时间：2023-03-20 16:23:05
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农业气象指数保险是一种创新型农业保险产品，它以农作物产量与影响产量的气象灾害因子的计量关系为基础，将农作物气象灾害损失指数化，当指数达到规定的保险赔偿数值程度(触发值)时，投保人就可以获得相应额度标准的赔偿。WorldBank(2007)在“在低收入国家指数保险抵御天气风险”报告中提出，发展中国家实施气象指数保险需要4个步骤，归纳起来就是确定气象风险、量化气象产量、保险合同定价、产品推广普及。就农作物干旱指数保险产品实施的技术难度和重要性而言，本文的研究内容是量化天气产量和保险合同定价，二者包括前后相连的7个步骤或内容，即估算农作物生育期需水量值，测算农作物水分缺失的减产量，建立农作物气象产量与缺水量的相关关系，确定农作物生育期缺水减产临界值，构造降雨因子产量波动模型，建立降雨量赔付指数模型，计算纯保费率。
(一)估算农作物生育期需水量值农作物需水量估算需利用作物系数法。其中，ETC是指估算的农作物需水量值(mm)，ET0是指农作物腾发量(mm)，KC是指作物系数，可以借助已有资料所记载的某个试验区域得到KC值，然后估算其平均值。关于ET0的计算方法，目前联合国粮农组织(FAO)(1998)推荐用FAO56-PM方法。我国学者徐俊增等(2010)在分析实测参考作物蒸发蒸腾量变化规律基础上，评价了目前的11种日ET0计算方法。结果表明，FAO56-PM方法与实测值最接近，本文也建议采用FAO56-PM方法的Penman-Monteith公式进行ET0的计算。不过，由于Penman-Monteith公式计算的是农作物日腾发量(mm)，所以需将计算出的农作物日ET0值逐日合计为农作物生育期(或者某个重要阶段)的ET0值，然后根据(1)式计算出农作物生育期(或者某个重要阶段)的需水量ETC。由于各农作物生育期时间长短、气候条件各异，因而各阶段需水量有很大不同，气象指数保险产品设计需要关注需水量最多的阶段，如小麦、玉米、水稻需水量最多的阶段是抽穗至成熟期，即灌浆阶段。
(二)农作物水分缺失减产量的确定王素艳等(2003)通过气候生产潜力的逐步订正法，分离出水分对农作物生产潜力的影响。经水分订正后得到的气候生产潜力则表示水分对农作物最高产量的影响，若水分不足，则反映干旱对气候生产潜力所引起的减产。本文将采用逐步订正法计算气候生产潜力，其计算顺序与内容为:第一步计算光合生产潜力。光合生产潜力是假设农作物在各种环境因素(如温度、水分、养分等)都处于最适宜、最协调状态条件下，农作物通过光合作用而达到的最高产量，也叫作作物产量的理论上限。假定光合生产潜力:Y1=F(Q)，Q为太阳总辐射。第二步计算光温生产潜力。光温生产潜力Y2是在最优质的土壤条件及其最佳管理方式下，水、肥充分满足作物生长发育的需要，仅由当地光温条件所决定的农作物产量的理论上限。假定光温生产潜力:Y2=Y1•F(T)，T为温度，理论上F(T)最大为1。第三步计算水分生产潜力。气候生产潜力的计算是在光温生产潜力基础上乘以水分修正系数完成的。水分有效利用状况由降水和蒸发对比所决定，当降水和蒸发与作物生长需水过程完全匹配时，则水分生产潜力最高。推理可得水分生产潜力:Y3=Y2•F(W)•Ky，其中，W为水分，Ky为水分—产量反映系数(产量对水分的反应系数)。影响农作物生长的气象条件还包括相对湿度、风速等，鉴于它们对水分生产潜力影响不大，对农作物干旱指数保险产品设计的影响也不大，所以本文不再对包含相对湿度、风速的生产潜力进行研究。
(三)确立农作物缺水量与气象产量的相关关系农作物生育期的缺水必然会引起产量的减少，确立气象产量与缺水量的计量关系是农作物干旱气象指数保险产品的关键步骤。第一，以Pr表示实际降雨量，以Pl表示缺水量，ETC是前文提到的农作物需水量值，由于ETC设计中已含有“土壤热通量”变量，因此这里暂不考虑土壤有效底墒的作用。若不考虑土壤有效底墒的作用，则表达缺水量的等式。需要说明的是，本文在这里对作物趋势产量预算与计算方法作了进一步的优化。在以往趋势产量预测与计算时，由于个别年份农作物产量的缺失及数据的非时间序列、非平稳性等问题，若直接应用回归分析往往会导致“伪回归”现象，致使分析的结论无效。不过，运用协整检验能验证单整阶相同的变量之间是否存在一种长期稳定的均衡关系，即选取的变量是不是影响作物产量的主要因素，通过这种检验方法能提高趋势产量模型的精准度。因此，本文在对作物趋势产量预算与计算方法上进行了优化与创新，也就是对历年农作物年产量数据进行平稳性的单位根检验，并运用最佳准则函数定阶法即AIC准则(或相关性检验)确定模型的阶数p、q。运用构建的模型进行估计和预测产量，然后确定最佳模型。针对构建的模型进行协整性检验，得出模型的具体数值，然后对自变量和因变量进行格兰杰因果关系检验。
