体运动不符合匀速运动,其速度精度必定受 影响,而且速度变化越大,速度测量误差就越大。载体作非匀速运动, 对位 置中心差分法测速的影响要大于载波相位中心差分。载体匀速运动时,位 置差分和载波相位中心差分确定的速度的精度基本相同,但稍优于原始多 普勒观测值所确定的速度的精度均达到mm/s级精度。载体非匀速运动时 载波相位中心差分法和位置中心差分法分别达到厘米/秒级和分米/秒级精 度提出采用GPS速度代替地轮速度传感器。通过田间施肥精度检测验证 GPS测速对施肥精度的影响。 分析引起变量施肥机在低施肥量时排肥精度差的因素。主要是由于 步进电机的低频特性的影响
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:S147

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前6条
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2 刘文洋;基于GPS/DR组合定位技术的变量施肥控制系统研究[D];东北农业大学;2011年
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5 胡侃;基于μC/OS-Ⅱ的嵌入式农田信息采集系统的研究与设计[D];湖南农业大学;2011年
6 怀宝付;基于神经网络的变量施用颗粒肥控制系统研究[D];黑龙江八一农垦大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 郭宽伟;岑国平;马文轩;李强;;ArcGIS在机场土方计算中的应用分析[J];四川建筑科学研究;2012年01期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 张雷;李刚;孟庆江;刘少杰;张欣卉;;GIS技术应用在找矿预测中的历史趋势及主要功能分析[A];河南地球科学通报2008年卷(下册)[C];2008年
3 张宗可;许矿华;陈鹏;;TIN的生成方法与应用研究[A];河南地球科学通报2010年卷(下册)[C];2010年
4 唐丹;蒙祥达;吕健春;;越南昆江水电站首级平面施工控制网的建立[A];全国测绘科技信息网中南分网第二十三次学术交流会论文集[C];2009年
5 袁玏;;基于ArcIMS的房产信息发布系统的设计研究[A];全国测绘科技信息网中南分网第二十五次学术交流会论文集[C];2011年
6 单红全;曹正玉;;全站仪与RTK相结合在全野外数字测图中的应用[A];江苏省测绘学会2011年学术年会论文集[C];2011年
7 陈飞宇;;无人驾驶飞机在四川国土资源管理中的应用[A];2011四川省水文、工程、环境地质学术交流会论文集[C];2011年
8 张子昂;韩兴伟;;SLR共视法精确测定导航卫星转发器时延[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
9 胡彩波;赵金贤;李莘;;提高导航电文注入及更新频度对系统服务性能影响分析[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S02卫星导航信号体制及兼容与互操作[C];2012年
10 高成发;陈伟荣;;基于星间差分的GPS精密单点定位技术研究[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S03精密定轨与精密定位[C];2012年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴启涛;城市抗震防灾规划空间决策支持系统研究[D];中国海洋大学;2010年
2 刘文全;基于GIS的海上石油平台溢油应急决策支持系统结构与应用研究[D];中国海洋大学;2010年
3 蒋鼎国;无线传感器网络农业信息监控系统设计与数据融合研究[D];江南大学;2010年
4 李先锋;基于特征优化和多特征融合的杂草识别方法研究[D];江苏大学;2010年
5 苏斌;GIS支持下的城市地价空间分布与土地集约利用研究[D];解放军信息工程大学;2010年
6 叶修松;机载激光水深探测技术基础及数据处理方法研究[D];解放军信息工程大学;2010年
7 吴富梅;GNSS/INS组合导航误差补偿与自适应滤波理论的拓展[D];解放军信息工程大学;2010年
8 王忠军;基于GIS的智能高速公路管理关键技术研究与实现[D];解放军信息工程大学;2009年
9 吕志伟;基于连续运行基准站的动态定位理论与方法研究[D];解放军信息工程大学;2010年
10 贾奋励;电子地图多尺度表达的研究与实践[D];解放军信息工程大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 宋东峰;基于WebGIS的矿井瓦斯地质信息网络管理技术与应用[D];河南理工大学;2010年
2 黄鹏;市级大地水准面精化的研究与应用[D];山东科技大学;2010年
3 黄昆学;GPS激光测距系统的算法研究及实现[D];山东科技大学;2010年
