光电技术研究报告
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光电技术研究报告范文第1篇
【关键词】 新能源产业 光伏 风电 骨干企业 创新平台
一、产业规模情况
新能源是国民经济的战略性、先导性产业，江苏新能源发展快速，规模不断壮大，技术创新水平不断提高。2012年，新能源制造业实现工业总产值3120.55亿元，占高新技术产业的6.93%，同比下降23.88%。2011年，全省光伏企业600多家，从业人员12万人，无锡尚德、苏州阿特斯、南通林洋新能源等8家企业在境外成功上市，销售排名全球前20强中有5家。初步构建了多晶硅―单晶硅―硅片―电池―组件―系统的完整产业链。2011年全省光伏产业实现产值2739.70亿元，同比增长53.23%，产能占全国的1/4，晶硅电池产量占全国的55%以上。受美国“双反”和欧盟反倾销的影响，2012年前10月，江苏光伏产业实现总产值1800亿元，同比下降28%。无锡尚德自主研发的冥王星（Pluto）单晶硅电池光电转换效率达19%，居世界第一；徐州中能多晶硅生产成本降到了国际领先的25美元/公斤；光伏产业核心装备气相沉积设备、高温扩散炉等实现自主制造，国产化率已达70%。风电产业已构建起从关键配套件到兆瓦级整机的完整产业链，华锐、金风、东气等国内前十整机厂商均落户江苏。2011年实现产值840.60亿元，同比增长16.91%，叶片、齿轮箱、轮毂等关键部件均占全国市场的50%以上。
二、区域分布情况
光伏产业是江苏新能源产业的主导产业，主要分布在无锡、常州、苏州等地区，苏北光伏产业整体尚在起步阶段，主要分布在徐州、连云港地区，以多晶硅及硅制品等原材料生产为主。其中江苏泰州新能源产业园被认定为国家级特色产业基地，以中盛光电、汇能科技、璞瑞电池为龙头的新能源产业集群，技术领先、产能巨大，是全国同行的佼佼者。
江苏既是风能资源大省，也是风电装备制造强省，江苏的风电产业发展，在全国已处于较为领先的地位。全省风电装备生产企业主要分布在南京、常州、南通、盐城等地，并形成了产业集聚态势，现已建成南京的江宁风电产业园，常州的溧阳风电产业园、武进风电产业园，无锡的风电产业科技园，南通的百万千瓦级海上风力发电基地、如东建设“长三角”风电设备产业园，盐城的大丰江苏海上风电装备制造基地金风产业园、华锐风电产业园等。
作为全国发展生物质能利用的主要省份，江苏秸秆发电主要在苏北产粮丰富地区，宿迁、射阳、如东、洪泽等地。江苏核电建设正进入产业化、规模化发展的新阶段，苏核科技、江苏神通、上上电缆已成为国家重要的核电配套生产企业，其中江苏最大核能科技产业园落户南京江宁滨江开发区。
三、骨干企业情况
太阳能光伏产业是江苏率先发展壮大起来的新能源产业，现已形成较为完整的产业链条。从多晶硅原料生产到终端的光伏电站建设，江苏的光伏企业都有涉足，国内众多知名的光伏领军企业也都集中在江苏，有8家光伏企业在境外上市，5家企业销售排名全球前10强，占全国总产值规模的2/3，是我国光伏产业第一大省。目前涌现出了尚德太阳能、天合光能、保利协鑫、林洋新能源、苏州CSI阿特斯、徐州中能等一批重要的龙头骨干企业，对整个产业的发展起到了较强的带动和支撑作用。世界太阳能电池产量前15位的电池制造商中，中国大陆占了6家，江苏企业就有5家，其中尚德太阳能为多晶硅电池的世界第一大生产商。徐州中能、扬子顺大、常州天合为代表的硅料企业，确立了硅料生产环节上的技术领先地位，不仅具备成熟的尾气处理工艺，而且实现了闭环生产和物料循环利用，生产技术领先于国内市场，生产成本在国内同类型企业中处于较低水平。
2011年以来美国对我国光伏产品实行“双反”、欧盟实行反倾销，行业产能阶段性过剩、结构性失衡等多重挑战，江苏的光伏企业经营困难，负债普遍严重，有近半数企业处于停产状态，省内几家主要光伏上市企业总负债超过600亿元，平均负债率在70%以上，其中无锡尚德已宣布破产，下一步江苏将坚持利用市场机制，鼓励企业进行兼并重组，引导资源和发展要素向优势企业集中，形成少数几个综合能耗低、物料消耗少、具有国际竞争力的多晶硅制造企业，若干个研发能力强、具有自主知识产权和品牌优势、具有国际竞争力的光伏电池制造企业。江苏光伏产业龙头企业尚德、英利、天合光能、阿特斯等都将面临整合。
江苏风电产业链齐全，形成了一定的集群优势，具备了一定规模和水平的风电机组制造能力、关键零部件制造能力、风电机组配套能力。江苏风电装备产业集中力量培育本土风电龙头企业，打造出了南京高齿、江阴吉鑫、江阴远景能源、连云港中复连众等行业领军企业。同时千里海岸线优质风场资源也吸引了国内风电整机巨头华锐风电、新疆金风、国电联合动力等会聚江苏，共谋发展。全国排名前5位的风电整机制造商均在江苏建立生产基地。
四、创新资源情况
江苏在新能源领域，以大学、科研机构、工程技术中心、企业院士工作站为依托的创新平台已初步形成，技术创新能力不断提高，基本形成了从研发到产业化的技术创新体系。目前江苏新能源领域在东大、中国矿业大学等拥有9个国家重点实验室，拥有江苏省（春兰）清洁能源研究院、江苏省（尚德）光伏技术研究院、江苏省（新誉）风电装备技术研究院、江苏省（中圣）工业节能技术研究院、江苏省（华锐）海上风电研究院5家企业研究院，形成了千亿级的泰州国家新能源产业园、江苏张家港新能源产业园、南京江宁新能源产业园、江苏国信（楚州）工业园等产业园，此外还有134个工程技术研究中心、40个企业院士工作站、13家专业技术服务中心等科技创新平台。
目前江苏新能源产业以风力发电装备、光伏发电设备、核电装备和生物质能利用装备为主，光伏产业拥有290多家相互配套的特色企业，从多晶硅、硅片、电池、组件、集成系统设备，到光伏应用产品，形成了较为完整的产业链。风电产业拥有60多家风电成套机组和关键零部件制造企业，基本形成了以风电机组为龙头、关键零部件为支撑的产业链。
五、重大成果情况
在基础研究领域，2009―2011年，江苏在新能源领域共承担973项目4项。其中由东南大学完成的“生物质高值化利用过程中节能与CO2利用和减排”项目，实现生物质高值化利用过程的节能减排。
在应用研究领域，2009―2011年，江苏在新能源领域共承担国家863项目10项。其中由东南大学完成的“钾基吸收剂干法脱除燃煤烟气CO2技术研究”项目，研究了脱碳反应及吸收剂失效的规律和机理，掌握了高活性钾基吸收剂的研制，初步开发出燃煤电厂CO2脱除技术。由河海大学完成的“潮汐流发电高效双向叶轮技术研究与开发”项目建立了水平式潮汐流能量转换装置的模型试验装置和方法，研发的潮汐流能量转换装置功率为1-3kW，效率为25%～30%。由中国林业科学研究院林产化学工业研究所完成的“管道式连续催化甲酯化制备生物柴油新技术”项目，开发并完成连续催化甲酯化反应制备生物柴油的新工艺及装置，可连续运行时间100小时以上，油脂转化率达99%，油收率≥98%，催化剂使用寿命≥1500小时，生产成本比传统生产生物柴油下降15%。2009―2011年，江苏在新能源领域的支撑项目共5项，其中由国网电力科学研究院完成的“风电场控制技术研究及控制系统开发”项目，提出了用于变速恒频风电机组风电场的无功电压控制技术，并研制了风电场无功电压控制系统，设计了风电场无功电压控制软件结构并开发了相应的软件模块。由江苏新誉重工科技有限公司完成的“风电机组整机设计关键技术研究与推广示范”项目，完成了大型风电机组有效风速软测量技术研究、风电机组仿真模型的联调和仿真模型与现场实际数据的对比校正，建设了风力发电机组集成仿真设计平台和关键部件CADCAM系统。
在重大成果领域，由无锡尚德太阳能电力有限公司完成的项目“基于高效率低成本光伏发电技术的创新平台建设”荣获国家科技进步奖二等奖，成为国内光伏行业获得的第一个国家级科技奖励。该项目以省科技厅支持建设的江苏省（尚德）光伏技术研究院为依托，攻克了高效低成本P型太阳电池技术与关键设备研发及产业化等技术难题，转换率达到19%。居国际领先水平。
六、关键技术情况
江苏光伏产业发展迅速，技术创新水平快速提高，已掌握了一批核心领域和关键环节的重要技术，拥有自主知识产权近100项，创造多项世界“第一”，填补多个国内“空白”。到2010年10月份，江苏在太阳能电池方面获得的中国专利547项，占全国比重约13%，其中发明专利216项，为全国省份第一。无锡尚德自主研发的冥王星（Pluto）单晶硅电池光电转换效率达19%，世界领先。徐州中能硅业目前多晶硅生产成本控制在每公斤25美元以下，达到了国际顶尖水平。南通林洋新能源研制双面照光晶体硅太阳电池，填补国内空白。苏州中来高端电池背膜已成功突破了国外技术封锁。常州华盛天龙研制的多晶硅浇铸炉填补国内空白，打破国外垄断，价格只有国外的1/3。近两年，江苏又布局了一批光伏装备重大项目，光伏产业核心装备气相沉积设备、高温扩散炉等实现自主制造，国产化率已达70%。
江苏风电发展坚持自主研发与引进消化相结合，成功突破了兆瓦级风电机组整体设计与制造技术、重要支撑部件制造技术，产业规模和技术水平均处全国前列。华锐自主研制的国内单机功率最大的5MW海上风电机组成功下线，3MW风电机组已有34台在上海东海大桥海上风场并网发电。南京高齿的兆瓦级齿轮箱占领国内65%的市场份额。江阴吉鑫建成了亚洲最大的风电轮毂基地，开发的5MW底座填补国内空白。连云港中复连众研制出了全球最大的5兆瓦、62米长复合材料风机叶片。
【参考文献】
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[4] 薛飞、黄斌：江苏省高新技术产业高端化发展的国内外比较研究[M].江苏科学技术出版社，2013.
