水田精准作业与信息化技术研究

   本书根据黑龙江垦区水稻机械化高产综合生产技术，结合水田精准作业与信息化技术的研究，介绍了精准农业技术基础知识，重点阐述了水田精准作业技术、水田信息采集技术、生产信息化管理技术、水稻产后信息化技术。本书旨在推广面向现代化大农业机械化生产的水田精准作业与信息化技术，推进水稻智能生产信息化技术。本书既有前瞻性，又有实用性，具有较高的学术价值。

   本书可供从事水田精准作业与信息化技术研究、生产的技术人员及有关企业，以及高等院校相关专业的师生参考。

前言 

第1章  绪论 1 

第2章  精准农业技术基础 4

2.1  全球卫星导航系统 5

2.1.1  GPS系统 5

2.1.2  格洛纳斯系统 7

2.1.3  伽利略系统 8

2.1.4  北斗系统 8

2.1.5  差分定位系统 9

2.1.6  差分定位应用 11

2.2  地理信息系统 13

2.2.1  GIS的定义 13

2.2.2  GIS的内容 13

2.2.3  GIS的基本功能 13

2.2.4  Web GIS简介 14

2.3  遥感技术 14

2.3.1  RS系统的组成 15

2.3.2  RS的分类 15

2.3.3  RS的特点 15

2.3.4  RS在农业中的应用 15

2.4  机电一体化技术 17

2.4.1  机电一体化技术构成 18

2.4.2  机电一体化系统组成 18

2.4.3  机电一体化技术特征 19

2.4.4  机电一体化技术在农机装备中的应用 20

2.4.5  农机装备机电一体化技术特点 30

2.5  农业物联网技术 31

2.5.1  概述 31

2.5.2  大田生产物联网 34

2.5.3  农机物联网 36

第3章  水田精准作业技术 48

3.1  水稻浸种催芽环境控制技术 48

3.1.1  国内外研究情况 48

3.1.2  研究目的和意义 49

3.1.3  水稻浸种催芽温室环境因子分析 50

3.1.4  控制系统硬件结构 51

3.1.5  控制系统软件设计 56

3.1.6  小结 58

3.2  水稻育秧大棚控制技术 59

3.2.1  水稻育秧温室大棚测控系统 59

3.2.2  智能育秧群棚监控系统 66

3.2.3  基于单片机的低功耗水稻育秧棚监控系统 70

3.2.4  基于GSM网络的寒地水稻育秧大棚智能监测系统 76

3.2.5  基于PLC的智能育秧温室控制系统设计 82

3.3  GNSS精准搅浆平地技术 86

3.3.1  土地平整方法对比 87

3.3.2  控制系统的组成 87

3.3.3  GNSS在农田平地作业中的应用及试验 91

3.4  农机卫星导航自动驾驶技术 96

3.4.1  概述 96

3.4.2  农机作业EZ-Guide 250光靶导航系统 98

3.4.3  基于农机作业GPS导航系统研制 103

3.4.4  JD-9520T型履带拖拉机GPS自动跟踪驾驶系统 106

3.4.5  CASE-500型履带拖拉机GPS自动驾驶系统应用 110

3.5  水稻本田环境监测与控制系统 113

3.5.1  水稻生长环境监测与控制系统的研究 113

3.5.2  基于PLC的水田自动灌溉无线监控系统 118

3.5.3  水稻智能化循环节水灌溉系统 131

3.5.4  水稻灌溉晒水池水温监测系统 135

3.5.5  基于PLC的寒地水稻水肥一体化灌溉系统 139

3.5.6  基于PLC的寒地水稻灌溉控制系统的研究 142

3.6  水稻收获产量监测 148

3.6.1  概述 148

3.6.2  测量水稻产量方法 149

3.6.3  水稻产量监测系统组成 149

3.6.4  产量监测系统传感器标定与校准 154

3.6.5  谷物产量信息数据采集 156

3.6.6  谷物产量测量中的精度 156

3.6.7  谷物产量图的绘制 158

3.6.8  谷物产量图的分析 160

第4章  水田信息采集 162

4.1  农田三维地形信息采集 162

4.1.1  农田三维地形信息采集方法 162

4.1.2  农田地形信息处理 163

4.1.3  农田地形MATLAB绘图 163

4.2  土壤养分信息采集 166

4.2.1  田间取样 166

4.2.2  土样化验与分析 167

4.3  水稻生长远程视频监视 171

4.3.1  概述 171

4.3.2  系统设备组成 172

4.3.3  网络摄像机 174

4.3.4  无线视频监视 175

4.3.5  小结 176

4.4  水田环境及水稻生长远程监测 177

4.4.1  水稻生长影像采集及长势监测的研究 177