(四)确定农作物生育期缺水减产临界值确定农作物生育期缺水减产临界点的目的是确定气象干旱保险指数保险产品赔付的触发值。不同农作物的生育期根据需水量可划分不同阶段，例如北方冬小麦的生育期T可划分为播种期、越冬期、返青—拔节期、灌浆期等4个阶段。不同生育期内缺水变化对产量的影响可用Fisher.R.A积分回归模型来表示。
(五)构造降水因子产量波动模型对于一般的单产波动模型，分为参数模型和非参数模型。参数估计方法就是首先假定单产波动模型的分布函数形式，然后利用数据拟合估算出该分布函数的参数，确定模型的具体形式。非参数模型方法的运用在近两年的研究中有所增多，但是在农作物气象指数保险产品的设计中，非参数模型运用一直很少。究其原因，天气指数的系统特征和动态特征都随着空间坐标的变化而变化，且其概率分布大多数拟合于特定的参数分布模型，不适合非参数模型，这也是国内天气指数保险产品研究中非参数模型运用不成熟的体现。因此，本研究采用参数模型来构造降水因子产量波动模型。本文采用Sherrick(2004)确定最优模型的方法:先用矩比率图作为模型选择的粗略标准，然后结合AD检验选择最优模型。
(六)建立降雨量赔付指数模型本部分是建立预定触发值和保险赔付额的量化关系。根据步骤(4)划定的生育期降雨量考察阶段，将农作物某个生长阶段需水量值设定为y，同时令y''''w=Yw/Yt，针对需水量y，可以将降雨量yi根据降水多少在0与y之间分为多种情况。
(七)计算纯保费率目前，农业保险纯费率的计算方法主要包括经验费率法和单产分布模型推导法。这两种方法理论上各有优缺点，其中经验费率法是利用“收支平衡”的原理，体现了对价交换原则，它是依据个体或地区的历史损失数据进行费率核算，将个体或地区历史损失率的平均值作为当年损失率预测的一种费率厘定方法。经验费率法可以提高费率厘定的精确性，适用于长期性、完整性、高质量的历史数据。单产分布模型推导法则是基于统计学和概率论，通过对某地区或个体作物单产波动的概率密度函数的确定来进行费率厘定，该方法理论严谨，数学推理性强，适用于没有“高质量”历史数据的情况。由于目前我国单产历史数据质量不高、且连续性不够，所以本文采用单产模型推导法。对农作物的单产分布模型可从参数方法和非参数方法分别进行确定，然后从中设计较优的农作物单产分布模型。本文对参数方法主要运用正态分布、偏态分布、正态化Logistic分布、Weibull分布进行参数估计，非参数方法主要选择比较流行的Kernel核密度估计法对参数进行估计。需要注意的是，我国现在的农业保险产品是保成本，由于保障水平低，保成本的农业保险已经遇到了市场需求的挑战，气象指数保险产品的引入有助于我国农业保险的保障程度由保成本转向保产量。通常情况下，要对纯保费进行风险修正，修正的方法多采用夏普比率法，即根据历史赔付的方差来估计附加保费。此估计法的主要理论基础是赔付款有极大概率会落在“赔付预期”及其往上一个“标准差”之间(即最高可能赔付)，承保人决定投保人为此应该付出标准差的小部分为附加保费。
二、结语
论文摘要：立足甘肃干旱缺水、农业水资源利用率较低的实际，提出了发展节水农业的目标任务、措施设计要点和完善对策。
干旱缺水是21世纪面临的全球性环境生态问题。甘肃地处中国西北内陆，属典型干旱半、干旱气候区，省内大部分区域降水稀少，且季节分配不均，干旱缺水问题则更为突出和严重，农业生产经常面临春旱、秋旱和伏旱的威胁。解决甘肃的干旱缺水问题，改善生态环境，涵养水源是根本出路。目前，应立足农业灌溉用水量大、浪费严重，自然降水拦蓄不充分，水资源总体利用效率较低的实际，将节水的重点放置到农业、农村，积极发展节水农业，提高农业灌溉用水利用率和农村田野天然降水拦蓄能力，这既能有效实现节水目标，也是促进农业农村可持续发展的重要保障。
1节水农业的目标和任务
节水农业是灌溉农业和旱作农业的有机结合，是节水与蓄水并举，变被动抗旱为主动防旱的农业管理体制的创新和节水技术措施的整合。发展节水农业的总体目标是逐步建立节水型高效农业水资源开发利用体系，实现水资源可持续利用、农业可持续发展、农民可持续增收。当前发展节水农业的基本思路和主要任务是以合理开发、优化配置、高效利用、有效保护现有水资源为出发点，整合和推广应用各种节水农业工程措施与技术手段，建立并不断完善节水农业措施和制度，切实解决农业灌溉用水和自然降水利用率低的问题。
2节水农业措施的设计
根据当前节水农业发展的总体目标和农业与水利管理部门分家体制的现状，结合农业发展的需要，农业部门在节水农业措施的设计中，可从以下几个方面入手：
2.1土地整理设计根据田面的平整度、地面坡度、土壤类型和农作物种植情况，以及不同灌溉方式和耕作方式的要求进行土地整理设计，可整平的田面尽量要求整平，地面坡度较大的规划后修成水平梯田、隔坡梯田，面积较大的地块应合理规划沟畦，开沟起垄分畦，以增加入渗，减少流失损耗，提高灌溉均匀度和效率。