4 谷守周;GPS/GALILEO完备性算法研究及软件实现[D];山东科技大学;2010年
5 高峻;地壳高程方向周年运动特征的监测与研究[D];山东科技大学;2010年
6 单瑞;基于GPS单点测速的海浪及潮位测量应用研究[D];山东科技大学;2010年
7 薛军琛;中国地区电离层延迟函数模型建立与精度估计[D];山东科技大学;2010年
8 王晨亮;基于工作流的资源环境建模框架的设计与实现[D];山东科技大学;2010年
9 益鹏举;低轨遥感卫星精密定轨研究[D];山东科技大学;2010年
10 董燕;精准定位变率施肥播种免耕机的研究[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 朱明;熊元;吴亚雄;章伟雄;;探讨精准农业技术在中国农业发展中的作用[J];安徽农业科学;2008年25期
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9 卢凌霄;周应恒;;农产品批发市场现状及发展趋向[J];商业研究;2010年02期
10 胡晓波;李开成;刘建锋;杜振波;;基于μC/OS-Ⅱ的电力负荷控制终端的设计与实现[J];船电技术;2007年01期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 周旭;樊文有;鲁雷;;3S在农业测土施肥上的应用[A];第四届海峡两岸GIS发展研讨会暨中国GIS协会第十届年会论文集[C];2006年
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中国重要报纸全文数据库 前1条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘刚;支持精细农业实践的农田空间分布信息处理的方法与试验研究[D];中国农业大学;2001年
2 张淑娟;基于GPS和GIS的精细农业田间信息采集和处理方法的研究[D];浙江大学;2003年
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4 李应博;我国农业信息服务体系研究[D];中国农业大学;2005年
5 吴才聪;精确农业变量施肥决策研究与技术经济分析[D];吉林大学;2003年
6 吕红丽;Mamdani模糊控制系统的结构分析理论研究及其在暖通空调中的应用[D];山东大学;2007年
7 叶涛;精准农业的农田信息采集系统研究与开发[D];中国农业科学院;2006年
8 陈然;我国高等农林本科院校发展问题研究[D];厦门大学;2008年
9 李迎春;中国农业氧化亚氮排放及减排潜力研究[D];中国农业科学院;2009年
10 王熙;精准农业大豆变量施肥控制技术研究[D];黑龙江八一农垦大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙广孟;基于PAC的神经网络PID控制的方法研究[D];大连理工大学;2010年
2 孙裔鑫;基于模糊PID算法的变量施用颗粒肥控制系统研究[D];黑龙江八一农垦大学;2011年
3 刘文洋;基于GPS/DR组合定位技术的变量施肥控制系统研究[D];东北农业大学;2011年
4 余晓波;农田信息获取系统设计及其在精准农业中的应用[D];中国科学技术大学;2011年
5 郝鹏飞;精确农业实践中农田土壤养分空间变异性研究[D];河北农业大学;2002年
6 张靖;步进电机细分驱动器的研究[D];河北农业大学;2003年
7 陈素珊;基于GPS的农田信息采集技术及提高使用精度的研究[D];浙江大学;2003年
8 居向明;GPS在路桥工程测量中的应用[D];中国人民解放军信息工程大学;2003年
9 陈美娥;单体液压支柱智能跟踪管理系统[D];山东科技大学;2003年
10 栾家辉;车载GPS测产系统及校正装置[D];东北农业大学;2003年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 怀宝付;梁春英;王熙;李爱平;张红霞;;变量施肥控制系统设计[J];黑龙江八一农垦大学学报;2011年04期
2 庄卫东;王熙;汪春;;电控机械无级变速器式变量控制系统设计[J];农业机械;2012年25期
3 吴金林;张立新;喻俊志;王卫兵;张家华;;双变量施肥液压调速系统的设计及仿真[J];机床与液压;2014年05期
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 庄卫东;东北黑土漫岗区大豆变量施肥播种技术研究[D];黑龙江八一农垦大学;2011年
2 梁春英;电液比例变量施肥系统参数模型辨识及滑模变结构控制研究[D];沈阳农业大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 史国滨;基于GPRS的农机作业监控技术研究[D];黑龙江八一农垦大学;2011年
2 刘文洋;基于GPS/DR组合定位技术的变量施肥控制系统研究[D];东北农业大学;2011年
3 怀宝付;基于神经网络的变量施用颗粒肥控制系统研究[D];黑龙江八一农垦大学;2012年