4.4.2  彩信在水稻生长环境监测系统中的应用研究 179

4.4.3  基于GPRS的农业病虫害图像无线传输系统 184

4.4.4  基于图像技术的水稻生长参数采集系统 188

4.4.5  基于单片机的明渠流量计的研究 192

4.5  水稻叶龄诊断技术 194

4.5.1  叶龄跟踪方法 195

4.5.2  叶龄识别法 196

4.5.3  茎数调查法 197

4.5.4  叶龄诊断应用 197

第5章  水田生产信息化管理 202

5.1  水田地理信息系统 202

5.1.1  高精度卫星遥感图利用 202

5.1.2  光栅图像矢量化 203

5.1.3  建立属性数据库 203

5.1.4  WebGIS信息发布 204

5.1.5  农田地理信息系统应用 205

5.2  农机管理信息化 205

5.2.1  农机管理信息化需求分析 205

5.2.2  网络农机管理信息系统 206

5.2.3  农机网络监控系统 208

5.3  生产作业进度统计 212

5.3.1  需求分析 212

5.3.2  系统设计 212

5.3.3  系统实现 213

5.3.4  小结 214

5.4  水稻全程沙盘信息化系统 214

5.4.1  沙盘控制系统总体结构 214

5.4.2  沙盘系统工作原理 216

5.4.3  控制软件部分 217

5.4.4  小结 217

5.5  本田合理施肥辅助决策 217

5.5.1  水稻本田合理施肥原则 217

5.5.2  黑龙江省建三江垦区施肥技术标准 219

5.5.3  水稻本田合理施肥辅助决策方法 221

5.5.4  NDVI测量分析 223

5.6  寒地水稻用水模型的研究 224

5.6.1  气象因素对于水稻用水量的影响 224

5.6.2  寒地水稻灌溉量的确定方法 225

5.6.3  确定水分生产函数的数学模型 225

5.6.4  小结 226

5.7  寒地水稻节水控制灌溉的机理与研究 226

5.7.1  试验背景及地点 227

5.7.2  水稻节水控制灌溉的特点及机理 227

5.7.3  控制灌溉技术与常规灌溉技术的区别 228

5.7.4  试验设计 228

5.7.5  试验结果与分析 230

5.7.6  小结 231

5.8  寒地水稻智能控制灌溉产量分析 231

5.8.1  寒地水稻特点及水稻水分生产函数简介 231

5.8.2  试验区概况与研究方法 232

5.8.3  不同灌溉方式对产量构成因子的影响 233

5.8.4  小结 233

5.9  水稻本田现代化管理系统的应用 233

5.9.1  应用背景 233

5.9.2  国内外研究现状及发展趋势 234

5.9.3  研究内容 235

5.9.4  系统十大功能 239

5.9.5  小结 249

第6章  水稻产后信息化技术 250

6.1  粮仓多点温、湿度测控技术 250

6.1.1  数字温度传感器DS18B20 250

6.1.2  基于DS18B20温度传感器的测温电缆 252

6.1.3  温度采集模块 253

6.1.4  RS-485分布式温度数据采集系统 253

6.1.5  基于CAN总线的分布式多点集控测温系统 254

6.1.6  小结 255

6.2  大米质量可追溯信息技术 256

6.2.1  农产品质量安全追溯制度措施 256

6.2.2  大米质量可追溯系统功能分析 257

6.2.3  大米质量可追溯系统结构设计 257

6.2.4  大米质量可追溯系统平台 258

主要参考文献 260

    水稻是世界主要粮食作物之一，中国水稻播种面积占全国粮食作物的1/4，而产量则占一半以上。由于水稻的单产高，种植经济效益好，黑龙江垦区水稻种植面积已超过了100万hm2，成为主要粮食作物，为保障国家粮食安全、推进垦区经济发展起到了巨大的作用。本书根据黑龙江垦区水稻大面积机械化高产综合生产技术，结合开展的水田精准作业与信息化技术的研究，对精准农业技术基础、水田精准作业技术、环境数据采集、生产信息化管理、水稻产后信息化技术等方面进行了论述，推广面向现代化大农业机械化生产的水田精准作业与信息化技术，推进水稻本田管理智能信息化技术，促进水稻机械化生产的智能化、自动化和信息化。

    本书得到了黑龙江八一农垦大学“学术专著出版资助计划”和“十二五”国家科技支撑计划课题“水稻本田管理智能信息化技术研究”（课题编号：2012BAD04B01-06）的资助。

    本书由黑龙江八一农垦大学工程学院王熙教授、庄卫东教授，信息学院李爱传副教授合著。由于著者水平有限，在内容、结构、文字、图例等方面难免有不足之处，恳请广大读者提出宝贵意见。