2.2深耕与深松设计根据不同土壤质地与土地构型、原有耕作基础，设计节水农业所要求的耕层厚度和有效土层厚度，通过逐年深耕改土，加深耕层，加厚土层达到设计要求，改善土壤的透水性，增加入渗深度，提高蓄水能力，减少流失和蒸发。同时可以促进作物根系发育，扩大根系的吸肥吸水范围，增强植物抗旱、耐肥、抗倒伏能力。设计中一般要求活土层应保持在30～45cm之间，深耕次数一年一次或隔年一次，深耕时间由冬闲前移至晚秋或后移到早春，深耕后当即耙耱、镇压，保护墒情。
2.3浅耕与覆盖保墒设计通过地表浅耕、降低土壤毛细管作用、控制田间杂草，或覆盖塑料薄膜、秸秆等，抑制土壤蒸发，减少地表径流，保持土壤水分，提高水资源利用率。干旱山区尤其应大力推广全膜覆盖双垄沟播技术，并注意尽可能在秋季雨后田间墒情最好时立即覆膜。
2.4化控抗旱剂的推广使用设计目前我国已成功研制出抗旱保水剂、土壤蒸发抑制剂和植物抗蒸腾剂等三大类化控抗旱剂，并在较大区域、多种作物上推广应用。各地应根据当地土质和作物种植情况大力推广选用。拌种包衣选用适合的抗旱保水剂，地表喷施土壤蒸发抑制剂，作物叶面喷洒植物抗蒸腾剂。
2.5节水种植制度的设计在注重市场与效益原则下，根据当地降水分布、干旱发生规律，选择设计优质、高效、节水的种植制度和作物结构。重点应因地制宜调整种植结构，大力发展节水作物，将过去粮经二元种植结构调整为粮经饲（草）三元种植模式，扩大种草面积，减少灌溉次数，降低用水量。实行间作、套种、宽窄带状种植，减轻单位面积土壤水分供需不足的矛盾和压力。
2.6节水栽培技术的设计包括抗旱节水优质高效作物品种的选择，机械或人工精量播种、沟播、膜侧播等播种技术的推广，不同作物或同一作物不同生长期需水、供水的控制等。
2.7节水灌溉制度的设计节水灌溉制度既是农业节水措施综合效果的体现，也是农业节水、工程节水和管理节水三部分的结合点，所有节水效果都要落实到灌溉制度的拟定量化指标上来。节水灌溉制度的设计，首要任务就是应通过对不同区域、不同作物品种需水量科学分析，确定出最佳灌溉用水定额与产量之间的关系，以此作为衡量节水效益的量化标准，指导和规范节水灌溉工作；其次，在灌溉方式上应做到“五改”，即改大水漫灌为垄畦沟灌、改大畦灌溉为小畦灌溉、改长沟灌溉为短沟灌溉、改冬灌为春灌，有条件的地方应积极实施喷灌、滴灌和隔行交替灌溉。
3节水农业措施的完善
3.1注重农业与水利部门的相互协调与配合发展节水农业，应努力克服目前农业、水利两家一定程度上的脱节，把旱作农业节约天然降水与灌溉农业节约灌溉用水统一到同一个节水农业的系统之中，形成具有完整意义上的节水农业体系。
君豪现代生态农业园位于襄城县，隶属于河南省许昌市，距离许昌市区30余公里，距平顶山市20余公里，位于中原城市圈范围之内。襄城县新的城市建设理念是“城在水中、水绕城流、城水相依、人水亲和”，其环境优雅，城秀人和。园区规划建设面积10hm2，地形丰富。园区地处北汝河北岸，与氾河交汇其周边为农田，地势较低水位较高。氾河在区域水系规划定位中为永久性水系，项目所在地是北汝河水系景观规划中重要节点。其周边秀丽的风光和的充足的水资源为园区的建设提供了丰富的资源。
2项目分析
2．1优势分析
交通便利。园区位于襄城县以东，北临省道，南依汝河观光大堤。在城市规划的外环之内。田园风光秀丽迷人，温泉资源丰富，周边乡村风情、果品采摘、农事体验等乡村民俗旅游基础较好，休闲服务市场潜力巨大。随着客源辐射范围及腹地不断扩张，有利于聚集人气与营造通畅的服务网络。地形丰富。园区外部与城郊地势平坦的农田野林和城市外部河流接壤，其内部地势低洼，水位较高。利用原有地形基础，挖低成河、加高成山，挖湖堆山、塑造空间。打造秀美的山水格局，营造清新桃源的优美意境。良田美景。襄城县气候温和，四季分明，光照充足，属暖温带大陆性气候。农业种植历史悠久、资源基础良好，农田和果园有着都市农业发展的必要基础。呈现着一派迷人的田园风格。基于如此良田美景，可结合规划项目对其进行必要的梳理和整合，多样化发展，充分发挥潜在优势。丰盈水系。园区南依北汝河堤，北汝河起源伏牛山脉，自古水清势淼，文人墨客倍相咏之。有唐代殴阳詹的《汝州行》:“湛湛清流九曲湾，浮沉澈底似拖蓝。扁舟一叶无人系，风动横移向碧滩。”如今的北汝河堤已建成防洪堤坝和防护林带。行于河堤之上，其绿树成荫花竞相放，不见西湖柳岸却闻汝河莺啼。
2．2存在的问题分析
任何项目的开发和运作都可能带来一些不利影响，对生态农业园进行分析可以防止一些消极现象的产生。农产品的生产、加工、销售受时间、空间、劳动力的制约，旅游观光业主要受时间制约。在花果期后游客的数量减少，旅游接待设施闲置，与旅游相关的企业收入减少，不利于吸纳企业资金的再投入，限制了观光旅游规模的扩大［2］，因此如何在发展农业生产的基础上发展旅游业，丰富产品种类，拉长服务链，提高单位土地的收益，增加农民的收入，是解决问题关键。依据国家土壤分类标准。将许昌市土壤划分为6个土类，13个亚类，24个土属，45个土种。总土壤面积38．41万公顷，其中中低产田有6．78万公顷。主要分布在褐土和潮土土壤类型上［3］。规划区域其壤存在的主要问题是耕层浅、土壤有机质含量低、有效养分含量低，因此应合理有效的采取措施改善农田的土地性质。人为因素的入侵，交通工具的气体排放，以及噪声污染，会破坏生境斑块。而农业生产同样存在污染，主要来源是农村居民生活废弃物和农村农作物生产废物，其位置、途径、数量不确定，随机性大，分布范围广，防治有难度。在生态农业园创建的过程中应着重环境的治理和保护。