光电技术研究报告范文第2篇
【关键词】南京智能公共交通系统；运营关键技术；客流采集分析；公众出行信息服务技术
【中图分类号】U491.17 【文献标识码】B 【文章编号】1672-5158（2013）01―0441―03
1.客流采集分析与出行信息服务技术项目的背景
南京市作为江苏省的省会城市和区域中心城市，近十年来，随着社会经济的快速发展，城市规模不断扩大，城市常住人口和流动人口不断增加，公众出行需求迅猛增长，公众对城市公共交通服务的质量需求在不断提高；2013、2014南京要承办“亚青会”、“青奥会”，也对城市公交系统的运营管理提出了新的挑战，只有城市公共交通管理理念不断创新，管理模式不断变化，管理手段不断强化，才能跟上公共交通服务的要求。
交通运输部在《公路水路交通运输信息化“十二五”发展规划》中明确提出：“开展重点领域示范试点工程建设……3.城市客运智能化应用示范工程……推广城市公共交通智能系统建设，……提升城市公共交通的协同运行效率和服务能力，提高公交出行分担率，缓解城市交通拥堵。”
省交通运输厅在《江苏交通运输信息化“十二五”发展规划》中提出：“8大工程：4、城乡客运信息服务工程……全面推进城市公交信息化管理，包括电子站牌、车载系统、企业运营调度系统、行业管理系统、信息服务系统等，实现公交调度、运营、管理的信息化、智能化，加强公交企业与运管部门问的信息交换和共享，提高对公交车辆突发事件的应急处置能力。”
为贯彻落实公交优先发展战略，切实提高交通枢纽城市公交信息化水平，根据南京市政府办公厅《关于转发市发改委的通知》（宁政办发[2009]94号）精神，南京市交通运输局向市发改委提出《南京市智能公共交通系统（一期）》立项申请，2011年4月获得正式批准立项，开始了实施方案的制定。在此过程中，南京智能公交系统运营关键技术，特别是客流采集分析与出行信息服务技术成为项目建设的关键一环。
2.南京智能公共交通系统运营的现状
2.1 南京市公交企业概况及现状
截至2011年底，南京公交企业共八家，经营公交线路401条，公交车辆6130台，日均客运量300万人次以上，线路总长度为6536公里。
目前的公交运机制，在管理和公众服务上存在诸多问题，已不能满足公交优先和公交的快捷、周到、人性化服务的要求：主要反映在：（1）前期缺少上位规划，没有统一的信息采集、处理机制，造成信息不能共享，形成多个“信鼠孤岛”。由于历时原因，南京市的智能公交建设相对滞后，没有统一的上位规划，南京IC卡公司的信息系统、各个公交企业的生产运营系统各自为政，已形成多个“信息孤岛”，没有与全市信号灯智能控制系统、视频监控系统、客流统计分析系统、公众出行信息交互系统进行有效融合。（2）公交企业的客流统计设备应用效果不理想。南京市公交总公司自2003年开始智能调度系统的探索应用，实现了自动报站、超速监控等基本功能；部分车队可以自动生成电子路单，但覆盖率和准确率均不高；客流统计设备试验效果不理想，基本停用。（3）公众出行提供的信息服务水平较低，不能满足公众出行及时、方便、快捷的服务需求。行业管理部门没有统一的信息平台，各公交企业、IC卡公司、政府部门问的数据无法互通、共享，导致行业监管决策的科学技术手段几乎为零。
为市民提供的出行服务手段单一，主要依靠门户网站、各大媒体公告，没有点对点的服务措施，2009年南京市在“三中路”上安装了29块电子站牌，只显示公交总公司一家企业的车辆距离本站的距离，公众对应用效果不满意。
2012年7月30日，南京市城建集团召开会议，宣布正式成立南京公共交通集团，南京公共交通集团下属的4家企业：江南公交客运有限公司、扬子客运有限公司、东山客运有限公司和场站公司。江南公交客运有限公司包括原公交总公司、中北巴士、雅高巴士；扬子客运有限公司包括原中北浦口客运公司、中北六合客运公司、新宁浦巴士公司、公交总公司江北客运部以及原交通运输局下属的金陵交运、双虹客运、六合新集等3家。东山客运有限公司则包括新城巴士和江宁通盛客运公司两家。场站公司则包括所有非公交营运的资产，如场站站房、公交物业等。
公交企业整合后，将着力解决以前多家经营，无序竞争、线路重叠、线网优化、线路配车等突出矛盾，同时将有效提高车辆、道路利用率等问题，但这些问题的解决都依赖于获取大量的线路线网数据，而这些相关数据的来源基础是各个站点、线路的客流数据，所以获取准确的各线路上下客流数据显得至关重要。
2.2 客流统计与现状分析
目前，南京智能公交运营管理的现代化程度不高，车辆目前依然沿用“定点发车、两头卡点”的传统调度方式，调度人员难以掌握途中路况及客流等关键信息，加上道路交通环境的恶化，使得公交运营的平稳性及服务的可靠性难以得到保证，每天的高峰流量、正点率、满载率、放车数等营运管理指标的统计和分析基本上靠调度人员的经验判断或人工抽查，没有相应的科学准确的客流数据支撑，使得统计结果误差比较大。特别是在客流统计与分析方面，仅限于部分公交企业局部线路和车辆安装的客流采集设备，且均在试验、探索阶段，并且这些客流统计设备没有统一的技术体系和数据标准，采集的客流数据准确率不高，数据量不大，在智能调度、客流预测和线网优化等方面未能形成很好的示范效应和辅助决策参考作用。
2.3 公众出行服务现状分析
由于种种原因，南京市的智能公交建设相对滞后，没有统一的上位规划，南京IC卡公司的信息系统、各个公交企业的生产运营系统各自为政，已形成多个“信息孤岛”，没有与全市信号灯智能控制系统、视频监控系统、客流统计分析系统、公众出行信息交互系统进行有效融合，公众服务信息难以满足。
行业管理部门没有统一的信息平台，各公交企业、IC卡公司、政府部门间的数据无法互通、共享，导致行业监管决策的科学技术手段相对滞后，无法通过现代化手段和途径公众出行服务信息，公众出行提供的信息服务水平较低
综上所述，2007年实施“公交优先”发展战略以来，南京城市客运公共交通信息化管理手段得到了一定程度的加强，但是由于城市客运行业的信息化建设起步较晚、基础薄弱，没有统一的行业规划和标准，加之长期形成的企业隶属不同的管理部门，条块分割严重，各单位从各自需求出发研发系统，尤其缺少统一的公共信息服务平台。针对这一情况，南京市客运交通管理处编制完成了《南京市智能公共交通系统项目（一期）可行性研究报告》，并通过市发改委审批，正式立项实施。《南京市智能公共交通系统项目（一期）可行性研究报告》是涵盖全市的公共客运交通运营管理的大系统，按照“一个中心，三个应用体系”构架组织实施，依托该工程，本课题承担运营关键技术――客流采集分析与公主出行信息服务的研究。
3.对客流采集分析与公众出行信息服务技术的分析
3.1 客流采集技术业务功能需求
本课题主要研究基于“IC卡+投币+视频检测数据”的综合客流采集技术。公交客流信息采集技术与车辆定位、无线信息传输等技术相配合可完成公交车辆的乘客上下车人数、上下车时间、相应站点等数据统计工作，真实地记录各时间、各区段的上下客情况，可实时或准实时地把信息传输到公交调度中心，获得客流随时间的变化、公交OD、断面通过量、满载率、平均运距等一系列指标数据，从而为科学合理地安排发车时间及间隔、优化公交线路、辅助完成客流调查工作等提供第一手资料，还可以全面如实地反映出公交车辆的实际载客人数，方便与收入之间的核对。
