变量作业（精选4篇）
变量作业 篇1
0 引言
变量作业控制系统是实施精准农业与管理的关键技术之一。国外一些发达国家已进行精准农业作业机械变量投入的自动控制研究并推出商品化产品[1,2,3,4,5,6]。由于技术未公开，国内在实施精准农业作业中，在购买国外商品化的变量作业控制系统的同时需要购买与其相配套的农业机械才能使用[7,8]。国内部分科研机构、学者如吉林大学[9,10]马成林、张书慧;国家农业信息化工程技术研究中心[11,12]的赵春江、孟志军;西北农林科技大学[13,14]杨青、翟长远等;黑龙江八一农垦大学[15]王熙等人先后对精准农业变量控制技术开展了系列研究。但是，就目前研究成果的应用状况而言，现有的精准农业变量控制系统存在系统作业模式固定、变量控制方式单一等不足。这不但增加了变量作业机的制造成本，也增加了精准农业实施和日后维护成本，制约了精准农业技术在我国的推广应用。为此，设计了一种具有GPS定位自动控制、推算定位自动控制和手动输入控制3种变量作业控制方式的，适用于变量施肥、变量喷药、变量灌溉等多种耕作环节作业的多功能变量作业控制系统，以达到提高变量控制系统通用性、降低变量作业机械生产与维护成本的目的。
1 系统组成与工作原理
本文研制的精准农业多功能变量作业控制系统由控制器、DGPS、速度传感器、液体压力传感器、流量传感器和变量作业执行机构组成。其原理如图1所示。
在田间实施变量施肥作业时，将该系统挂接在施肥机上，在控制器工作界面上选择变量施肥作业后，控制器实时获取施肥机所在位置、作业速度、液体管路压力信号，根据专家系统提供的变量作业处方图数据，实时计算并输出0～10V电压信号控制排肥轴转速完成变量施肥作业。当将控制系统与喷药机挂接时，控制器实时读取喷药机作业位置、工作速度、管路药液的压力与喷出药液流量，结合喷药处方数据输出0～10V电压信号控制药液管路内的电动调节阀开口大小实现药液喷出量的控制;当系统执行变量灌溉作业时，由控制器读取作业机的位置、行走速度、管路压力和流量，根据处方图数据计算输出12V脉冲信号，控制电磁阀开合频率实现变量灌溉作业。在实施变量施肥、变量喷药或变量灌溉作业的同时，系统可选择GPS定位变量控制、推算定位变量控制或手动输入3种变量控制模式实施变量作业。
2 控制器与信息采集
控制器以ARM7系列S3C44B0X微处理器为核心构成。其可完成读取处方数据、GPS信号、管路液体压力、流量信号和变量作业机工作速度信号，实时显示变量作业机械工作状态，并实时写入记录文件中。当机具作业工作正常时，系统实时播报出机具的作业位置;当作业异常时，则发出蜂鸣报警声。
本文采用2个AgGPS132接收机组成差分定位系统，实现GPS定位自动控制模式下机具的定位和测速。为了满足6.5m幅宽植保作业要求，使用HX-L61型压力传感器实时检测变量喷药或变量灌溉作业时液体管路压力，当管路压力低于设定值时，则启动报警装置发出报警提示。液体管路压力信号经由S3C44B0X微处理器的AIN[7]端口读入。手动控制工作模式下的作业速度由LM18-300NA型电感式接近开关测得，作业速度信号由S3C44B0X微处理器的EINT[2]端口获取。液体管路内的流量信号由LWGY型涡轮流量传感器经S3C44B0X微处理器的EINT[3]端口读入。
3 执行机构
3.1 变量施肥执行机构
变量施肥执行机构由液压泵、溢流阀、滤油器、电液比例调速阀和液压马达组成。变量施肥作业时，控制器通过控制调速阀阀门开口大小调节流经液压马达的油液流量，控制液压马达转速实现变量施肥作业。变量施肥执行机构的控制线路如图2所示。
