寒地水稻节水灌溉自动控制系统设计与试验研究

发布时间：2018-03-11 19:32

本文选题：寒地水稻　切入点：控制灌溉　出处：《黑龙江八一农垦大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着水资源的日趋紧张,世界各个国家都在积极寻求有效的节水途径和措施。水稻是世界上栽培面积很广的主要细粮作物,用水量巨大。因此提出水稻用水的高效利用理论体系与方法刻不容缓。中国水稻全生育期用水量占农业灌溉总用水量的65%,是中国农业用水的最大用水户,对水稻应用节水灌溉措施和技术能减少农业用水的浪费,迫切且必要。我国北方种植水稻的区域尤其是三江平原地区在地理位置上属于温带湿润、半湿润大陆季风气候地区,产能很大但是水资源不太充足,地下水位下降厉害,发展后劲不足已经凸显。三江平原是我国重要的农业生产基地,面积大且平坦规则,为此,本文通过对三江平原地形、土壤、气候特点和对三江平原水稻控灌条件下用水规律进行分析和2013-2016年在黑龙江省洪河农场进行的试验,使用数据拟合技术建立洪河农场水稻日用水量与气象因子关系模型,定量分析环境平均温度、平均湿度、日均风速、日照时数、日辐射量对水稻日用水量的影响,并利用提出的寒地水稻用水模型和GALM混合算法研究寒地水稻节水灌溉自动控制系统,研究为寒地水稻控制灌溉的信息化管理提供了样本。取得的相关成果如下。1)围绕寒地水稻用水模型及算法的建立及理论开展研究,为提高水稻用水效率及水稻节水灌溉运行管理提供科学依据。2)提出了将日均温度、日均湿度、日均风速、日照时数、太阳辐射量作为自变量,把水稻日用水量作为因变量,建立了5输入1输出的多元回归方程。提出了一种分生育阶段进行高阶多元多项式建模方法,根据生育期中各生育阶段的数据拟合出适合当前生育阶段的回归经验公式。3)建立了基于遗传算法和LM优化算法的混合学习算法模型,GALM算法有效地将二者的优点相融合。实验结果表明,GALM网络经358步达到预定误差,GALM混合算法提高了网络的收敛速度,比其他算法误差更小。4)设计了以高智能芯片为核心的节水灌溉控制器,对水稻生育期的周围环境温湿度、日辐射量、日照时数、风速、日降雨量、逐日蒸发量、土壤热通量、不同埋深的泥温等因素进行数据采集,并按照GALM混合算法模型进行灌水。节水灌溉控制器采用低功耗设计和分布式控制模式,可单机独立工作,通过试验对比,提高了终端控制的可靠性。5)进行适合于北方的寒地水稻节水灌溉控制平台的设计。平台硬件设备操作方便、能耗低。平台软件具有实时数据监测、历史数据查询分析、灌溉信息预测等功能。经过测试,通信距离在2800m内均可实现正常通信,数据传输正确率100%,系统抗干扰性优异。通过现场整体性能实际测试,系统按下开始按钮10s后就开始接收各种终端传感器采集来的数据,并在5s内完成数据的向外发送。上位机接收到数据后可在20s之内完成数据的融合及转发。并可通过手机或者其他无线掌上设备发出指令实时控制,控制效率高。6)进行了多个农场田间试验,对比试验结果表明:采用用水模型及算法的控制灌溉与人工充分灌溉相比,平均节水37.68%、平均增产6.47%、平均每亩增收节支148.97元、3年累计增收43.51万元,应用前景广阔。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：黑龙江八一农垦大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S511;S274

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