城市公共交通是随客流、道路条件、气候等不断变化的随机服务系统，如果信息不灵或反馈不及时，调度人员就无法进行有效的指挥调度。对公交客流的全面、准确把握是公交管理工作的基础，它不仅为日常调度提供依据，也为线网优化提供了参考。
3.1.1 客流统计方法现状分析
客流统计主流方法有：基于IC卡的方式、基于踏板压感的方式、基于红外的方式、基于视频检测的方式，目前投币统计客流的技术应用较少。
IC卡信息量大且全面，技术简单成熟，通过对IC卡数据接口的系统设计，可以获取乘客上下车的时间、相应站点等数据，也可以通过数据分析得到公交乘客出行基本信息，包括平均出行次数、起讫点分布、平均换乘次数、出行耗时、出行距离等。
智能公交投币机目前应用比较广泛，但其主要用途是识别假币，很少用于客流数据采集。
基于视频检测分析的方式，通过在前后车门上部位置固定摄像机，通过视频图像，利用快速数字信号处理器对采集的视频信号进行分析，根据人员在视频序列中的移动方向，确定人员的运动方向，这是目前在客流统计方面最新的发展趋势。
3.1.2 引入基于公交IC卡客流分析技术
国内外及省内很多城市成功采用了IC卡刷卡数据作为客流采集数据，包括苏州在内，已经取得了较好的研究效果。本项目将引入基于公交IC卡数据的客流规律挖掘模型，利用构建的模型分析和算法，将所需的客流数据集成到统一的采集模块。其中，涉及的信息和数据主要包括：（1）客流峰值划分――公交客流峰值区间的划分，对于在人工调查中确定调查时间、人员安排上非常有用。同时在提高预测时段站点客流的精度，优化公交运营的调度，缩短居民出行等候时间等方面也有着广泛的应用。Fisher算法是特征抽取最为有效的方法之一，而且公交IC卡数据样本丰富，Fisher算法能很好的解决区间划分问题。（2）上车站点、停靠时间判定――采用聚类分析，对公交IC卡数据信息中某公交车某一趟运营刷卡记录的分析，由此来确定乘客的上车站点。对大部分的公交出行者而言，其上车站点和下车站点总是相互转换的，即回程时的上车站点就是出发时的下车站点，而出发时的上车站点又是回程时的下车站点。以公交乘客完成一次出行目的作为一次出行，一次出行的第一次刷卡站点作为出行起点，最后下车站点作为出行终点，之间的刷卡站点作为换乘站点。在单一票制线路中，结合公交调度数据来判定车辆靠站时间、乘客上车站点。（3）下车站点、时刻判定在单一票制线路中，乘客下车无需刷卡，因此刷卡数据没有关于下车站点的记录，不能像判断上车站点一样，通过刷卡时间判断下车站点。但由于公交定线定站的运营特征以及城市居民出行特点，决定了公交出行在线路的选择上和客流的分布上具有一定的规律性和稳定性。利用这些特性，本课题研究两站点模型和站点吸引规律来判定乘客下车站点。（4）客流指标――在对公交IC卡数据进行数据挖掘的基础上，确定了乘客上下车站点、时间以及站点时段上、下车人数。利用这些信息，可以获取多种客流指标。具体如站点发生吸引率、时段平均客流、最大断面、出行距离、乘车耗时、全天线路满载率与高峰满载率、短期可流总量预测等。
3.1.3 智能投币设备的应用改进研究
智能投币设备在解决公交企业的投币不足、假币、“票贪”等问题上发挥了积极作用：通过该类型设备通过先进的光电检测技术，可以成功杜绝类似1元硬币的游戏币、残缺纸币，并通过电子密码锁防止驾乘人员盗取票款。
本课题通过与相关设备生产商合作，给智能公交投币机增加计数统计功能，改造后的设备不仅可以将假币拒之门外，还可以自动统计客流信息，作为客流信息采集的重要来源。
主要通过在智能投币机上加装能显示投币金额和累积总数显示器，通过数据接口的与承载设备连接，将实时的投币数据传送至数据中心。根据公交线路票价，新型智能公交投币机可以将投币数据转换成投币上车的人数，就可以准确地掌握该部分的客流信息。
3.1.4 基于视频图像的运动目标检测与跟踪技术研究
基于视频图像的处理是应用在公交车乘客计数上的新技术，通过检测在图像中的运动目标的出现来判定是否有乘客经过。
视频图像序列的处理流程：首先对背景图像进行更新，检测运动目标是否存在并去除背景的干扰，提取目标的大概位置；第二，采用较有效的图像滤波、图像分割、形态学处理等方法对图像进行处理，并根据统计特征清除伪目标，提取乘客头部真正目标和目标特征；最后，对该类目标进行跟踪计数。
本课题研究视频检测计数技术，主要用于前后门的下车数据统计。
综上所述，根据公交线路票价，将投币数据转换成投币上车的人数，再将IC卡的刷卡人数相加，就可以准确地掌握上车客流信息；通过视频检测计数技术，基本可以掌握下车客流数据。综合上下车客流信息可以对于车上实时客流信息、乘客出行规律研究、站点客流信息提供更为科学合理地决策依据。
3.2 公众出行服务技术业务功能需求
3.2.1 城市信息化总体需求
为树立城市交通数字化、交通信息化、交通智能化、交通服务人性化的新形象，城市交通行业必须在“环境宜居要能与欧美先进国家媲美”战略目标的征程中担当好“先行官”。为此，城市交通行业必须坚持全面、协调、可持续发展的科学发展观，以先进的道路及交通运输基础设施和先进的管理体制为基础，以信息技术为支撑，争取交通运输环境最佳，交通服务质量最佳，构筑新的现代交通运输体系。
现阶段急需通过综合交通信息基础平台实现公交、地铁、停车、铁路、航班、气象等信息的融合。平台预留数据接口，可以把采集到的各种数据及时提供给各相关部门，各部门据此开展各种联动协同工作，从而更有效地实现对交通的管理。
随着统一开放、竞争有序的交通运输市场的逐步建立，道路运输、城市公交、公路建养等方面新形势、新晴况层出不穷，原有的交通运输管理方式已越来越不适应运输市场发展的需要。这就需要运用现代信鼠技术特别是计算机技术、网络技术，加快行业管理信息化建设，打破传统观念和部门界限，优化工作程序，增强工作的透明度，提高工作效率，提升领导决策的科学性。通过信息技术，改善行业管理手段，加强交通行业的行政执法水平、行业管理能力、分析决策能力、应急处理能力和公共服务能力，达到提高行业监管水平的目的。在信息化时代，交通信息化建设要跟上发展形势。加强交通信息化建设是提高政府管理水平和宏观调控能力的需要，是增强政府公共服务能力的需要，是提高交通行业竞争力的需要，也是建设创新型行业的需要。
综上所述，要实现从传统粗放型交通向现代化、高效率的集约型交通的转变，提高交通生产、运营、管理以及为民服务的质量，实现城市交通的可持续发展，促进城市经济与社会的协调发展，就必须加快交通信息化建设步伐。通过信息化建设，建成一个具有决策支持信息、行业管理信息、公路基础设施建设与管理信息、公路及城市客货运输信息、车辆动态监控服务以及为社会公众提供信息服务的现代化交通信息体系，为城市交通的跨越式发展服务。