3总体规划设计模式
3．1规划设计模式的理念
君豪生态农业园规划理念为“农业生产为核心”的以循环农业、休闲、生态综合模式的有机融合。突显“青绿新襄、桃园新境”的主题。在保障农业生产的基础上展现观光园区的景观特色。通过“以农业带休闲、以观光促生产”的模式，发挥农业生产的基础作用，与观光产业相辅相成，营造园林式的生态农业园区，以探索创意农业的综合新模式。
3．2规划设计模式原则
3．2．1生态性原则在农业园中，主张施用有机质肥料，在“自然”状态下种植、养殖;利用各种可再生能源的外部“低输入”。实现以科技为先领，以生态环保、规模适当为准则，生产绿色产品，探索式发展。生态性原则是创造园区恬静、适宜、自然的生产生活的基本原则，是提高园区环境质量的基本依据［4］。
3．2．2经济性原则观光生态农业的兴起必然带动产业结构的调整。其以农业和旅游业为基础，带动了服务业、交通运输业、加工业、建筑业等行业的协调发展，繁荣了农村市场与农村经济［5］。在规划设计中把经济生产融入到园区的建设中，充分发挥采摘园带来的经济效益，同时注意非采摘季节的景观规划吸引游人，提高农业园区的经济效益。
3．2．3特色性原则农业园的开发应具有地域性和季节性，规划设计要与实际结合，因地制宜［6］。景观规划为园区服务，突出区域的特色，为园区带来更多的旅游价值和经济效益。
3．2．4多样性原则农业园以满足园区经济效益和消费者需求为导向，注重园区多样化的发展，建立以农业生产为主体，休闲服务为辅助的双向经营方式。拓宽农业和旅游业的广度，为旅游活动增添新景观，丰富园区品种，使园区具有多样性的特点。
3．3园区空间结构园区设计模式
与襄城县打造“清绿新襄、市秀人和”水系新景观的举措相符合，设计注重体现中原良田美景的元素，如花果繁茂的果园、速生阔叶林地、鱼荷共存的池塘、色彩丰富花园等，彰显中原现代生态的特色。通过地形整理、集雨灌溉、挖湖堆山、养鱼种树的措施，形成园林式现代综合性生态农业园区。
3．4功能分区
结合不同的设计手段将豪放秀丽的山水风貌强化，形成“山水情怀、桃园意境”的格局。即“一带三区”的空间布局(如图2)。中部—清理河道，整修水形;西部—平地建筑、交通集散;东部—纳土造岭、再造丘陵果园;南部—风景防护林。“一带”—水系景观带:主体水系流向为从南至北，水系支流环绕园中局部，形成园区大的山水格局和小的林荫花溪。围绕水系布置景观，自成天然之趣不烦人事之功。结合给排水设计和水体生态处理，符合生态、节能、环保的理念。“三区”—现代农业示范区:中、高档水果种植、观赏、婚纱外景和休闲餐饮;休闲娱乐观光区:休闲采摘、水上游乐、湿地景观、户外休闲、野炊烧烤;林景休憩区:林中小居、花园休憩、迷你健身。
4规划设计模式策略
4．1以农业生产为基础
君豪生态农业园以农业生产为基础，通过建设调整优化农业结构，科学制定全区农业结构调整规划，发展特色农产品，形成生产、加工、观光、风味餐饮一条龙产业。让人们体验“农”的氛围，参与“农”的生活，享受“农”的风和文化。加大现代科技农业、农业科研基地、示范基地、培训基地的开发建设力度，同时结合休闲旅游，实现农业生产经营，休闲体验的活动综合服务园区，营造人与自然和谐的生态农业。对原始农业进行新包装，引领农业景观由乡土走向时尚［7］。
4．2注重休闲、景观功能的体现
在农业园规划中可以根据实际情况将某种农业元素放大，农业主题公园、植物专类园、农林作物主题文化园等均是将农业、景观与旅游相结合，以主题特色为依托的休闲观光农业园的体现形式［8］，既具有农业景观、林地景观的农业本质，又具有艺术景观、水体景观、园林文化等的创新特性［9］。本项目根据生产的重要性和活动的性质把园区分为6个功能区，即文化餐饮区、节庆活动区、欢乐水谷区、休闲采摘区、林园小憩区、江南庭院区。文化餐饮区。文化餐饮区包括游客服务中心、餐饮住宿、生态停车场、珍奇花果树木展示。文化餐饮区是进去园区后的第一站，包含游客服务中心、餐饮住宿、生态停车场。以君豪商务餐厅和生态餐厅为主体建筑，设有游客服务中心，具有前台接待、科普展示、水果品尝、采摘打包结算、办公室等功能。其次具有珍奇花果树木欣赏区域，参与园艺艺术的趣味活动。节庆活动区。此区域地势平坦、道路和广场较多，紧邻餐厅。有玫瑰花园、喷泉、观鱼池、欧式小火车、铁轨道、瓜果长廊、音乐休闲吧、灵犀喷泉广场等。设计中有玫瑰、薰衣草等构成浪漫的基调，花海中设置有景观构筑物，如:即如走进了一个浪漫的世界，这里即将成为一处表达爱情、婚庆、求婚等节庆活动，还有企业聚会、寿宴、庆典、户外会议等商务活动。欢乐水谷区。利用周边的高地形和中间变化多样的水体形成欢乐水谷区，其起点为喷泉、欢乐壁泉、林影花溪、荷花池，经过虹桥、情人岛、月光平台、水上游乐、板桥，到达椰林盛景、白沙滩、抓鱼池、芦苇荡等，翻越出水闸而出。