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社会服务

案例一:手持多传感器互换式农情感知设备

主要研究内容及结果:

为解决福建省因受特殊地理环境引起的前端农业数据采集困难,进而导致农业信息技术发展落后的问题,本项目提出一种与现有技术融合且适合福建地区使用的手持多传感器互换式农情感知设备,以提高对现代农业信息获取与处理的能力。所研发的设备具有集成性、机动性、高性能、低能耗且适于手持等特点,可采集土壤温湿度、pH值、空气水分、光照强度等农业数据信息,集成拍照系统及实时显示信息功能。具体研究与开发内容如下:

1)采集设备的多传感器互换技术研究

该设备采用输入信号自动采集技术,识别挂载在接口端的传感器类型。研究输入信号自动采集技术和信号采集电路,根据接口挂载的传感器的输出信号类型,选择相应的硬件处理电路进行数字化处理。同时,确保上电后直接从嵌入式服务器上下载传感器相对应的配置信息,完成相应接口的初始化设计,以实现对挂载在相应采集接口的传感器输出信号实现自动采集功能。

2)农业数据传输的研究

该设备采用透明传输技术,由硬件实现常用通信协议的数据传输,确保数据在传输过程的可靠性,然后设计统一的数据格式,传感单元通过各自集成的通信协议将数据传输到主控芯片,由系统进行通信协议的自动识别和协议转换。同时,研究防止各种通信协议与主控芯片通信过程中产生竞争冲突的技术手段,确保数据传输的可靠性。

3)手持便携式装置结构设计

针对福建地区丘陵地貌特征以及用户习惯,以拐杖为原型,设计手握结构以及操作按钮的排布;采用可调节的中空伸缩型铝管作为线路载体和屏幕与摄像头的安装载体,达到了方便操作人员实时观测采集数据及进行不同距离和角度的拍摄的效果;为实现传感器快速互换,采用螺旋结构与铝型管下端安装的传感器通用接口连接,解决了传感器接口不统一和不同型号传感器拆卸互换方便的问题。

鉴定结果(社会评价):

20191026日,福建省农学会组织有关专家对福建农林大学等单位完成的“手持多传感器互换式农情感知设备”项目进行成果评价。专家组听取了项目组的汇报,审阅了有关技术资料,经质疑讨论,形成如下评价意见:

1)项目组提供的技术资料齐全,符合成果评价要求。

2)针对福建地区丘陵地貌特征以及用户习惯,研发了一款手持多传感器互换的农情信息采集设备,采用统- -接口、 多传感器快换技术,实现了土壤温湿度、pH值、光照强度等多参数的检测,提升了硬件设备的复用性,显著降低了产品成本。

3)针对使用要求和使用习惯,创新设计了便携式农夫魔杖结构,集成了信息获取、快速处理、无线传输、实时显示等功能模块,产品具有操作简单、使用轻便、可扩展性好等特点。

项目成果已授权实用新型专利4件、外观专利3件,受理发明专利1件,总体技术水平达到同类产品国内领先。建议进一步加大推广应用力度。

案例二:基于逐日平台的太阳能聚光集热系统的研发

当前太阳能的光伏的转换效率为10%,光热转换效率为70%80%。太阳能是低密度能量,电能是高密度能量,从低密度转换为高密度的效率会很低,所以如果将太阳能——电能——加热水,最终转换效率会很低。相反地,直接太阳能转化为热能具有极高的经济效益,拥有广阔的前景。

团队开发的太阳能三维二轴逐日平台,和拥有独一无二的线性菲涅尔平板聚焦光热系统,通过在太阳能真空管的前方安装线性菲涅尔聚光板,并保证线性菲涅尔聚光板的聚光焦点落在光伏板上,提高太阳能量密度。该热水系统采用集热器、空气源热泵、电加热器三种供热源进行供热,并包括水箱温度传感器、集热器温度传感器、空气温度传感器;该控制方法为:若集热器真空管温度比水箱水温高,且差值大于设定的集热器与水箱温差,则集热器开;若水箱水温小于设定水箱温度,水箱温升曲线不满足温升要求,并且空气温度大于空气源开启温度,则空气源热泵开;若水箱水温小于设定水箱温度,水箱温升曲线不满足温升要求,则电加热器开;依次对三种供热源的是否开启进行判断,且集热器的开启考虑了集热器接受太阳光这种自然能源的影响,空气源热泵开启考虑了空气温度的影响,使系统达到安全运行且节约能源的效果。该产品已成功的应用到以下项目:

1)高等学校校园节能项目30 吨热水(属住建部),资金97 万,每年节电约月12 万度。

2)高水平大学援疆项目:解决新疆昌吉日光温室采暖问题,资金10 万。解决新疆温室冬季采暖难题,为一带一路助力。

3)山东万合科技有限公司的太阳能烘干系统,可应用于西部瓜果烘干,被列入农业部资助产品名录。

4)连江透堡屠宰场热水系统,投资30万,专利许可2.5万元。

  

  

 

案例三:燃气烤烟系统研发

1)机电工程学院与福建博科新能源科技有限公司签署产学研合作和大学生校外实践基地,开展大学生、研究生的实践合作;

2)通过合作期间产生共同探讨市场需求,特别是新能源领域在建设美丽乡村、构建生态闻名方面的需求,提出将农产品烘烤改造成天然气等清洁能源烘烤的想法,并开展立项。天然气智能烘烤特性:a、零排放。实际生产过程中经检测COSO2NO2H2S 排放量为零,而天然气燃烧副产物CO2 和水,所产生的CO2 课促进烟叶变黄,烟叶变黄期时间压缩至8-10 小时;b、精确的温、湿度控制。系统温度偏差在± 0.2°cc、大幅度减轻烟农的负担。一键式全自动烘烤解放了烟农的劳动,提高了工作效率;d、远程监控。实时监控烟叶烘烤过程,烘烤状态和参数实时回传。

3)项目实施

2016 年与福建博科新能源科技有限公司合作开始着手研发煤气、天然气智能烘烤系统,于2018 年在福建省长汀县龙坊村试点,初步取得成效。同年在此基础上进行技术改进,研发煤气、天然气智能烘烤系统升级产品。2019 年在福建省长汀县龙坊村加大试点,获得龙岩烟草公司立项资助,建设40 座天然气烟房,全季烟叶均使用本公司天然气一键式智能烘烤系统,实现减轻烟农工作量的同时,烘烤质量明显提升。建成立天然气烘烤示范基地一个。烘烤烟叶约240 房,每房烤烟价值约2.5 万元,实现总额600 万的烟叶烘烤。正与云云昆船洽谈合作在马来西亚构建1000 座天然气烟叶烤房合作的可行性。计划天然气烘烤系统投入约3 千万。未来天然气烘烤将逐渐推广,创造的经济和社会价值将更大。

  

  

案例四:畜禽养殖废弃物异位发酵翻抛设备关键技术研发与示范

本项目针对现有的异位发酵设备过于粗糙、能耗大、效率低、翻抛深度浅等问题,从刀具的结构形状等方面入手,研究翻抛刀具作用下垫料变形破坏规律,通过理论计算、模拟与试验,设计出强翻抛性能的翻抛刀具,完成运行稳定、能耗低、翻抛深的翻抛机整机的研发及应用。与福建农科农业发展有限公司、福州良正机械有限公司合作研发的畜禽养殖废弃物异位发酵翻抛设备,为异位微生物发酵床养殖粪污处理系统实现无公害、零排放、资源化处理的关键设备。

    主要研究成果:

应用该设备,推广微生物异位发酵床畜禽养殖粪污处理模式,实现畜禽粪污零排放,该技术已成功应用到广东温氏集团、江西正邦、安徽安泰、江苏马陵山、江西省康辉生态农牧、福建永诫农牧、福建东泰农牧、福建宏源农业、宁德、百急农业、漳州鸳美万头养猪场、龙岩明益生态农业等十几家养殖厂。本研究已发表论文2篇,获发专利授权10项,承担福建省星火项目1项。获福建省科技进步奖二等奖1项。

  

  

案例五:牡蛎养殖产业发展状况研究

1)主要研究内容及结果:

诏安县的沿海村民依靠丰富的海洋滩涂资源养殖牡蛎已经有100多年的历史。牡蛎养殖与加工,成为了当地的支柱产业,也是当地沿海村民主要的收入来源,有70%的家庭从事牡蛎养殖或牡蛎产品加工。针对传统人工牡蛎养殖的重重困难——周期长、污染大、劳动力短缺等诸多问题,结合实践过程中所获取的各种资料,团队对此进行了整理与分析,希望能够对诏安县牡蛎养殖产业的不断完善提供参考。

林厝村主要产业为牡蛎吊养与育苗串,但是产业过剩,海域上牡蛎的养殖密度过大,容易造成牡蛎营养摄取不足,牡蛎成品个头较普通牡蛎较小,而且很多都是放在深水区养殖,每当出现自然灾害比如台风,就会造成大量的损失。

