金洲等：水肥浓度智能感知与精准配比系统研制与试验（2020年第2期）
引文格式
金洲, 张俊卿, 郭红燕, 胡宜敏, 陈翔宇, 黄河, 王红艳. 水肥浓度智能感知与精准配比系统研制与试验[J]. 智慧农业（中英文）, 2020, 2(2): 82-93.
JIN Zhou, ZHANG Junqing, GUO Hongyan, HU Yimin, CHEN Xiangyu, HUANG He, WANG Hongyan. Development and testing of intelligent sensing and precision proportioning system of water and fertilizer concentration[J]. Smart Agriculture, 2020, 2(2): 82-93. (in Chinese with English abstract)
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水肥浓度智能感知与精准配比系统研制与试验
（1.中国科学院 合肥物质科学研究院智能机械研究所，安徽合肥 230031；2.中国科学技术大学，安徽合肥 230026；3.宁夏农业物联网工程技术研究中心，宁夏银川 750000；4.安徽省智慧农业工程实验室，安徽合肥 230031）
摘要: 为解决农场当地当时的复合肥料精准化配料问题，本研究将水肥一体化智能灌溉施肥系统作为研究对象，构建了水肥浓度智能感知与精准配比系统。首先提出现场在线水肥溶液智能感知模型的快速建立方法，利用数据分析算法从传感器实时监测的一系列浓度梯度的肥料溶液中挖掘出模型。其次基于上述模型设计水肥浓度智能感知与精准配比系统的框架结构，阐述系统工作原理；并通过三种水体模拟在线配肥验证了该系统原位指导水肥浓度配比的有效性，同时评价了水体电导率对水肥配比浓度的干扰。试验结果表明，正则化条件下二阶的多项式拟合曲线是表达溶液电导率与水肥浓度的变化关系最优的模型，相关系数R2均大于0.999，由此模型可得出用户关心的复合肥各指标浓度。三种水体模拟在线配肥结果表明，水体会干扰电导率导致无法准确反演水肥配比的浓度，相对偏差值超过了0.1。因此，本研究提出的在线水肥智能感知与精准配比系统实现了消除当地水体电导率对水肥配比准确性的干扰，通过模型计算实现复合肥精准化配比，并得出各指标浓度。该系统结构简单，配比精准，易与现有水肥一体机或者人工配肥系统结合使用，可广泛应用于设施农业栽培、果园栽培和大田经济作物栽培等环境下的精准智能施肥。
关键词: 水肥一体化；电导率；感知；精准配比；系统建模；多项式拟合
文章图片
图1 试验方案技术路线
Fig. 1 Technical route of test scheme
图2 两种水肥多项式曲线拟合
Fig. 2 Polynomial curve fitting of two water-soluble fertilizer
图3 芭田13-40-6正则化曲线拟合比较
Fig. 3 Comparison of regularization polynomial curves fitting of BATIAN13-40-6
图4 水肥一体配肥系统结构图
Fig. 4 Structure diagram of fertilizer proportioning system using integration of irrigation and fertilization
图5 一级配比系统试验装置
Fig. 5 Experimental device of primary fertilizer proportioning system
图6 芭田13-40-6不同水质曲线拟合
Fig. 6 Curve fitting of different water samples for BATIAN 13-40-6
图7 芭田13-40-6不同水质曲线拟合比较
Fig. 7 Comparison of curve fitting of different water samples for BATIAN13-40-6
图8 不同水质对电导率影响关系
Fig. 8 Effect on conductivity of different water samples
来源：《智慧农业（中英文）》2020年第2期