城市交通信息化需求具体表现在：（1）信鼠化基础设施建设的需求包括交通计算机网络、数据库平台、信息交换与接口标准、交通信息化共用技术平台等。（2）科学管理、智能决策的信息需求――开发与配备实用的政府办公信息系统和交通运输业务管理系统，实现信息采集与分析、数据存储与检索、数据挖掘与信息交流。（3）提升运营管理水平的需求――为了保障交通运输的安全高效，需要建设车辆、场站、道路的监控系统，发展城市客运电子车票和公路客运联网售票等新的运营自动化系统，改进货运与客运的调度指挥与管理系统。（4）交互式交通信息服务的社会需求――通过建立交通系统门户网站、开发手机客户端软件等方式，搭建社会公众和政府、交通行业管理部门联系的桥梁。（5）电子商务的发展需求――包括现代化的企业管理，实现企业资源计划，完善企业、行业、客户之间的信息交换，逐步发展电子商务系统和现代物流系统。（6）信息化的制度需求――建立与信息化相适应的组织管理机构、运行机制、规章制度、保障措施和人才队伍。
3.2.2 交通运输行业对交通信息服务的需求
需要在重大活动前做好公交出租交通组织和客流疏散规划工作；掌握车辆限行试行效果，评价对城市路网交通状态和公交出租的影响；掌握城市路网交通状态，保障重大活动期间道路畅通；掌握城市汽车保有量以及每天进出城市的交通情况，分析重大活动期间城市交通承载能力；提升城市公交出租综合服务水平，保障重大活动期间公交出租优质服务。在重大活动期间通过公交出租及时疏散重大活动场馆周边客流；提供良好的车辆运行及停车服务；在发生应急事件时，需要通过公交及时疏散人流掌握城市路网交通状态，保障重大活动期间道路畅通；掌握城市汽车保有量以及每天进出市区的交通情况，分析重大活动期间城市交通承载能力；为市民提供重大活动交通信息服务。在日常交通方面需要掌握道路施工对交通的影响；做好公交站场的规划工作；做好营运车辆和驾驶员管理工作；重大节假日的交通组织管理工作。因此需要整合各相关部门的GPS数据、视频数据、地铁客流数据、航空铁路动态班次、票务发售数据、高快速路出入口视频数据、交通天气等数据。
3.2.3 出行者对交通信息服务的需求
3.2.3.1 出行模式分析
（1）城市公交服务――为城市居民日常出行提供的公共服务，根据不同城市自身特点，主要包括地面公交、轨道交通、轮渡等。（2）城际客运服务在都市圈内提供的城际公交化客运服务，主要满足通勤、购物、探亲等交通需求，实现同城化的快速往返。（3）省际客运服务―针对珠角地区经济社会发展特点，在民航、高铁等高端服务快速发展的同时，为省际问大规模人口流动保留基础性客运服务。
光电技术研究报告范文第3篇
关键词：光伏逆变器 检测平台 户外检测 绿色 研究
中图分类号：TK514 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（a）-0065-02
太阳能发电技术中，最具技术含量的一项莫过于光伏发电技术，近年来随着太阳能发电产业的迅猛发展，光伏发电技术已成为该行业的技术热门。我国自2005年颁布《可再生能源法》以来，逐步加强了全国高新技术院校、研究所等对光能发电技术渗透研究。尤其是在十八届一中全会以来，全国人民在的坚强领导下，坚持走绿色环保道路，深化企业改革，积极引进研究高新技术。太阳能发电在我国迎来春天，经过几年的努力，我国太阳能发电产量已占据世界40%的份额。尽管光伏发电产业规模在不断扩大，但是产业核心技术却一直掌握在西方国家手里。目前最为业界人士重视的光伏逆变器的测试研究在我国就存在着重大的技术瓶颈。在国家政策的支持下，国内光能发电产业中也已成就不少逆变器生产企业，并且均在逆变器性能检测技术方面涉足多年。因为我国工业技术起步晚，初期又缺乏技术人才和理论支持，就技术层面讲，国内大部分企业的结构工艺、智能化程度、转化效率等方面与西方国家还存在很大的差距。
1 我国光能发电产业的发展现状
在全球环境持续恶化，不可再生资源消耗殆尽的今天，太阳能发电无疑是彻底解决“能源危机”“环境污染”的人类救星。应对可持续发展的全球战略，光能发电成为世界最前沿的尖端技术。为了大力坚持鼓励光伏发电产业在我国的发展，政府分别于2009年和2010年颁布了《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》《关于加快培育和发展战略性新型产业的决定》，该政策都明确了我国将坚定发展多元化太阳能发电市场的决心，“十二五计划”以来太阳能发电等新能源产业再次被提上重要议题[1]。
据国家能源统计局数据报告显示，仅截至到2013年我国太阳能发电的电源装机量就达到了335.1%的增幅。借助国家政策对太阳能发电产业的强大扶持力度，整个光伏发电产业链发生巨大变革，光能发电生产材料多硅晶及组件的成本降低又进一步推动了我国光伏发电工程、装机规模的迅猛发展[2]。2013年的数据显示在我国光伏发电的装机数量已突破1500万kW。
光伏发电整个产业链及相关产业在我国已初具规模，主要包含了光能发电主要材料多晶硅的制造生产，太阳能电池的制造封装，光能专用材料、设备的制造安装维护等。与我国飞速发展的光伏制造业相比，在光伏应用领域的前进步伐明显滞后于我国光伏制造业。2000年，我国太阳能电池产量仅为3 MW，到2007年年底达到1088 MW，超过欧洲（1062.8 MW）和日本（920 MW），跃居世界第一位。2010年，我国太阳能电池产量达到8GW，约占全球光伏电池产量的一半，但2010年，我国新增光伏发电装机约500 MW，累计仅800 MW。中国要达到国际能源署技术路线图中提出的光伏发电比例的全球平均水平，累计光伏安装量在2020年前需要达到60 GW光伏，2030年达270 GW[3]。
随我国光伏市场外部环境的不断变化，我国光伏产业的发展局限性日益凸显出来，具体表现在如下几方面。
（1）规模庞大实力软弱，因为我国工业化程度低科研力量薄弱，我国光伏产业在国际市场难以挣得话语权，虽然全年产品出口量巨大，但不能把握产品的价格走势，短期内会因全球市场的需求消耗而占据大部分市场份额，但这样的情况会随着技术落后差距逐渐消失。
（2）专业技术薄弱，我国的光伏产业一直受制于西方国家，其根本原因就是相关高新技术的缺失，在我国尚未建立一套全面完整的光伏科研创新体系，全国范围内与光伏相关的支撑产业如精密仪器、多晶硅材料等几乎全部依赖于进口，这就使得整个光伏产业只能屈服于整个产业链的低端，缺乏国际竞争力的产品往往只能获得薄弱的利润[4]。
（3）国内需求不足，技术薄弱导致大部分生产原材料依靠进口，这大大增加了国内光伏发电成本，加之相关国家政策的短缺，目前为止我国当年装机量还不能达到全年产能的10%，这显示出我国国内光伏发电应用市场的严重不足。
2 国内光伏逆变器检测平台的应用与存在的问题
光能发电创造可再生节能能源，符合全球应对坏境恶化的整体趋势，将成为世界技术领域最炙手可热的科研项目是毋庸置疑的。在光伏发电系统中最为关键的一个组成部件叫做“光伏逆变器”，其功能用最专业的解释为：将光伏发电产生的直流电源通过内部结构的调整转换为交流电，以便将光能转换来的电接入实际应用中的电力网络和负载[5]。近年来受生产组件价格的大幅降低和国内标杆电价政策的出台，光伏逆变器产业的发展得到了巨大的提升。据业界专家介绍，逆变器是光伏发电系统中起功率调节的核心器件，因其特殊的功能地位使得行业对逆变器的生产加工等质量的要求极高，仅造价成本就占据了整个系统15%左右的费用。逆变器市场在我国虽具有光明的前景，但是国内逆变器的生产质量却令人担忧。在不完善的市场体制下，层次不齐的生产厂家根据不同的客户需求及应用要求生产质量水准不一致的产品，逆变器的技术改进一直得不到市场推动，缓慢的产品更新速度严重制约着我国整个光伏发电行业的飞跃。展望光伏产业未来的无限前景，立足国际市场，我国的逆变器生产不仅仅需要量的激增，更加迫切需要质的提高。