在图2中，电压比较器将控制器输出控制信号与液压马达转速检测反馈信号进行比较后，输出到比例放大器。本文使用H-AP-204型比例放大器，其输入信号范围为DC 0～+10V，最大控制电流为700mA，控制系统给定的输入电压信号与输出电流信号成比例关系。电液比例调速阀采用BYLZ-02型压力—流量复合比例调速阀，可以很小的压差追踪负载压力同时控制系统压力和调节系统油液流量。液压马达采用1QJM001-0.1型定量液压马达。由于变量施肥机田间作业环境尘土大，系统使用ZU—H100×20DLP纸质带发讯的倒装管式纸芯式滤油器。在控制系统挂接施肥机后，执行变量施肥控制程序，系统会根据施肥处方数据、施肥机工作速度输出0～10V电压信号控制液压马达转速，以此调节排肥轴转速实现变量施肥作业。
3.2 变量喷药/灌溉执行机构
当控制系统挂接喷药机，控制器执行变量喷药作业程序。在获得喷药处方信息后，实时读取药液管路内液体压力和流量信息，计算并输出0～10V电压信号控制电动调节阀的开口大小，通过调整回水管调节阀的控制信号，控制喷头喷药量，实现变量喷药作业。变量喷药执行机构的控制线路如图3所示。
本文选用HL2X型电动调节阀作为变量喷药控制系统的变量执行器。该电动调节阀接收0～10V或4～20mA模拟信号。由于S3C44B0X微处理器I/O口只输出数字信号，故使用D/A转换器DAC0832将数字信号转换成模拟信号。同时，使用串并转换器74HC595将S3C44B0X微处理器输出的串行数据转换成并行数据提供给DAC0832。D/A转换后输出0～10V模拟电压调节电动调节阀阀门开口大小，实现变量喷药作业。
同理，在执行变量喷灌作业时，根据处方信息，系统计算输出12V脉冲信号控制电磁阀开合频率实现变量灌溉作业。
4 系统控制软件与应用
本文设计的农用多功能变量作业控制系统软件由实时信号采集与处理程序模块、处方图读取以及网格识别程序模块、液晶屏—触摸屏驱动程序模块、音频接口程序模块、变量执行机构驱动程序模块和作业参数实时保存程序模块组成。其中，实时信号采集与处理程序由GPS数据采集与处理、数字信号采集与处理和模拟量信号采集与处理3部分组成。田间作业记录文件是在UCOS-Ⅱ操作系统上编写一个文件处理模块，使UCOS-Ⅱ操作系统具有*.txt文件的打开、定位文件某字节的读、写操作和关闭*.txt文件的功能，用于实时记录作业机具的工作状态，便于事后数据分析与系统改进。图4为选择变量喷药作业类型后，系统实施变量喷药作业的流程图。
本文的多功能变量作业控制系统在吉林省榆树市工棚镇13号村实施变量施肥、变量喷药作业。图5为GPS定位自动控制变量喷药作业模式下变量喷药作业现场和工作界面。作业过程中实时显示喷药机位置、工作速度、地块编号、管路压力与流量。试验表明:系统工作状态稳定，操作简便，降低了机械投入成本，提高了经济效益和环境效益。
5 结论
1)系统具备的3种作业模式适于多种耕作环节作业。与现有技术相比，该变量控制系统实现了精准农业作业的“一机多用”，降低了先期投入成本，有助于精准农业技术推广与实施。
2)本系统可输出模拟信号和数字信号两种类型控制信号，便于执行器连接，可扩展性强。
3)田间试验结果表明，该控制系统可满足4.2m幅宽的变量施肥作业、6.5m幅宽的变量喷药或变量灌溉作业。系统便于操作，工作状态平稳。同时，系统配置有异常报警启动信号，有效提高了变量作业效率和可靠性。
摘要：以ARM7系列S3C44B0X微处理器为核心,研制了一套具有变量施肥、变量喷药和变量灌溉3种作业类型的精准农业多功能变量作业控制系统。该系统由控制器、传感器和变量执行机构组成。田间作业时,在控制器工作界面上选定作业类型后,系统可提供GPS定位自动控制、推算定位自动控制和手动输入控制3种变量控制作业方式。田间试验结果表明,所研制的多功能变量作业控制系统可以控制相应机具完成4.2m幅宽的变量施肥、6.5m幅宽的变量喷药或变量喷灌作业,降低了精准农业变量作业机械的生产与维护成本,有利于精准农业技术推广与应用。
关键词：精准农业,变量作业,多功能控制,ARM微处理器
变量作业 篇2