一路景致涟漪、一谷欢歌笑语。休闲采摘区。休闲采摘区有爬坡上山、游览观光、休闲采摘、渔翁垂钓、滨水游乐、自助野餐等。利用水系、山体和植物营造山水、桃园、新境的美好愿景。以桃树、梨树、葡萄、樱桃、冬枣为主，具有较长的采摘期;树下的黑皮花生、紫红薯、草莓等保健农作物也丰富了休闲采摘活动。林园小憩区。它处于园区的东南角，一个相对独立的区域。内容有林园小居、林内娱乐、林下小观。它是园区的高端游憩产品，能够独自运营接待游客。同时，作为园区一部分，整体风貌也于其它区域相统一，整体景观同样是以林木果树和少量花卉来营造，打造一个环境优雅的林下浪漫意境。主要项目有:林园小居、林内娱乐、林下小观。江南庭院。江南庭院相对独立，服务于宾馆人群。有江南竹韵、凌霄花架、顽石迎宾等。以江南特色为主打造恬静的景观，供游人欣赏。
4．3注重生态建设
园区的建设必须遵循自然生态的规律，在保护、开发、利用资源的过程中，确保景观格局的连续性、完整性，达到整体生态协调、功能连通和景观和谐［10］。君豪生态农业园中通过运用生态系统、持续经营、物质循环、食物链、立体种养殖等理论和技术，形成“果园－瓜菜”、“果园－保健作物”，水体种荷养鱼，水与废弃物循化利用等各种优化的生态农业模式，提供绿色、无公害农产品。通过防护围墙的立体绿化、游泳馆的半地下建设、宾馆建筑的高林遮荫、温室的内部种植、户外小筑引入林下等等措施，创造农业园优美自然的生态环境。
5结语
1.1主控系统
主控系统采用欧姆龙公司的可编程控制器CP1H型PLC，该类型的PLC具备与各种组件连接的相容性，因为它的工具有USB端口，还可以扩展2个串行端口，可方便同时连接多种组件。最大可安装2个串行通信选件板（RS－232C×1端口或RS－422A／485×1端口）。
1.2多传感器系统
1.2.1水位控制系统全量机械液位计WFH－2编码型传感器是通过浮子感测水位的，该仪器根据轴角编码进行编码。在进行闸门上下游水位测量时，安装一个浮子，作为水位传感元件；当水位变化时，浮子水位产生变化，从而带动水轮做圆周运动，并准确地转成相应的角位移量；水轮转动轴编码器是一个输入轴，所以当水轮旋转时，轴编码器的电平已转换成相应的数字代码D，这种数字代码D通过多芯电缆并行输出，并在监测站的显示器上显示，即在人机界面上显示。该浮子在转换过程中采用的机械编码是格雷码转换，测量范围为40m，分辨率为1cm。1.2.2温湿度控制系统PT100铂热电阻温度传感器精度高、稳定性好，使用方便，温度范围为－200℃～650℃。IH3605型湿度传感器测量相对湿度（RH）范围为0％～100％，环境温度为0℃～85℃。该电路配有集成放大电路，输出电压为0V～10V，具有温度补偿和调零功能。其工作原理都是把电阻值转化成电压或电流再显示。其系统信号传输流程如图2所示。1.2.3电压电流控制系统电流、电压传感器均选用珠海仪器仪表公司生产的HR－WP－AC系列交流电压表、电流表。电机电压电流的测量、温度的测量、湿度的测量以及管道压力的测量都是由PLC通过扩展I／O单元口采集传感器送来的信号，然后进行A／D转换和标度变换。以4mA～20mA模拟信号输出为例，其A／D转换如图3所示。4mA～20mA的电流输入对应于16进制数（10进制数）为0000～1770（0000～6000）。完整的数据输出范围是16进制数FED4～189C（对应的10进制数为－300～6300）。软件编程时输入电流在3．2mA～4mA之间时使用补码来表示转换数据。如果输入的电流小于3．2mA时，断线检测功能将被激活并且转换数据变为8000。
1.3系统人机界面的设计
1.3.1人机界面画面设计和数据管理（1）电气参数界面：显示测得的水泵电压、电流和转动频率。（2）参数设定界面：设定采集数据的标准值以及模拟数据采集。（3）数据采集界面：显示从外界采集并且处理完的相关数据，包括1＃、2＃、3＃田的温度、湿度和农田中水源的水位。（4）历史数据显示画面：显示采集的1＃、2＃、3＃田的温度、湿度，并以表格的形式显示出来，在此画面上，还设置了可以通过下拉菜单选择日期查看前一天和当天的历史数据，以及可以跳转到趋势图画面的功能。（5）田间情况界面：该画面可以看到农田中的总体情况和农田的整个画面。（6）监控状况界面：该界面主要实现对田间的相关设备如水泵、电动阀的开和关设置以及相关的报警显示的设置。（7）历史数据趋势界面：该界面主要显示采集到的历史数据的趋势图，从而有助于分析采集到的数据，使得采集到的数据更形象化地呈现在用户面前。1.3.2人机界面的报警设计人机界面中的报警设置使用事件登录来进行系统报警。例如事件记录文件名称为EL＿20070915．evt，即表示此文件记录2007年9月15日所发生的事件。1.3.3人机界面的通讯MT8000所提供的穿透通讯功能允许PC上的应用程序透过HMI直接连接PLC，此时HMI所扮演的角色类似转接器（converter），具体通讯如图5所示。数据目标端口（DestinationCOMPort）是指MT8000与PLC连接的端口，数据来源端口（SourceCOMPort）是指MT8000与PC连接的端口。在使用穿透功能时，需正确设定这两个端口的属性。串行通讯口使用的是9针D型公座。PLC软件设置时需要设置通讯端口的通讯协议为Hostlink。
