1.通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自主混合肥料

　　有機(jī)肥料一直被用于改善土壤肥力和促進(jìn)作物生長(zhǎng)，但制作和準(zhǔn)備用于農(nóng)業(yè)活動(dòng)的有機(jī)肥料是一個(gè)勞動(dòng)密集且耗時(shí)的過(guò)程。因此，有研究者為了降低人工成本，提高有機(jī)肥配制效率，研制了自動(dòng)化有機(jī)肥混合機(jī)。在該文中，研究者開(kāi)發(fā)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)(IoT)技術(shù)改進(jìn)的有機(jī)肥料攪拌機(jī)，能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控肥料生產(chǎn)狀態(tài)，并向工人提供更新和警報(bào)，提高了有機(jī)肥料混合過(guò)程的效率。物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)采集存儲(chǔ)桶中農(nóng)業(yè)廢棄物混合物的重量信息并上傳至物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。這些信息可以用來(lái)提醒工人何時(shí)向混合物中添加更多的農(nóng)業(yè)廢料或去除加工過(guò)的有機(jī)肥料。研究者還與目前的自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，自動(dòng)化有機(jī)肥料原型系統(tǒng)節(jié)省了5倍以上的運(yùn)營(yíng)成本。

　　2.基于DSSAT和遺傳算法，對(duì)滴灌玉米氮肥施用計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化

　　該研究以吉林省中部地區(qū)為研究對(duì)象，進(jìn)行了為期三年(2014-2016年)的田間試驗(yàn)。其中2014年的數(shù)據(jù)用來(lái)對(duì)DSSAT模型進(jìn)行校準(zhǔn)，2015年的數(shù)據(jù)用來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。研究者利用DSSAT模型和遺傳算法(GA)對(duì)長(zhǎng)春市20年(1973—1992年)的氣象資料進(jìn)行了氮肥優(yōu)化，并利用2016年的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)優(yōu)化的氮肥方案進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，DSSAT模型能有效模擬長(zhǎng)春市玉米在滴灌和雨養(yǎng)條件下的生長(zhǎng)發(fā)育，且滴灌優(yōu)于雨灌，優(yōu)化后的氮肥施用計(jì)劃使經(jīng)濟(jì)效益更顯著。此外，該方法還具有更容易與遙感和天氣預(yù)報(bào)相結(jié)合的特點(diǎn)，有潛力形成一種現(xiàn)場(chǎng)管理優(yōu)化調(diào)度決策的實(shí)時(shí)方法。

　　3.無(wú)人機(jī)顆粒施肥機(jī)變速控制系統(tǒng)

　　可變施肥技術(shù)(VRT)是實(shí)現(xiàn)肥料定點(diǎn)施用的必要技術(shù)。VRT不僅可以減少化肥使用量和肥料污染，還可以提高工作效率，降低生產(chǎn)成本。研究者提出了一種基于處方圖的無(wú)人機(jī)顆粒施肥機(jī)(GFS)可變速率施肥控制系統(tǒng)(VRFCS)。VRFCS主要由飛行控制器和擴(kuò)散控制器組成，研究者設(shè)計(jì)了控制軟件，根據(jù)GFS的實(shí)時(shí)坐標(biāo)，通過(guò)調(diào)節(jié)槽輥計(jì)量裝置實(shí)現(xiàn)變量施肥。研究者通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和田間試驗(yàn)，對(duì)該控制系統(tǒng)的精度進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)能夠快速(在0.1秒內(nèi))準(zhǔn)確地響應(yīng)目標(biāo)排放率的變化，基于處方圖譜的田間試驗(yàn)誤差小于6.07%。該研究利用研制的無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)，驗(yàn)證了無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行變量施肥的可行性和適應(yīng)性。

　　4.基于物聯(lián)網(wǎng)的可持續(xù)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)施肥管理

　　現(xiàn)有的灌溉施肥管理研究多側(cè)重于短期管理，重視資源調(diào)度的及時(shí)性，但忽略了它的生產(chǎn)活動(dòng)的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境目標(biāo)，在資源有限的情況下并不適用。為了填補(bǔ)這一空白，該研究開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)的灌溉施肥系統(tǒng)框架，該框架同時(shí)考慮了長(zhǎng)期和短期規(guī)劃。在此基礎(chǔ)上，研究者建立了以經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益最大化為目標(biāo)的有限資源在多作物間分配的整數(shù)線(xiàn)性規(guī)劃模型，并設(shè)計(jì)了一種混合遺傳算法來(lái)求解優(yōu)化模型。研究者結(jié)合實(shí)例進(jìn)行了數(shù)值實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了模型和求解方法的有效性。結(jié)果表明，該研究提出的優(yōu)化模型具有更高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，能夠促進(jìn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)灌溉施肥管理。

　　5.物聯(lián)網(wǎng)太陽(yáng)能智能農(nóng)田灌溉系統(tǒng)

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)技術(shù)的發(fā)展，分布式太陽(yáng)能資源可以遠(yuǎn)程操作、監(jiān)控和控制。基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能智能灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)于世界各地面臨缺水和電力短缺的地區(qū)至關(guān)重要。在此情形下，該文設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用單板片上系統(tǒng)控制器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)控制器)，內(nèi)置WiFi連接，并連接到太陽(yáng)能電池，以提供所需的運(yùn)行電源。控制器讀取田間土壤濕度、濕度和溫度傳感器，并輸出適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)命令信號(hào)來(lái)操作灌溉泵。該控制器還能監(jiān)測(cè)地下水位，以防泵馬達(dá)燃燒。該系統(tǒng)具有三種運(yùn)行模式，即局部控制模式、移動(dòng)監(jiān)控模式和基于模糊邏輯的控制模式。該系統(tǒng)已經(jīng)通過(guò)原型驗(yàn)證，將來(lái)可以針對(duì)實(shí)際的農(nóng)業(yè)環(huán)境進(jìn)行升級(jí)，自動(dòng)支持其運(yùn)營(yíng)而無(wú)需人工干預(yù)。