我国东北地区是玉米主要的种植基地。在玉米生长过程中必须施用化肥,不管是播种时的施用底肥、还是中耕除草时的追肥都是农业精耕细作不可缺少的环节,是保证农作物稳产高产的重要措施。中耕时用到的中耕机械既可以用于农作物生长期间的除草、松土、破除板结土壤和培土起垄,还可以进行侧深追肥[1]。
化肥在平时基本是过量施用,既达不到高产的目的,还会降低化肥的使用率,严重污染环境,只有适量才是最有效的方法,而变量追肥就可以达到这种效果[2]。变量追肥就是根据不同地区、不同土壤、不同作物种类和作物生长状态,将氮、磷、钾等无机肥和有机肥按照一定科学比例追施在垄沟里的施肥技术。
国内外中耕机具研究水平差异较大,国外中耕追肥机不适用于我国的田间作业。因此,改进设计出适合我国田间作业情况的变量追肥机有着重 要的意义[3]。
1 结构及其工作原理
3ZBF - 7型变量追肥中耕机将国外先进的变量控制系统运用在我国的中耕追肥机上,与75马力拖拉机相配套,采用三点悬挂连接,由电液马达、施肥箱等组成的变量追肥系统、传动系统和中耕机构成,结构如图1所示。
工作时,机具由拖拉机后面的三点悬挂连接,由拖拉机产生的牵引力进行作业; PDF田间计算机通过控制电液马达转速,控制肥箱下的外槽轮排肥器排肥量; 耕作深度由仿形轮来调整和限制[4],在中耕期间可以同时完成除草、松土、侧深追肥和开沟培土作业。
2 具体实施过程
变量追肥系统由GPS接收机、测速雷达、PFA田间计算机、电液马达、传动系统和中耕排肥器总成等组成,具体追肥过程如图2所示。
利用电脑和差分全球定位系统采集到的田间地块位置信息,绘制出地块信息图,进行网格划分,并在各个地块上进行定点、采样,对土样进行分析; 根据各种影响因素作出施肥决策卡,通过成图软件将农田基本信息和专家决策系统以处方文件的形式存储在数据库中[5]。变量追肥机在田间作业时,根据GPS接收的位置信号和地面测速雷达测得的实际机具前进速度及作业幅宽,变量控制器自动识别地块信息,调用数据库中的施肥决策信息,控制电液马达的转速,进而控制排肥轴的转速,实现变量追肥。
3 作业效益分析
3. 1 田间追肥量及测产
2012年,在榆树市弓棚镇十三号村七号地进行了变量施底肥的试验研究。试验结果显示: 玉米增产10% ~ 13. 4% ,节肥量15. 3% ~ 15. 6% ,节种12. 3%~ 16. 7% ,生产效率提高了20% ,经济效益提高了15% 以上。2013年又在该地进行了中耕变量追肥的施底肥量8 095kg,平均试验,前期播种、施底肥都按正常标准来实施: 作业面积达20hm2,总共用种700 kg,平均用种35kg /hm2,总施底肥量405kg /hm2。中耕时采用变量追肥,各小区追肥量如表1所示。
1. 地轮总成 2. 主梁 3. 电液马达 4. 施肥箱 5. 排肥器总成 6. 中耕小架
kg
处方施肥总量为 6 348. 26,追肥总量为 6 676. 62。
收获时根据地块的特征将七号地划分成7个区域,每个区域又分成5个小区域,并在远离边界的每个小区域里取样测量。样本面积为4 m2,收获样本里的所有玉米,从而换算成每公顷所收获的总量,最后求得实测的产量如表2所示。
kg / hm2
Ⅰ ~ Ⅶ为区域号。
3. 2 效益分析
应用变量追肥技术后,测得20hm2种植面积的总收获为156 735. 4kg,平均每公顷收获7 836. 77kg。玉米增产率达8% ~ 10% ,节肥10% ~ 11% ,增收总额800元左右,节支总额200元左右,最后增收节支总额1 000元左右。对追肥量、产量、增收节支进行了统计,如表3所示。
4 结论
1) 该项技术使得玉米增产8% ~ 10% ,节肥10%~ 11% ,增加收益1 000元。
2) 在玉米的种植生产过程中,中耕时采用变量追肥技术具有一定的可行性,但最终20hm2的增收节支总额只有1 000元,所以没有必然性。
3) 变量追肥是基于电液马达的变量控制系统来实现的,其排肥精度能够满足田间变量追肥的要求。