中国光伏专业委员介绍说，光伏发电系统能否长期稳定运行很大部分上取决于逆变器的工作性能，其综合性能直接关系到光伏系统的安全可靠性、能源利用率和负载供电质量等[6]。为保证光伏系统的安全运行，逆变器在投入使用前都会进行性能检测实验，目前国内的逆变器性能检测平台多是采用室内实验室的检测方案。即通过利用人工模拟的光伏电池组进行输出试验，该模拟光伏电源可以简便帮助实验人员完成逆变器的功率转换实验。而实际上，逆变器在被应用到光伏系统中去后将要应对各种复杂的外界环境，比如：阳光强度，空气湿度，环境温度，电网及设备的运行状况等因素。实验室中人工设定的实验环境和电网条件根本无法模拟逆变器实际应用中的各种客观问题。这就导致国内大部分逆变器出现能通过国实验室质量认证却能以长期稳定的保证光伏系统运行的情况发生。为保证光能产业长期安全的发展，尽快展开逆变器的室外研究、检测是我们不能逃避的路障。但是在我国，逆变器的室外检测平台技术几乎属于空白内容，由此可见，深化发展我们新能源技术尤其是光伏发电技术，当务之急是加快逆变器的室外检测平台建设。
3 光伏逆变器户外检测技术方案
3.1 逆变器户外检测平台设计方案
平台的设计建设应当依托现有光伏电站开展，整个平台系统由三部分组成：光伏发电系统即光伏电站，逆变器测试设备和逆变器综合性能的分析系统。
其中光伏发电系统包括了光伏电站的部分内容，光伏阵列、光伏防雷汇流箱、变压器、负载电网等。对逆变器性能的检测设备包括：气象站、电能质量分析仪、功率分析仪等。逆变器性能综合分析系统将采集电站运行及被检测逆变器的测试信息，通过分析处理有效数据对逆变器在室外实际工作环境的性能表现做出评价。
3.2 逆变器综合性能分析系统
逆变器综合性能分析系统将采用LabVIEW和QT等软件开发工具进行开发设计。在该平台做逆变器检测时，分析系统可以根据检测要求调整出符合条件的具体工作环境，同时，分析系统还将自动收集、分析、处理相关数据。测试结束后，整个实验过程的实际数据都将储存在分析系统中，由系统根据预定的性能要求标准给予被检测逆变器综合评分。
3.3 逆变器户外测试方案
目前专业的光伏测试系统对逆变器的监测项目包括：逆变器跟踪太阳辐照度，转换效率，功率因数、输出电压稳定度、输出电能质量，软启动，通讯功能等，该文就几项重要性能测试方案给予阐述。
3.4 逆变器跟踪太阳辐照度的性能测试
按照逆变器的功能要求设计，逆变器应当对发生剧变的气象参数尤其是辐照度及时有效的做出相应，以满足光伏系统的发电要求。但是辐照度急剧的变化会产生震荡功率，这将冲击逆变器内部元件甚至导致逆变器跳机情况发生[7]。逆变器如果响应迟钝失效最终将影响光伏系统的产量。测试方案是利用分析系统对比分析气象监测系统和功率分析仪、电能分析仪的三方数据。通过系统对比辐照度和功率波形之间的变化关系最终评定逆变器跟踪辐照度的性能指数。
3.5 转换效率实验
转换效率最直接的代表了逆变器的本质功能，即光能转换的直流电再转换为交流电的效率。目前业界普遍采用的是“欧洲效率”进行计算测试，欧洲效率是加和逆变器分别在i%额定输出功率下的转换效率的一种加权平均值[8]。功率试验利用分析系统综合计算、分析功率分析仪实时监测到的全部数据，并最终给予功率转换性能指数。
3.6 输出电压稳定度测试
输出电压稳定度表征了逆变器输出稳定电压的能力。当前大部分逆变器的性能要求中普遍存在电压调整率一项，电压调整率表示给逆变器输入在允许范围内的波动电压时，逆变器得到的输出电压的偏差百分比。而工作要求严格的逆变器还需要提供一项敷在调整率的参数，表示逆变器负载在0%到100%范围内变动时，其输出电压的偏差百分比。
3.7 谐波测试
按照国际要求，逆变器在额定功率负载下运转，注入电流谐波的总畸变概率不得超过5%，其他负载状况下，逆变器注入电网的各次谐波电流值不得逆变器额定功率运转时可接受的各次谐波电流值[9]。在该检测平台中将利用电能质量分析仪实时监测并记录逆变器的谐波情况，最后将数据输送给逆变器综合性能分析系统，并对逆变器的谐波性能做出分析评价。
4 光伏逆变器户外检测平台建设目标
长期以来，我国光伏发电产业具有巨大发展潜能，无论时经济市场融资组建光伏产业，还是我国丰富的光照资源，都为光伏产业的扩展奠定了物质基础。但是因我国工业化进程起步晚，专业人才缺失，大部分理论知识被欧美国家垄断，我国光能事业的进一步拓展被紧紧的捆绑在技术落后的小辫子上。逆变器室外检测平台作为国内技术空白的突破性科研项目，其被赋予和寄托了多方面的目标和希望。
技术目标：光伏逆变器户外测试平台的建立不仅弥补了我国在太阳能利用方面的技术空白，通过户外测试平台的测试研究将进一步完善光伏产业整体产品质量和服务水准[10]。户外测试平台将彻底解决逆变器室内检测达标实际应用不过关的情况，在对逆变器的整体测试实验中，逆变器与光伏电站运营变化的对应反映，将有助于电站的进一步提升，所得实验数据是将成为光能开发利用理论研究的宝贵资料。
经济目标：户外测试平台一旦开发建设成功，可将其投入商业运作，开放式的管理模式既能规范我国逆变器生产市场又能带动一大批新的高科技产业。户外检测平台将被纳入到光伏产业链中，立足于前景无限的新能源市场，户外检测平台将引领新一批的光能产业经济。
社会效益目标：光伏逆变器检测平台在研究之初就被赋予众望，我国光伏市场仍处于杂散乱多的状况中，市场的深化改革需要技术的支持，只有不断保障逆变器的性能指标，整个光伏市场才能够向更高更科学的远方前进。
5 结语
光伏发电在我国还有很远的路要走，就目前国际形势来看，光伏发电无论是在中国还是在全世界都有广阔的发展前景，但是我国的光伏产业不仅仅需要政府、政策的积极引导和支持，广大科研人员应当担负起重任，励志攻克技术难关，突破国外产权枷锁，为我国的光伏产业塑造强劲的“发动机”，作为光伏产业的一员，光伏企业更应当积极配合国家相关法律法规的实施要求，承担社会责任，努力营造良好的光伏发展氛围。
参考文献
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光电技术研究报告范文第4篇
关键词：精细农业精细农作GPS和GIS工程技术创新
引言