4 施焕春;基于Modbus的甘蔗种植机测控系统的设计[D];南京农业大学;2013年
5 王鹏;嵌入式农机GPS导航及变量施肥控制技术的研究[D];黑龙江八一农垦大学;2014年
6 乔璐;混合变量施肥控制系统的设计[D];南京农业大学;2013年
7 姜立明;变量施肥控制系统关键技术的研究[D];黑龙江八一农垦大学;2014年
8 常相钺;压力式变量喷雾控制系统设计试验研究[D];黑龙江八一农垦大学;2014年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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5 汪懋华;“精细农业”发展与工程技术创新[J];农业工程学报;1999年01期
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 梁春英,王熙,张品秀,杨天维;基于DGPS变量施肥技术的应用与探讨[J];现代化农业;2003年12期
2 邝继双;变量施肥智能空间决策支持系统VRF-ISDSS——地理信息系统Arc View GIS在精细农业中的应用[J];河北农业大学学报;2000年03期
3 宋晓宇,王纪华,薛绪掌,刘良云,陈立平,赵春江;利用航空成像光谱数据研究土壤供氮量及变量施肥对冬小麦长势影响[J];农业工程学报;2004年04期
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5 王新忠,王熙,王智敏;精准农业与变量施肥技术[J];黑龙江八一农垦大学学报;2002年04期
6 梁红霞,马友华,黄文江,刘良云,王纪华,赵春江,薛绪掌;基于遥感数据的冬小麦长势监测和变量施肥研究进展[J];麦类作物学报;2005年03期
7 杨志杰;;圆盘式变量施肥机的发展及其关键技术介绍[J];农业机械;2007年10期
8 杨印生,吴才聪,马成林,张书慧;应用变量施肥技术的合理农田规模研究[J];农业系统科学与综合研究;2004年01期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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5 张继成;苏中滨;郑萍;;基于AVR的变量施肥系统设计[A];黑龙江省计算机学会2009年学术交流年会论文集[C];2010年
6 张书慧;马成林;孙裕晶;;精确农业变量施肥技术试验研究[A];中国数字农业与农村信息化学术研究研讨会论文集[C];2005年
7 王秀;孟志军;白由路;;机械化变量施肥技术在我国的应用初探[A];中国数字农业与农村信息化学术研究研讨会论文集[C];2005年
8 王新忠;王熙;庄卫东;汪春;;精准农业变量施肥GIS系统研究[A];农业机械化与新农村建设——中国农业机械学会2006年学术年会论文集(下册)[C];2006年
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10 李成华;宫元娟;S.A.Shearer;;磷肥平均量施用与可变量施用的对比分析[A];全面建设小康社会:中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集(上)[C];2003年
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2 记者 章迪思 实习生 周惠婷;葡萄藤“长”出传感器[N];解放日报;2006年
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4 本报记者 李军;北京精准农业关键技术取得重大突破[N];中国信息报;2006年
5 本报记者 刘庆斌;“数字”让农机变聪明[N];经济日报.农村版;2006年
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9 范建 通讯员 赵林萍 赵俊辉;上海郊区:精准农业使农民开眼受惠[N];科技日报;2004年
10 吕玉臣 记者 沈才;现代农业催生“大户人家”[N];黑龙江日报;2007年
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6 李瑞;规模经营条件下土壤养分精准管理研究[D];中国农业科学院;2006年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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3 刘步玉;变量施肥控制方法研究[D];东北林业大学;2013年
4 乔璐;混合变量施肥控制系统的设计[D];南京农业大学;2013年
5 麻灵;综合气候条件的变量施肥决策系统研究[D];东北农业大学;2011年
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