西梧村相对林厝村,海域比较浅,所以只能养小型牡蛎,而且办不了育苗场,只能从梅岭镇与田厝村等地的育苗场直接购买育苗串,当地人手紧缺,希望能够通过新型牡蛎采苗串制造机提高生产效率。

当地网络销售渠道较薄弱,宣传力度不够,所以当地的小型牡蛎销量不是很好,但是当地的牡蛎加工产业相对比较发达。牡蛎加工厂一天能收几千斤的去壳牡蛎。

牡蛎副产品加工公司主要是利用牡蛎壳生产肥料,牡蛎副产品加工公司对牡蛎去壳后所剩下的牡蛎壳进一步回收利用,能够有效的减小环境污染。

牡蛎采苗串制作成本高昂、生产效率低下、劳动力短缺。乡村地区渔业产品缺乏有效的宣传推广,对外销售困难。

当前牡蛎采苗串自动化生产设备的研制在诏安县当地,乃至国内尚且空白。

20190711日下午,福建贝洋工作室与漳州市西梧村牡蛎养殖基地签订“新型牡蛎采苗串试用合作意向书,在西梧村村委会办公室举行,福建贝洋渔业工作室负责人朱汉青与西梧村党委书记吴志雄,分别在合作意向书上签字。该合作意向也得到诏安县叶副县长、县农业局许局长的支持。

综上所述,改变目前落后的牡蛎生产模式无疑顺应了国家推动“海洋渔业现代化”的号召。通过在诏安的实地调研,我们团队明确牡蛎养殖户遇到的难题,用科技助农发展。推动校县产学研合作能够有效促进地方发展,同时促进牡蛎生产养殖现代化发展,更好地服务社会。

2)成果

目前工作室已与霞浦县手拉手水产养殖合作社、诏安县梅岭镇田厝村牡蛎吊养基地、诏安县四都镇西梧村牡蛎养殖基地、漳浦县佛昙镇白石村恒福水产育苗场、诏安县金牡蛎养殖基地签订合作意向,并在几家牡蛎企业进行示范养殖,效果反馈良好。

工作室积极把握6.18中国海峡项目成果交易会、厦门渔业协会活动等活动契机,同时产品在全国大学生智能农业装备创新大赛中荣获二等奖,在2018年“创青春”国赛中荣获金奖,得到中国农业机械学会和中国农业工程学会等农装领域大量专家的认可,树立了工作室的良好形象,提升了工作室在农业装备领域的知名度。

福建贝洋渔业工作室获得福建省红色筑梦之旅团队称号并且获得5万元资助。

综上所述,改变目前落后的牡蛎生产模式无疑顺应了国家推动“海洋渔业现代化”的号召。通过在诏安的实地调研,我们团队明确牡蛎养殖户遇到的难题,用科技助农发展。推动校县产学研合作能够有效促进地方发展,同时促进牡蛎生产养殖现代化发展,更好地服务社会。

案例六:莲子微波真空干燥机的研制

主要研究内容:

1)莲子微波真空干燥机内腔温度场分布探究

建立莲子微波真空干燥机内腔三维实体模型,为了方便流体域的网格划分,切除对流体域影响不大的结构,对内腔适当简化,如图5a)所示。采用结构化网格建立微波真空干燥机内腔流体区域的CFD模型,通过数值模拟得到了干燥机内腔的温度场分布,如图5b)所示。结果表明,干燥机内腔温度由中心往四周递减分布,中心温度较高,而越往外扩散,温度越低,为莲子微波真空干燥机的研制提供理论基础。

2)莲子微波真空干燥机的研制

莲子微波真空干燥机如图6所示。外部仪表盘主要由真空表、主控窗口和微波控制屏组成,真空表用于测量压力的大小,微波控制屏用于微波及超声波的控制,主控窗口用于试验过程中参数的显示;内腔主要由微波馈入口1、微波馈入口2、照明灯、温度传感器、超声波装置、抽真空口组成,微波馈入口1及微波馈入口2用于微波的控制,温度传感器用于温度的感应,超声波装置用于微波辅助,照明灯提供内腔的照明,抽真空口用于调节内腔气压。

  

案例七:温室物联网远程监测及智能控制系统研究

主要研究内容及结果:

1)研究温室内多传感器数据融合及去噪声问题

温室内因阳光照射角度不同及执行机构动作等原因,其内安装的传感器采样值可能会有所偏差,本案例研究了针对温室多传感器的数据融合及去噪声问题。

2)研究适宜温室使用的人工光照补光强度及光谱范围

以菠菜及番茄为例研究适宜其生长的人工光照强度及光谱范围,以生成合适的控制参数,缩短种植周期,增进蔬菜质量

3)研究应用PLC及嵌入式技术制造稳定的温室物联网监测及控制系统

采用节点流量均衡控制,广义预测控制及植物生长模型进行预估,用PLC及嵌入式系统控制温室执行机构,从而构建适宜温室作物生长的较优环境,促使增长增收

社会评价

本研究项目组于2014年与宁德市屏南县农业局签订“农业大棚种植遥控系统”开发合同,开发经费22万元,项目于20149月获省委省政府领导视察,获好评。项目组参加2016年福建省发改委主办的福建省首届互联网创业创新大赛,获总决赛二等奖及20万研发经费,答辩过程通过福建省电视台经济频道播出,并将本项目推介至2016618海峡创新项目成果交易会。

研究成果

本研究已发表SCI论文2篇,EI论文1篇,获发明专利授权3项,承担福建省自然科学基金2项,福建省科技重大专项1项,产生现场控制系统硬软件1套。

  

  

  

案例八:水肥一体化调配控制系统研究

主要研究内容及结果:

1)研究水肥一体化调配最优参数计算问题

研究针对主要作物的水肥一体化调配参数,利用植物生长模型估算最佳肥料配比,定量针对性施加,以达到最优效果并节省肥料。

2)研究水肥输送压力自适应控制算法

研究针对各种地形的水肥输送压力自适应控制算法,以使终端作物获得有效灌溉,并防止末端水肥管道暴裂。

  

社会评价

本项目所生产的水肥机已在我省多处农业大棚、高山葡萄园进行运用,得到用户的好评,获得一定的经济收入。

研究成果

   本研究已申请发明专利授权3项,其中1项已授权。承担福建省自然科学基金2项,产生现场控制系统硬软件1套。

  

  

案例十:巨菌草耕种收全程机械化作业设备研制

巨菌草属于菌草的一种,其营养价值高、抗逆性强、适应性广,可用于食药用菌培养基料、鱼畜类饲料、水土保持、生物质燃料和造纸等领域,具有极大的经济价值和社会价值。目前菌草种植技术已在国内30多个省市,并传播至五大洲的87个国家。巨菌草种植现有生产过程机械化程度较低。团队针对实际中存在的问题,以巨菌草的茎秆力学特性为基础,研制巨菌草耕种收全程机械化设备,本研究已发表论文10余篇,获发专利授权80项,承担福建省科技重大专项1项、科技部菌草工程技术研究中心开放基金1项、福建省自然科学基金1项以及国家菌草工程研究中心菌草生态产业协同创新攻关课题1项,产生菌草开沟、种植、收获实验设备各一台。主要研究内容如下:

1)植物力学特性测试分析

开展对巨菌草茎秆物理机械特性参数试验。针对巨菌草生长的特点制作试验样本,在SNAS电子万能材料试验机上进行茎秆的拉伸、弯曲、压缩试验,分析试验条件下顺纹拉伸、弯曲与压缩的应力-应变曲线和茎秆在受力下的损伤破坏规律,揭示菌草茎秆的物理力学特性与损伤机理,为作物的农艺培育、作物作业装备的设计和作业施工工艺参数的优选提供理论依据。

2)菌草种植装备研发

通过EDEM软件建立土壤-开沟器相互作用的三维离散元仿真模型研究巨菌草种植机开沟器。通过对菌草种茎的形态特征与物料特性进行试验分析,进行排种器结构设计,运用SolidWorks软件构建巨菌草种植机及其排种器三维模型,利用逆向工程技术构建巨菌草种茎模型,通过ANSYSADMAS/View软件建立巨菌草种茎柔性模型与动力学仿真模型,优化排种器结构设计。开展室内台架试验,试验验证排种器设计方案,进一步优化排种器结构参数与作业参数,保障排种器的作业质量。

3)菌草采收装备研发

针对荒山、坡地地理条件,根据菌草茎秆物理特性及菌草采收工艺特点,选用合适的动力与切割方案,拟定菌草收获设备的总体设计方案,并对主要工作机构进行设计。采用虚拟样机技术和ADAMS软件,构建菌草收获设备虚拟样机,并对巨菌草种茎模型进行动力学仿真分析,依据仿真结果验证菌草收获设备是否符合设计要求及其以动作的可靠性。最后通过试制样机进行室内和田间物理实验,验证样机的工作稳定性。

 

 

  

  

  

  

  

  

  

  

  

 

 


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