2软件系统设计
2.1系统软件总体设计结构
该软件部分功能如下：先采集外部各传感器的信号并在人机界面上显示相关数据，然后判断是手动还是自动；如果是手动，则执行手动部分的程序；否则，则执行自动部分的程序。总的软件流程图如图6所示。
2.2各参数检测软件设计
在该系统中的自动控制模式下，由水位传感器将田间水位参数变化成格雷码形式输出，传到控制单元，然后将此格雷码送入PLC中经两步转换后成为BCD码与设置的水位上下限（BCD码）进行比较，如果实测田间水位小于设置的启动水位，则阀门开启，过45s阀门全开之后再自动开启泵；如果实测田间水位大于设置的停止水位，则此时泵关闭，阀门经过45s延时后全关闭。在手动控制系统模式中，只需将相应的阀门开关按钮按下即可控制阀门的开启和关闭，同时阀门开启之后才能开启泵。在实际系统中，为防止泵开启之后管道压力过大造成管道破裂，可以设计成阀门开启至少3台之后才能开启泵，从而实现保护管路的效果。其他参数如温度、湿度、电压电流的采集及软件处理和水位的检测方法类似。软件编程系统外部总接线图如图7所示。
3测试结果
论文摘要：立足甘肃干旱缺水、农业水资源利用率较低的实际，提出了发展节水农业的目标任务、措施设计要点和完善对策。
干旱缺水是21世纪面临的全球性环境生态问题。甘肃地处中国西北内陆，属典型干旱半、干旱气候区，省内大部分区域降水稀少，且季节分配不均，干旱缺水问题则更为突出和严重，农业生产经常面临春旱、秋旱和伏旱的威胁。解决甘肃的干旱缺水问题，改善生态环境，涵养水源是根本出路。目前，应立足农业灌溉用水量大、浪费严重，自然降水拦蓄不充分，水资源总体利用效率较低的实际，将节水的重点放置到农业、农村，积极发展节水农业，提高农业灌溉用水利用率和农村田野天然降水拦蓄能力，这既能有效实现节水目标，也是促进农业农村可持续发展的重要保障。
1节水农业的目标和任务
节水农业是灌溉农业和旱作农业的有机结合，是节水与蓄水并举，变被动抗旱为主动防旱的农业管理体制的创新和节水技术措施的整合。发展节水农业的总体目标是逐步建立节水型高效农业水资源开发利用体系，实现水资源可持续利用、农业可持续发展、农民可持续增收。当前发展节水农业的基本思路和主要任务是以合理开发、优化配置、高效利用、有效保护现有水资源为出发点，整合和推广应用各种节水农业工程措施与技术手段，建立并不断完善节水农业措施和制度，切实解决农业灌溉用水和自然降水利用率低的问题。
2节水农业措施的设计
根据当前节水农业发展的总体目标和农业与水利管理部门分家体制的现状，结合农业发展的需要，农业部门在节水农业措施的设计中，可从以下几个方面入手：
2.1土地整理设计根据田面的平整度、地面坡度、土壤类型和农作物种植情况，以及不同灌溉方式和耕作方式的要求进行土地整理设计，可整平的田面尽量要求整平，地面坡度较大的规划后修成水平梯田、隔坡梯田，面积较大的地块应合理规划沟畦，开沟起垄分畦，以增加入渗，减少流失损耗，提高灌溉均匀度和效率。
2.2深耕与深松设计根据不同土壤质地与土地构型、原有耕作基础，设计节水农业所要求的耕层厚度和有效土层厚度，通过逐年深耕改土，加深耕层，加厚土层达到设计要求，改善土壤的透水性，增加入渗深度，提高蓄水能力，减少流失和蒸发。同时可以促进作物根系发育，扩大根系的吸肥吸水范围，增强植物抗旱、耐肥、抗倒伏能力。设计中一般要求活土层应保持在30～45cm之间，深耕次数一年一次或隔年一次，深耕时间由冬闲前移至晚秋或后移到早春，深耕后当即耙耱、镇压，保护墒情。
2.3浅耕与覆盖保墒设计通过地表浅耕、降低土壤毛细管作用、控制田间杂草，或覆盖塑料薄膜、秸秆等，抑制土壤蒸发，减少地表径流，保持土壤水分，提高水资源利用率。干旱山区尤其应大力推广全膜覆盖双垄沟播技术，并注意尽可能在秋季雨后田间墒情最好时立即覆膜。
2.4化控抗旱剂的推广使用设计目前我国已成功研制出抗旱保水剂、土壤蒸发抑制剂和植物抗蒸腾剂等三大类化控抗旱剂，并在较大区域、多种作物上推广应用。各地应根据当地土质和作物种植情况大力推广选用。拌种包衣选用适合的抗旱保水剂，地表喷施土壤蒸发抑制剂，作物叶面喷洒植物抗蒸腾剂。
2.5节水种植制度的设计在注重市场与效益原则下，根据当地降水分布、干旱发生规律，选择设计优质、高效、节水的种植制度和作物结构。重点应因地制宜调整种植结构，大力发展节水作物，将过去粮经二元种植结构调整为粮经饲（草）三元种植模式，扩大种草面积，减少灌溉次数，降低用水量。实行间作、套种、宽窄带状种植，减轻单位面积土壤水分供需不足的矛盾和压力。
2.6节水栽培技术的设计包括抗旱节水优质高效作物品种的选择，机械或人工精量播种、沟播、膜侧播等播种技术的推广，不同作物或同一作物不同生长期需水、供水的控制等。