4) 由2012采用变量施底肥的效益分析结果来看,可以将精密播种、变量施底肥和中耕变量追肥技术一起使用,从而保证在整个种植过程中尽量减少对环境的污染,最大程度的提高经济效益。
5) 变量追肥技术属于精准农业范畴,也具有增产、节本、增效及保护环境的作用。
参考文献
[1]王吉亮,王序俭,曹肆林,等.中耕施肥机械技术研究现状及发展趋势[J].安徽农业科学,2013,41(4):1814-1816.
[2]田耘,曲桂宝,潘世强,等.基于电液马达的变量施肥机系统的研究[J].中国农机化学报,2014,35(1):129-132.
[3]赵春江.对我国未来精准农业发展的思考[J].农业网络信息,2010(4):5-8.
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变量作业 篇3
在我国,货币政策的中介变量和目标变量具有可测性、可控性、相关性。中央银行可以通过汇总统计金融行业的各种报表对M1和M2进行及时的测量,可以运用货币政策调整货币的供应量,达到货币供求平衡。所谓货币政策是指中央银行通过银行体系变动货币供给量来实现其特定经济目标的总称。货币政策包括工具变量、中介变量、目标变量。中央银行利用这三种变量之间的相关性,以货币政策中介变量作为媒介,直接控制工具变量,从而间接影响目标变量。1996年,央行将M1和M2作为货币政策的调控目标,使货币供应量中介变量正式成为中国货币政策体系的一部分。因此,通过对货币政策中介变量和目标变量关系的研究,在中介变量和目标变量可测性、可控性的基础上,可以使央行更好地执行货币政策,从而实现稳定币值和促进国民经济增长的目标 ( 见下图) 。
2 文献综述
何启志、何启粱通过对我国1995年到2012年GDP、M1、M2的年度数据做分析,得出我国的货币供应量与GDP有很强的相关性。董青马、雷洪光、胡正运用VAR模型,研究了我国1978—2009年度货币供应量、价格水平和产出之间的动态关系,从而证明了M2适合做中介目标,而M1则更适合做中央银行的观测目标。而货币主义理论者提出持续的通货膨胀只是单纯的货币现象的观点。
结合我国中央银行货币政策发展执行情况,本文将从货币政策中介变量与目标变量线性相关程度的角度,进一步研究中介变量与目标变量的关系,并提出运用与之相关的货币政策建议。
3 中介变量与目标变量的选择
货币政策中介目标作为一种金融中介变量,是短期经济变化和金融趋势的晴雨表。一国的经济金融条件和货币政策操作能否对经济活动产生最终的影响是选择货币中介目标的重要依据。此外,中央银行选择货币政策中介目标的还应满足如下三个标准: 一是相关性。即作为中介目标的金融指标的变动要与中央银行的货币政策密切相关,能对经济金融的变化发展产生影响。二是可控性。即作为操作指标和中介指标必须是中央银行能够应用货币政策工具对其进行有效控制的金融指标。三是可测性。即中央银行能够迅速获取这些指标的准确数据并进行观察、分析和检测。
按相互间的关系分析,可以分为中介变量、工具变量和目标变量。其中目标变量是指能够实现币值稳定、经济增长、充分就业、国际收支平衡和金融稳定的变量指标;中介变量是指货币政策中介目标的变量指标,主要有利率和货币供应量 ( 包括M0、M1、M2) 等。反映币值稳定状况的目标变量指标是物价指数,可以选择消费者物价指数( CPI) 代替; 体现一国经济增长状况的目标变量指标是真实国内生产总值,可以用国内生产总值 ( GDP) 来代替。可供选择的中介目标主要有贷款量、货币供应量和利率,其中贷款量跟货币供应量具有可替代性,因此,使用比较广泛的、具有典型性的中介变量是货币供应量 ( M0、M1、M2) 和利率 ( R) 。
从实现币值稳定来看,货币供应量M对消费者物价指数的传导,仅通过消费一个变量,并且货币供应量对消费的影响确实很大; 而中介变量利率R对目标变量消费者物价指数的传导,则要经过货币需求的利率弹性和收入弹性,分别对储蓄和投资产生影响,进而传递到物价水平。与利率水平相比,货币供应量对物价水平的传递更直接、弹性力度更强。从实现经济增长来看,货币供应量对国内生产总值的传导仅通过投资一个变量,而利率对投资的传导要由货币供给和货币需求两个方面,进而通过投资实现国内生产总值的增长。可见,货币供应量对国内生产总值变量的传导要比利率对国内生产总值的传导直接得多。