近两年来，我国科技界在研究推进新的农业科技革命中，关于国外“精细农业”技术的发展，引起了广泛的关注。新闻媒体陆续有了一些报导，科技部在筛选“面向21世纪解决16亿人口食物安全的关键技术”项目、组织S-863农业高技术领域发展计划研究以及农业部948引进项目立项中，也受到了重视。有的单位已开展了有关研究和试验示范工程准备工作,加强了和国外的学术交流与合作联系，国内学术交流也开始活跃。国外有关产业界开始向我国推荐其技术产品，密切关注中国走向21世纪实现农业现代化、信息化中这一巨大的潜在技术市场。可以预言：“精细农业”技术体系的试验示范及其相关技术产品的开发研究，将在世纪之交成为推进我国新的农业科技革命中的重要研究课题。信息技术革命为农业生产现代化发展提供了新机遇，在开拓新的前沿科技应用研究领域中，发达国家和一些发展中国家的起跑线拉近了距离，时间上的差距在缩小。在某些重要领域实现技术发展上的跨越，将是机遇性的挑战。主席1998.9在安徽考察工作时的讲话中指出：“现在一些发达国家，已经把基因育种工程、电子信息互联网络、卫星地面定位系统等高新技术应用于农业。我们必需有紧迫感，尽快迎头赶上”。“精细农业”技术体系是农学、农业工程、电子与信息科技等多种学科知识的组装集成，其应用研究发展必将带动一批直接面向农业生产者应用服务的电子信息高新技术，如：卫星定位系统、地理信息系统、遥感技术的农业应用；农田信息快速采集仪器、农田耕作、土肥管理、农药利用、污染控制等适用技术和农业工程装备及其产业化技术的研究与开发，对推动我国基于知识和信息的传统农业现代化，具有深远的战略性意义。“精细农业”，即国际上已趋于共识的“PrecisionAgriculture”或“PrecisionFarming”学术名词的中译。国内科技界及媒体报导中目前尚有各种不同的译法和对其内涵的理解。实际上，目前国外关于PrecisionFarming的研究，基本上仍是集中于利用3S空间信息技术和作物生产管理决策支持技术（DSS）为基础的面向大田作物生产的精细农作技术，即基于信息和先进技术为基础的现代农田“精耕细作”技术。因此，作者认为采用“精细农作”译名来表达当前这一技术思想的内涵可能更为确切。“精细农作”是直接面向农业生产者服务的技术，这一技术体系的早期研究与实践，在发达国家始于八十年代初期从事作物栽培、土壤肥力、作物病虫草害管理的农学家在进行作物生长模拟模型、栽培管理、测土配方施肥与植保专家系统应用研究与实践中进一步揭示的农田内小区作物产量和生长环境条件的明显时空差异性，从而提出对作物栽培管理实施定位、按需变量投入，或称“处方农作”而发展起来的；在农业工程领域，自七十年代中期微电子技术迅速实用化而推动的农业机械装备的机电一体化、智能化监控技术，农田信息智能化采集与处理技术研究的发展，加上八十年代各发达国家对农业经营中必需兼顾农业生产力、资源、环境问题的广泛关切和有效利用农业投入、节约成本、提高农业利润、提高农产品市场竞争力和减少环境后果的迫切需求，为“精细农作”技术体系的形成准备了条件。海湾战争后GPS技术的民用化，使得它在许多国民经济领域的应用研究获得迅速发展，也推动了“精细农作”技术体系的广泛实践。使得近20年来，基于信息技术支持的作物科学、农艺学、土壤学、植保科学、资源环境科学和智能化农业装备与田间信息采集技术、系统优化决策支持技术等，在GPS、GIS空间信息科技支持下组装集成起来，形成和完善了一个新的精细农作技术体系和开展了试验实践。迄今支持“精细农作”示范应用的基本技术手段已逐步研究开发出来，在示范应用中预示了良好的发展前景。近
五、六年来，已有数千计的研究成果，实验报告见诸于国际学术会议或学术刊物；每年都举办专题“国际精细农业学术研讨会”和有关装备技术产品展示会；在万维网上设置有多个专题网址，可以及时查询到有关研究发展信息；美、英、澳、加等国一些著名大学设立了“精细农业”研究中心，开设了有关博士、硕士研究方向及培训课程；日、韩等国近年来已加快开展研究工作，并得到了政府部门和相关企业的大力支持。国际上对这一技术体系的发展潜力及应用前景有了广泛的共识，将成为世纪之交发展农业高新技术应用研究的重要课题。
“精细农作”技术思想的内涵及其主要支持技术：
“精细农作”技术思想的核心，是获取农田小区作物产量和影响作物生长的环境因素（如土壤结构、地形、植物营养、含水量、病虫草害等）实际存在的空间和时间差异性信息，分析影响小区产量差异的原因，采取技术上可行、经济上有效的调控措施，区别对待，按需实施定位调控的“处方农作”。正是信息技术革命为这一技术思想的实践，提供了先进的技术手段。千百年来的作物生产，都是以地区或田块为基础，在区域或田块的尺度上，把耕地看作是具有作物均匀生长条件的对象进行管理，如利用统一的耕作、播种、灌溉、施肥、喷药等农艺措施，满足于获得区域、农场或田块的平均产量的认识水平，很少顾及对农田的盲目投入及过量施肥施药造成的环境后果。传统的农业技术推广模式，也是在区域尺度上进行品种选择、土肥监测，通过地区试验积累的适于当地的栽培管理措施向农户推荐使用。实际上，即使在同一农田内，地表上、下影响作物生长条件和产量的明显时空分布差异性，包括农田内作物病、虫、草害总是先以斑块形式在小区发生，再逐步按时空变化蔓延的特性，早已为人们所认识。几世纪前，农民把土地划分为小田块来耕作经营，正是受到对作物生长环境和产量空间变异的感性知识的影响。我国农民几千年来在小块土地上经过劳动密集的投入和积累的丰富生产管理经验而形成的“传统精耕细作”技术，也可以在小块农田内达到很好的经济产量，只是没有现代科学方法的定量研究和现代工程手段的支持来形成大规模的生产力。本世纪初期，科学家就研究报告过作物产量和田间土壤特性，如N、P、K、pH、SOM含量等在田间分布具有明显的差异性。1929年，Illinois大学C.M.Linsley和F.C.Bauer发表文章劝告农户应绘制自己田区内的土壤酸度分布图和按小区需求使用石灰的建议。之后，一直都有关于农田土壤和收获量空间变异性研究的报导。八十年代以来，关于在农田中实施土壤肥力、植保和作物生产定位管理（SiteSpecificCropManagement）的技术研究受到广泛的重视。世界著名厂商先后向市场提供了装有空间定位和产量传感器的现代谷物联合收获机，已可以在收获过程中自动生成以12-15m2为单元组成的农田小区产量分布图。多年的试验实践表明，田区内小区平均产量的最大差异可以超过100％。由于作物生产还受到气候变异的影响，经连续多年对同一田区积累的数据表明，同一小区年际间的产量差异性也可能是十分明显的。田区内产量上述明显的时空分布差异性，显示了农田资源利用存在的巨大潜力。现代农学技术与电子信息技术的发展，为定量获取这些影响作物生长因素及最终收成的空间差异性信息，实施基于知识和现代科技的分布式调控，达到田区内资源潜力的均衡利用和获取尽可能高的经济产量成为可能。图1是精细农作技术思想的示意图。其实施过程可描述为：带定位系统和产量传感器的联合收获机每秒自动采集田间定位及对应小区平均产量数据通过计算机处理，生成作物产量分布图根据田间地形、地貌、土壤肥力、墒情等参数的空间数据分布图，作物生长发育模拟模型，投入、产出模拟模型，作物管理专家知识库等建立作物管理辅助决策支持系统，并在决策者的参与下生成作物管理处方图根据处方图采用不同方法与手段或相应的处方农业机械按小区实施目标投入和精细农作管理。上述精细农作技术体系在许多发达国家的试验和应用表明，可以显著节约投入，获得良好的经济效益，受到农户的欢迎。
“精细农作”是基于田间小区农作条件的空间差异性，为实现优化作物生产系统的目标而提出的。但工程支持技术的开发研究，对实现这一技术思想起着关键的作用。如：农田信息采集与处方农作的空间定位，需依靠卫星定位系统（GPS）；地理空间信息管理和数据处理，需要应用地理信息系统(GIS)；未来大量地理空间数据的更新，需要遥感技术(RS)的支持；作物产量计量与小区产量图的生成需要能按秒记录收获机累计产量和对应地理坐标位置的智能型收获机械，以及计算机数据处理和产量图自动生成技术；田区空间变量信息的快速实时采集，需要研究基于新原理的传感技术与信号处理技术；按小区实施自动处方农作、调控目标投入需要变量处方农业机械；制定科学的农作处方需要计算机作物管理辅助决策支持系统的支持；作为一个能协调运作的智能化系统需要有高效的信息集成以及有关信息传输、标准化技术的研究等等。