2.7节水灌溉制度的设计节水灌溉制度既是农业节水措施综合效果的体现，也是农业节水、工程节水和管理节水三部分的结合点，所有节水效果都要落实到灌溉制度的拟定量化指标上来。节水灌溉制度的设计，首要任务就是应通过对不同区域、不同作物品种需水量科学分析，确定出最佳灌溉用水定额与产量之间的关系，以此作为衡量节水效益的量化标准，指导和规范节水灌溉工作；其次，在灌溉方式上应做到“五改”，即改大水漫灌为垄畦沟灌、改大畦灌溉为小畦灌溉、改长沟灌溉为短沟灌溉、改冬灌为春灌，有条件的地方应积极实施喷灌、滴灌和隔行交替灌溉。
3节水农业措施的完善
3.1注重农业与水利部门的相互协调与配合发展节水农业，应努力克服目前农业、水利两家一定程度上的脱节，把旱作农业节约天然降水与灌溉农业节约灌溉用水统一到同一个节水农业的系统之中，形成具有完整意义上的节水农业体系。
我国虽然是农业大国，但并不是农业强国，我国的农业在发展现代化的过程中非常缓慢，这其中有较多的原因，下面将进行详述。我国在农业机械方面发展缓慢的原因有多方面，首先是因为生产工具没有运用到农业中来，最新的生产工具通常使用于土木建筑或者手工业生产。那么在这种情况下农业机械自然得不到较好的发展。我国所使用的先进农业机械主要包括拖拉机、不同规格的犁、不同规格的耙、插秧机、排灌机、拔秧机以及相关的育秧设备，这些农业机械在农业生产中得到了较多的运用，而且极大地提高了农业生产效率。我国现今在农业机械的设计过程中主要是注重产品的实用性，而并没有注重产品的外观形状。所以有的农业机械看起来古老但确十分耐用。出现这种情况的原因主要是由于农业机械的设计人员没有切合实际的来考虑人民群众的需求。另外，现今的农业机械还有一个显著的特点就是笨重低效，农民在使用农业机械的过程中会非常费劲，而且操作极其不灵活。这无疑会影响农民对于农业机械的操作，之所以要在农业机械设计中运用仿生设计就是要改变农业机械传统的缺点，使其在农业生产中得到更多地运用，并且切实解决农业生产中过度使用人力的情况。
2仿生设计在农业机械设计中的应用意义
通常人们认为仿生设计大多运用于高科技产品中，而不会运用到农业机械的设计与生产过程中，但是这种想法是错误的，我国属于农业大国，人们在耕种的过程中会非常辛苦，将仿生设计运用于农业机械的设计过程中将能够很好地改善我国农业机械的设计现状，不仅在外观上更加美观，而且在操作性、舒适性方面都会有很大的改善。由于农业机械对于我国的农业生产有着重要意义，所以下面将详述仿生设计在农业机械设计中的应用意义。
2.1外观上的仿生设计
仿生设计包含很多方面，仿生的主要目的就是使得农业机械能够更好地使用。虽然农业机械的工作环境非常恶劣，其沾满泥土是非常正常的一件事。但是这并不代表其不能设计的更加美观。传统的农业机械外观非常简陋，没有好看的色彩也没有突出的外观，而且所有的农业机械都存在这一问题，那么给人们的感觉就会很差，在农业生产中也只是机械呆板的操作机器，没有很好的感觉体验。但是在农业机械的外观设计中增加仿生元素就会使得农民在使用机器的过程中倍感亲切。不少汽车的外观设计都是采用仿生设计，不仅是因为采用仿生设计能够使得其具备更好的性能，而且还会使得其外观给人很大的震撼。有的汽车造型类似于毒蛇，有的造型类似于鲨鱼，这些造型不仅能够在驾驶的过程中使得汽车具有更好的抓地力而且具有非常靓丽的外观，使人眼前一亮，这样无疑会刺激人们的购买欲望。虽然农业机械活动的区域仅限于农田周围，但是这并不代表其一定不能设计的过于靓丽。欣赏美的事物是人们共同的爱好，那么农民在使用农业机械的过程中也可以欣赏，设计师可以将农业机械的外观设计成牛的外观，那么无疑会更加形象，或者设计成为类似变形金刚的形状，这样可以促进用户的购买欲望。外观是一个产品的形象，如果一个产品没有好的外观那么就算其多么实用也没有较多的人去购买，利用仿生设计就可以很好地解决农业机械的外观设计。
2.2功能上的仿生设计
人类虽然是地球上的主宰，但是并不代表人类的任何功能都比其他的生物强，其实有很多的生物在部分功能上是远远超过人类的，因为这些生物在长达百万年的进化过程中能够继续存活必然有其特别的方面。人类之所以采用仿生设计就是要向其他的生物学习更好的知识，而且仿生技术也是人类发明创新的源头。仿生学就是在模仿生物的功能，并且利用其功能来解决目前技术上存在的缺陷。人们依据蝙蝠的生理习性发明了雷达，这就是很好的仿生设计。将生物的功能用于自己所需要的地方。那么在农业机械的设计过程中同样可以采用仿生设计，这还需要农业机械的设计师多在自然界观察，并在生物的生理习性中找到相关的地方，然后将其运用于农业机械的设计制造中，这样将有效地改善农业机械的功能。
2.3结构材料上的仿生设计