从货币供应量的不同层次来看,主要是如何选择M0、M1、M2的问题。由于与M1、M2相比,M0目前占国内生产总值和货币总量 ( M2) 的比重很小,一般只在11% ~6% ,并且随着信用制度的发展和金融的深化,现金交易的份额将越来越小,所以M0在经济生活中的作用将越来越弱,从而使之独立充当货币政策中介目标的可能性也越来越小。
综上所述,本文选取了货币供应量M1、M2作为中介变量,国内生产总值GDP、消费者物价指数CPI作为目标变量,来研究中介变量与目标变量的关系。
4 目标变量与中介变量相关性分析
本文选取我国1990年至2013年M1、M2、CPI、GDP的年度数据,如表1所示。来分析我国不同层次的货币供应量M1、M2与居民物价消费价格指数、国内生产总值变动关系的密切程度。
数据来源: 中国统计年鉴 ( 2014) 。
分别建立CPI和M1、M2以及GDP和M1、M2的线性回归模型。可以使用双对数模型缩小解释变量与被解释变量变量值之间的差距,运用OLS法估计出参数及模型( 如表2所示) 。
由表2的计量模型分析,我们可以看出所建立的回归模型均通过了t检验,变量系数符合经济意义,模型的拟合优度也很高,解释变量对被解释变量有显著影响,说明目标变量与中介变量之间高度相关。同时我们也可以得出如下两个方面的推论。
第一,由相关性检验指标R2分析,M1 和M2这两个解释变量对消费物价和国内生产总值这两个目标变量都具有很高的显著水平。就M1和M2的相关性显著水平而言,对于消费物价,前者略强于后者; 对于国内生产总值前者与后者接近。这就证明: 就总体而言,M1和M2与目标变量之间都确实存在明显的幂函数相关关系,只是在密切程度上有些微差异。第二,由弹性系数分析,就消费物价和国内生产总值而言,M1每增长1% ,国内生产 总值增长0. 86% 、消费物 价上涨0. 39% ,说明M1的弹性较大; M2对两个变量的弹性要比M1的弱,基本上低将近0. 07和0. 08个百分点。这就意味着相关性检验已达到了较高的显著水平,仅表明M1和M2均基本具备了对目标变量传递的直接性这一作为中介变量的充分条件; 而弹性大小的比较,则更进一步证实了M1对目标变量的传导更直接、效率更高。或者说,尽管M2也基本满足传递的直接性要求,但与M1相比,其对目标变量的弹性要小一些,调控的效果就相对要弱一些。
由此可见,就综合而言,货币供应量M1、M2均具备货币政策中介目标的基本要求,但相比较可以看出,M1的条件更充分一些。因此,在我国社会主义市场经济中,将货币供应量作为货币政策中介变量对于抵御经济波动、维持国民经济的稳定增长是合理有效的。
5 完善我国货币政策中介变量的建议
第一,疏通传导渠道、减少货币供应量调整的阻碍。就中国目前的经济金融发展现状来说,要减少货币政策的时滞效应,疏通从央行到商业银行、企业到居民的传导渠道。第二,积极研究寻找有实质影响和相关关系的新的中介变量,不断完善货币中介变量体系。随着经济全球化的发展,我国金融改革体系的深化,未来利率变动因素对我国货币政策的影响将会加大,因此需要考虑将新的因素引入到货币政策变量中。
摘要：本文运用计量经济学的方法,对我国1990—2013年M1、M2、CPI、GDP的年度数据进行实证分析,并进行相关检验,结果证明M1、M2作为中介变量与目标变量CPI、GDP之间是高度相关的。同时通过理论分析M1、M2的可测性、可控性,进一步说明货币政策中介变量与目标变量的关系,并提出相应的货币政策建议。
关键词：货币政策,中介变量,目标变量,相关性
参考文献
[1]王广谦.中央银行学[M].北京:高等教育出版社,2014.