迄今“精细农业”在发达国家也不过
五、六年的应用试验历史，部分支持技术手段还不十分成熟，有待不断研究完善，相关的应用基础研究还比较薄弱。“精细农作”应用实践可根据不同国家、不同地区的社会、经济条件，围绕提高生产、节本增效、保护环境的目标，采用不同的技术组装方式，逐步提高作物生产管理的科学化与精细化水平。其中，获取农田小区产量空间分布的差异性信息是实践精细农作的基础。有了小区产量分布图，农户既可以根据自己的经验知识，分析小区产量差异的原因，选择经济适用的对策，在现实可行条件下采取适当措施实施调控；也可以根据技术经济发展的条件，利用先进的科技手段或智能化变量处方农业机械实现生产过程的自动调控。建立一个完整的精细农作技术体系，需要有多种技术知识和先进技术装备的集成支持
3.“精细农作”技术发展与工程技术创新
3.13S技术农业应用研究：
“精细农作”中的定位信息采集与处方农作实施，需要采用全球卫星定位系统（GPS）。已经建成投入运行的有美国GPS系统和俄罗斯的GLONASS系统。美国GPS系统包括在离地球约20,000km高空近似圆形轨道上运行的24颗地球卫星，其轨道参数和时钟，由设于世界各大洲的五个地面监测站和设于其本土的一个地面控制站进行监测和控制。使得在近地旷野的GPS接收机在昼夜任何时间、任何气象条件下最少能接受到4颗以上卫星的信号，通过测量每一卫星发出的信号到达接收机的传输时间，即可计算出接收机所在的地理空间位置。信号处理技术的发展，可使微弱的卫星信号为便携式或掌上型接收机的小型天线所接收。这是一个功能强大、对任何人、在全球任何地方都可以免费享用的空间信息资源。尽管美国政府对其GPS系统施加了“选择可用性政策”(SA)的影响和卫星信号在空间传输过程中发生的各种累积误差，但技术上可通过差分误差校正方式及信息处理技术使通用接收机的动态3维定位精度容易达到米级或分米级，测量型GPS接收机动态定位精度可达厘米级要求。近几年来，GPS产业技术发展迅速，若干大公司迅速涉足农业领域，提供了用于农田测量、定位信息采集和与智能化农业机械配套的DGPS产品。这类产品通常均具有12个可选择的卫星信号接收通道、动态条件下每秒能自动提供一个3维定位数据，动态定位精度一般可达分米和米级，并具有与计算机和农机智能监控装置的通用标准接口。如美国Trimble公司Ag13212通道GPS接收机，可接收信标台的地区性差分校正信号免费服务或获得由近地卫星转发的广域差分收费校正信号服务，提供可靠的分米级定位和0.1米/小时的速度测量精度。系统可用于农田面积和周边测量、引导田间变量信息定位采集、作物产量小区定位计量、变量作业农业机械实施定位处方施肥、播种、喷药、灌溉和提供农业机械田间导航信息等。配置这一系统需要考虑本地区可能提供的差分信号现有条件，或在缺乏上述服务条件下购置两台Ag132和配套通信电台建立独立的自用差分GPS系统，另还可配置必要的专用可选件如：基站附件、导航附件、背负式田间信息采集附件、掌上型计算机及必要的联接信号电缆等。Ashtect公司的AgNavigator结构设计有些不同，但功能大体相当。DGPS技术的迅速发展，使得近几年来各国提供局域差分信号免费服务的信标站迅速建设起来，至1996年末，美国这类信标站的地区覆盖范围已接近国土的2/3。信标站差分信号服务半径约计300km。我国在东南沿海原交通部也建立了近20个这类信标站。以近地卫星作为星载GPS广域差分信号服务系统在今后几年内也可望在我国部分地区相继建立。在竞争中谋求信息高新技术产品市场的商业利益，将是今后GPS技术发展竞争的总趋势。今年3月30日美国副总统戈尔在白宫新闻会上，宣布开放GPS卫星的L2频道并进一步开放L3频道民用服务，这将大大有利于进一步改善GPS卫星服务的精度和可靠性，使用户获得性能价格比更好的精确定位、定时技术服务。GPS用户系统外观结构简单，小型化，操作方便，但技术含量高。现有国外农机厂商配套的GPS产品，大多采用OEM方式引进关键部件进行二次开发后嵌入于农业机械应用系统中，可使性能价格比显著改善。DGPS作为农业空间信息管理的基础设施，一旦建立起来，即不但可服务于“精细农作”，也可用于农村规划、土地测量、资源管理、环境监测、作业调度中的定位服务，其农业应用技术开发的前景广阔。地理信息系统（GIS）作为用于存储、分析、处理和表达地理空间信息的计算机软件平台，技术上已经成熟。它在“精细农作”技术体系中主要用于建立农田土地管理，土壤数据、自然条件、作物苗情、病虫草害发生发展趋势、作物产量的空间分布等的空间信息数据库和进行空间信息的地理统计处理、图形转换与表达等，为分析差异性和实施调控提供处方信息。它将纳入作物栽培管理辅助决策支持系统，与作物生产管理与长势预测模拟模型、投入产出分析模拟模型和智能化农作专家系统一起，并在决策者的参与下根据产量的空间差异性，分析原因、作出诊断、提出科学处方，落实到GIS支持下形成的田间作物管理处方图，指导科学的调控操作。由于农业活动涉及广阔的地理空间和各种管理信息都有明显的空间随机分布特征，GIS在农业中具有广泛的应用价值。在形成农业空间信息地理图形时，采样密度、采样成本与信息处理的方法如何能更准确反映参数的空间分布，仍然是尚待深入研究的课题。由于商用GIS系统的功能一般都照顾到各种类型用户的需要，针对农业资源信息管理和精细农业实践的需要和农村用户的特点，开发基于GIS设计规范的简单实用、易于向基层农村用户推广、界面友好的田间地理信息系统（FIS）已引起学术界的注意，值得我国农业工程师进行创新研究。
遥感（RS）技术是未来精细农作技术体系中获得田间数据的重要来源。它可以提供大量的田间时空变化信息。近30多年来，RS技术在大面积作物产量预测，农情宏观预报等方面作出了重要贡献。由于卫星遥感数据目前尚达不到必要的空间分辨率和提供满足农作需要的实时性，目前还未用于作物生产的精细管理。然而，遥感技术领域积累起来的农田和作物多光谱图象信息处理及成像技术、传感技术和作物生产管理需求密切相关。RS获得的时间序列图象，可显示出由于农田土壤和作物特性的空间反射光谱变异性，提供农田作物生长的时空变异性的信息，在一季节中不同时间采集的图象，可用于确定作物长势和条件的变化。基于遥感产业界对“精细农作”的商业兴趣，一系列的地球观测卫星将在近几年内发射，到2005年，将有超过40个这类卫星提供服务。大部分这类卫星采集的全色图象，空间分辩率将达1～3米，多光谱图象分辩率预计可达3～15米，扫视区6～30km。由于采用卫星遥感比航空摄影的成本将低一半以上，卫星遥感技术可预期在近3～5年内，在“精细农作”技术体系中扮演重要角色。农业工程师应该涉足这一领域，了解有关的知识，参与应用研究，现在的RS软件已可装载在PC机上使用，性能价格比已可为普通用户所接受。
3.2收获机械产量计量与产量分布图生成技术