仿生是全方位的，不仅在外观和功能上进行仿生，而且还可以从结构和材料上进行仿生。人们可以通过观察生物的结构和构成来更好的设计相应的仪器，有的生物在结构上非常精巧，而且非常合理，人们就可以根据这种来设计更少材料更大空间的房屋。而且有的生物材料是非常好的，例如土壤动物的脱土原理，人们就模仿这种材料并将其运用于犁体中。这样在其使用中就可以减少摩擦力并且有效的减少附着的土壤。每一种生物都有其特有的优势，如果设计人员在日常生活中多多观察就可以发现其优点，但是并不是每一钟优点都是人们可以利用的，所以人们的仿生设计才刚刚起步。通过观察生物的结构以及其自身材料可以为农业机械的仿生设计增加新的灵感与创意。
2.4界面上的仿生设计
在农业机械的设计中，单纯的模仿形态、功能以及结构材料等是非常少见的，通常是两者结合两两结合或者是三者结合，这样生物的优势就能够更好的应用于农业机械的设计中，由于人们对于生物的优点越来越清楚，更多的产品运用了仿生设计，而且多学科的渗透与融合使得仿生设计师有了更加广阔的视野，并且能将自己的想象力和创造力发挥到极致。
3结语
关键词：农业机械设计制造；液压机械传动控制系统；应用范围
农业机械设计制造行业的快速发展及整体生产水平的不断提升，为我国农业经济发展带来了重要的保障作用。在此背景下，为了实现农业机械设计制造既定的生产目标，优化其生产设备性能，确保生产作业计划的深入推进，需要注重与之相关的液压机械传动控制系统应用分析，增强该系统实践的应用效果。
1农业机械设计制造中液压机械传动控制系统基本原理、优点及影响因素分析
1.1液压机械传动控制系统基本原理分析。为了增强液压机械传动控制系统在农业机械设计制造中的实践应用效果，促进农业机械设计制造行业发展，应加强该系统的基本原理分析。其基本原理为：确保平衡系统作用下的液体能够处于静止状态，并使系统中液体在不同方向所处的压强相同，且通过活塞的作用给予液压系统中的液体不同的压力，促使这些液体能够保持静止。其中，由于大活塞与小活塞所能承受的压力有所差异，需要给予其不同的压力，并通过系统中液体的传递作业，满足变换要求。与此同时，液压机械传动控制系统运行中对执行元件、动力元件等有着较强的依赖性，在这些元件的共同配合作用下，能够使系统处于稳定、高效的运行状态。1.2液压机械传动控制系统优点及影响因素分析。该系统实践应用中的优点：系统中的液压机械传动装置的工作效率高、运行速度快，且液压机械传动控制系统使用实现了高度集成化，对功率的控制效果良好；系统中的元件安装中的灵活性强，布置较为方便，且液压机械传动方式实践应用中的反应速度快、重量轻，能够进行有效控制；该系统运行中能够根据实际情况，对载荷进行必要的调整，在使用中实现了机械自动化，且控制精度高。该系统在实践应用中可能会受到某些因素影响，给系统的平稳性带来了潜在威胁。其影响因素包括：液压机械传动控制系统运行中，若温度变化较大，会使系统中的液体粘性改变，致使系统的运动特性发生变化，影响系统运行的稳定性；受元件工作性能下降、机械加工方式选择不当等因素影响，会引发系统故障；液压机械传动控制系统运行前杂质清除不彻底，会加剧其运行过程中的摩擦，影响系统运行的稳定性。
2农业机械设计制造中液压机械传动控制系统的应用分析
2.1生产设备控制方面的应用。随着农业机械设计制造领域中生产计划的深入推进，需要性能可靠的生产设备发挥应有的作用，促使该领域中的整体生产水平得以提升，规定期限内的生产计划能够顺利完成。因此，在控制生产设备的过程中，应注重液压机械传动控制系统引入。具体表现：借助液压机械传动控制系统高度集成化的优势，对机械设计制造领域中的生产设备进行实时控制，促使设备能够处于稳定的工作状态；在液压机械传动控制系统的支持下，能够降低生产设备使用中故障发生几率，并在长期的实践过程中形成符合生产设备需要的控制模式。2.2生产流程控制方面的应用。相比机械传动技术，液压机械传动控制系统实践应用中融合了控制理论、计算机技术等元素，能够对机械设计制造领域内的生产流程进行控制。具体表现：该领域中各生产流程实施时，引入液压机械传动控制系统，能够降低机械制造领域中的生产流程问题发生几率；根据生产作业要求，确保控制系统作用下的生产流程设置合理性，并对机械设计制造中的运动参数、动力参数进行控制。2.3恒功率输出控制方面的应用。结合机械设计制造领域的实际概况及生产要求，可知其生产过程中注重恒功率输出控制，能够保持其生产成本的良好经济性，为设备正常工作创造出良好的运行环境。因此，需要加强液压机械传动控制系统使用，借助其传递效率高的优点，能够实现农业机械设计制造中的恒功率输出控制。在这样的控制模式作用下，机械设计制造中的整个生产环节将得到有效控制，确保设备性能的可靠性，有利于扩大液压机械传动控制技术的实际应用范围。
3结语
在新形势下农业机械设计制造中对于可靠的生产方式、生产设备等依赖性强，需要在具体的作业流程中重视液压机械传动控制系统的引入，确保其生产作业的高效性。因此，未来农业机械设计制造行业发展中应根据自身的生产需要及实际的发展概况，将功能强大的液压机械传动控制系统应用于生产环节中，在降低生产成本的同时确保自身的生产效益良好。
作者:韩宁 单位:吉林工程职业学院机电工程分院
参考文献
[1]李解冬.机械设计制造中液压机械传动控制系统的应用初探[J].科技创新与应用,2017,(08).