[2]张鑫鑫.我国货币政策效果的区域差异研究[D].太原:山西财经大学,2014.
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[4]侯军强.我国货币中介目标选择的思考[J].甘肃金融,2011(4).
[5]吴俊成.我国货币政策对消费影响的实证分析研究[D].杨凌:西北农林科技大学,2010.
变量作业 篇4
求二维随机变量函数的密度函数是概率论中的一个重要内容, 由于变量分布的差异性, 如何求又是一个难题, 一般没有统一的公式可循。一般教材中介绍了常用的方法, 即先求分布函数, 然后对分布函数求导就得密度函数, 但计算比较麻烦, 学生掌握困难很大。变量变换法和增补变量法相对于常用方法而言, 计算过程更加简捷。其中变量变换法许多学者都有研究, 而增补变量法甚少提及, 总结多年教学经验发现, 学生难以掌握这部分内容的精髓, 运用起来容易犯错, 特别表现在确定被积函数的积分区域上, 本文针对这个问题理清了一个简单通用的确定方法。
二增补变量法
增补变量法实质上是变量变换法的一种应用:为了求出二维连续随机变量 (X, Y) 的函数Z=g (X, Y) 的密度函数, 增补一个新的随机变量V=h (X, Y) 。先用变量变换法求出 (Z, V) 的联合密度函数pZV (z, v) , 再对pZV (z, v) 关于v积分, 从而得到关于Z的边际密度函数pZ (z) 。
问题: (1) 如何增补新随机变量? (2) 如何确定p (z, v) 中v的积分区域?
第二个问题, (Z, V) 的联合密度函数pZV (z, v) 的解析式中只含有z和v两个量, 对v积分时, 积分上下限一定是关于z的表达式。在二维连续随机变量 (X, Y) 的联合密度函数pXY (x, y) 的非零区域里, 画出函数Z=g (X, Y) 的曲线, 用曲线与非零区域相交点确定积分的上下限。
解:本例题作为示范题, 先记V=Y求出Z=X+Y的密度函数, 再换V=X用同样的方法求出Z=X+Y的密度函数, 如果两次求出的密度函数相同, 即验证方法的正确性。
由例题可以看出, 只要掌握了增补变量和确定积分区域的技巧, 增补变量法是一个极易掌握而且便于计算的方法。
增补变量法将比较难求的多维连续随机变量函数的密度函数, 转化为求变换后的两个变量的联合密度函数, 然后利用联合密度函数与边际密度函数之间的关系, 积分求出要求的变量的密度函数。相对于常用方法, 可简化运算。
摘要：二维连续随机变量函数的密度函数的计算是概率论教学中的一个重点, 更是一个难点, 其中增补变量法是一个简洁明了易掌握的方法, 但学生不能准确确定联合密度函数的积分区域, 本文针对这个问题给出了确定积分区域的方法。
关键词：连续随机变量,密度函数,增补变量法
参考文献
[1]茆诗松、程依明、濮晓龙编著.概率论与数理统计教程 (第二版) [M].北京:高等教育出版社, 2011:169~171
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