作物产量是许多因素综合影响形成的结果和评价种植管理水平的基础。“精细农作”技术思想也正是从获得田间小区产量的差异性信息出发，分析原因，指导管理决策。在“精细农业”研究发展中，虽然也有关于甜菜、土豆、甘蔗、牧草、棉花、水果等收获机械产量计量及产量分布图自动生成的试验研究成果，但迄今已商品化的产品仍集中于谷类作物收获机械方面。据报导，美国目前约有20个制造商供应谷物联合收获机产量计量系统，1997年底，全国使用这一技术的联合收获机约17,000台，其中约有一半带GPS定位系统可支持产量分布图自动生成。一个主要生产厂商宣称，至2001年其生产的90%谷物联合收获机将装备产量监视器。迄今已进入商品化的这类产品主要是基于冲击式-力传感技术（如美国JohnDeree和CaseIH）、容积式光电计量技术（如英国RDS产品）和γ射线流量传感技术（如MasseyFerguson产品）等。在谷物流量自动传感过程中，还可同时测量净粮含水量，在小区产量分布图基础上结合定位处方投入的成本分析直接显示小区经济效益分布图（GrossMarginVariabilityMap）。“精细农作”体系中的产量图自动生成技术，需要解决如下的科学技术问题：
流量传感器的计量精度、稳定性、通用性、标定简便性的进一步改善；
产量计量中同时获得收获机的实际割幅和前进速度信息；
生成产量分布图需要的空间分辨率不大于收获机械工作幅宽的DGPS定位系统；
针对不同收获机械建立谷物由割台至流量测量点的谷物运移过程模型，以校正产量分布信息的动态误差；
研究采集的定位数据和产量数据编码格式与快速存储传输方式。这些数据通常都是存储在软盘或IC智能卡中，能一次存储至少一个作业班内的全部数据，然后再传入PC机进行处理和生成产量分布图；
开发PC上进行产量分布图生成的软件，含文件结构、数据结构、误差校正、数据图形化、显示方式等；
上述技术都还需要继续完善。研究适于不同国家的农业机械装备、种植特点、适于不同作物和更为精确的上述各环节的智能化技术，仍然是农业工程师面临的挑战。谷物联合收获机电子装置，包括谷物产量自动计量和产量图自动生成技术，是当代农机研究的一个重要方向，也应是我国农机装备机电一体化、信息化研究的优先发展方向之一。对于改善易地收获、农机社会化服务，提高农机作业信息化意识，促进作物生产科学管理，都有十分重要的现实意义，应是世纪之交我国农机技术创新的重要课题。3.3田间变量信息采集与处理技术
快速、有效采集和描述影响作物生长环境的空间变量信息，是实践“精细农作”的重要基础。优先需予考虑的主要是土壤含水量、肥力、SOM、土壤压实、耕作层深度和作物病、虫、草害及作物苗情分布信息采集等。目前田间信息快速采集技术的研究仍大大落后于支持精细农作的其它技术发展，已成为国际上众多单位攻关研究的重要课题。现有的土壤信息采集方法是基于定点采样与实验室分析相结合，耗资费时、空间尺度大、难于较精细地描述这些信息的空间变异性。技术创新的方向是研究开发可快速操作，有利于提高采样密度，测量精度能满足实际生产要求的新传感技术和进一步改善空间分布信息的定量描述与近似处理方法。部分参数将可用扫描方式通过安装于作业机械上的传感器连续采集和进一步自动生成空间信息分布图。已经取得实用化或具有良好开发前景的成果，如：土壤含水量测量将在TDR成熟技术基础上，在开发经济实用的基于驻波比、频域法原理、近红外技术的快速测量仪方面拓宽研究领域。土壤主要肥力因素（N、P、K）测量仪器开发方面，基于传统化学分析技术基础上的快速肥力分析仪，目前国内已有实用化产品投入使用，其稳定性、操作性和测量精度虽然尚待改进，但对农田主要肥力因素的快速近似测量具有实用价值；一种基于近红外技术通过间接叶面反射光谱特性进行农田氮肥肥力水平快速评估仪器已在试验使用，它与遥感技术的农业应用密切相关，可以相互借鉴相关技术研究成果；一种基于离子选择场效应晶体管（ISFET）集成元件的土壤主要矿物元素含量测量技术的研究在国外已取得进展，将是值得关注的技术突破性研究方向。土壤耕作层深度对评价土壤持水能力和指导定位处方耕作，确定播种深度、施肥用量密切相关，在美、加、澳等已经开发出不接触式、基于电磁场测量土壤电导率用于评价土层深度分布图的仪器已试验使用，可对指导定位处方深耕取得良好的经济效益；关于SOM传感器，早在数年前已有报导，通过NIR原理研制的可用于田间在线测量的多光谱SOM测量仪已有商品化产品。在作物生长有关变量信息的采集方面，田间杂草识别是“精细农业”支持技术中引起广泛关注的领域。在杂草识别的光谱响应特性方面已有许多研究成果及参考数据可供借鉴。其它田间作物变量传感与空间信息处理技术方面的研究，将围绕新的物理原理与数学方法的应用，如多光谱识别、NIR视角技术、图象模式识别、人工智能方法（ANN、Fuzzy系统分析、ES应用）、状态空间分析、小波分析、卡尔曼滤波方法等。在实践“精细农作”方面，开发基于新的物理原理的近似快速信息采集技术与改善空间地理信息处理方法，仍然是科技工作者面临的艰巨任务。
3.4智能型处方农作机械
七十年代中期微电子应用技术的迅速发展，使得工业化国家的农业机械进入到一个以迅速融合电子技术向机电一体化方向发展的新时期。农业机械的设计中，广泛引入了微电子监控技术用于作业工况监测和控制。八十年代后期起，其监控系统又迅速趋向智能化，由单元控制发展到分布式控制，由单机作业系统向与管理决策系统集成的方向发展。这新一代农业机械装备技术的发展，与过去十多年来基于信息技术的作物生产管理决策支持系统的迅速发展，都是近五年来“精细农作”技术得以进入日益广泛试验实践的重要条件。虽然，迄今支持“精细农作”的若干主要农机装备，除了如前述带产量图自动生成的谷物收获机以外，实施按处方图进行农田投入调控的智能化农业机械,如安装有DGPS定位系统及处方图读入装置的，可自动选择作物品种（二选一）、可按处方图调节播量和播深的谷物精密播种机；可自动选择调控两种化肥配比的自动定位施肥机和自控喷药机；可分别控制喷水量的定位喷灌机均已有商品化产品，并在继续完善。拖拉机驾驶室已安装智能化显示器，在一个LED显示屏上，可随意调用各种图形化可视界面,监控机器各部分的工况和显示处方作业和导航信息。现代带有多处理器的智能型农业机械，已经引用了工业部门中采用的控制器局部网总线技术（CAN），相互间采用光缆传输信息，建立了工业化设计标准。我国当今农业机械技术水平从总体上看与发达国家落后了不止20年，需要在某些领域推动高新技术的应用研究与实践。开发适于我国国情的先进技术。“精细农作”的示范试验研究有可能成为农业机械装备领域应用信息高新技术实现技术创新的切入点。3.5系统集成技术新晨
“精细农业”技术体系是一个集成系统，它涉及到多种学科知识的支持，需要学习应用不同子系统已经形成的硬、软件设计规范、标准、数据格式与通信协议，应用已有的单项技术成果，研究建立某些支持技术的新标准。近几年来，国外研究实践中已经积累了一些进行“精细农业”技术体系集成组装的经验。我国科技工作者要研究这方面的进展，参与国际交流。作为工程师，要善于根据工程项目的整体目标，既能从具体技术角度去思考和研究问题，具有不断突破现有解决实际问题的观念与模式的创新意识；又能注意进行项目目标的整体评估，协调技术先进性与经济可行性的综合优化目标，提出推动技术进步的试验实践方案。
4.问题与思考
