從農(nóng)業(yè)機(jī)械化到農(nóng)業(yè)自動(dòng)化與智能化

從農(nóng)業(yè)機(jī)械化到農(nóng)業(yè)自動(dòng)化與智能化南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院精確農(nóng)業(yè)的基本思想與技術(shù)體系農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、智能化的研究現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)機(jī)械化的成就農(nóng)業(yè)機(jī)械化是人類(lèi)20世紀(jì)取得的最重要的工程技術(shù)成就之一農(nóng)業(yè)機(jī)械化使農(nóng)業(yè)用工減少、成本下降、效率提高、抗災(zāi)能力增強(qiáng)，極大提高了農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)能力農(nóng)業(yè)機(jī)械化的局限性能源消耗增加、物質(zhì)（機(jī)器、化學(xué)品等）投入的邊際效益下降、環(huán)境受到影響由于機(jī)械固有的局限性，作業(yè)的質(zhì)量和范圍受到限制農(nóng)業(yè)機(jī)械化并未改變以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)管理方式農(nóng)業(yè)發(fā)展的演變?cè)嫁r(nóng)業(yè)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息農(nóng)業(yè)典型生產(chǎn)工具：計(jì)算機(jī)控制的信息技術(shù)裝備?；咎卣鳎恨r(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施裝備的信息化、農(nóng)業(yè)技術(shù)操作的全面自動(dòng)化以及農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)管理的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和智能化。89CPUSingleWheelHoe

自古以來(lái)人們孜孜以求的是：

基于信息和經(jīng)驗(yàn)提煉知識(shí)，憑知識(shí)謀劃決策

數(shù)據(jù)

信息

知識(shí)智慧決策

DataInformationknowledgewisdom

精確農(nóng)業(yè)的發(fā)展使農(nóng)業(yè)從以建立在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的粗放管理走向以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)的精確定量管理1精確農(nóng)業(yè)的基本思想與技術(shù)體系

基于信息和知識(shí)管理好復(fù)雜的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)；

由經(jīng)驗(yàn)型、定性化為主的粗放型農(nóng)業(yè)向知識(shí)型、精細(xì)化管理的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變；

基于差異性信息實(shí)施精細(xì)農(nóng)作管理。什么是精確定農(nóng)業(yè)？精確農(nóng)業(yè)不僅是一種技術(shù)體系，更重要的是，它本身是一種農(nóng)業(yè)的哲學(xué)理念和戰(zhàn)略思想精確農(nóng)業(yè)的目標(biāo)：最合理地利用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境精確農(nóng)業(yè)的思想依據(jù)：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件的空間差異性精確農(nóng)業(yè)的作業(yè)方式:據(jù)作物個(gè)體或小群體的需要進(jìn)行作業(yè)精確農(nóng)業(yè)的技術(shù)支撐：現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等高新技術(shù),是信息技術(shù)和人工智能技術(shù)在大農(nóng)業(yè)中的宏觀(guān)和微觀(guān)應(yīng)用精細(xì)農(nóng)業(yè)實(shí)踐的5條規(guī)則

:

按正確的時(shí)間 以正確的數(shù)量 在正確的地點(diǎn) 用正確的方式正確利用投入（營(yíng)養(yǎng)、水、勞動(dòng)、機(jī)器、技術(shù)、成本等）實(shí)施基于空間與時(shí)間差異性的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)科學(xué)管理！精確農(nóng)業(yè)的基本思想經(jīng)濟(jì)要求法律要求環(huán)境要求減少投入車(chē)輛定位系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)農(nóng)機(jī)控制與監(jiān)視優(yōu)化控制系統(tǒng)精確農(nóng)業(yè)系統(tǒng)管理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)作物栽培模型田間歷史數(shù)據(jù)經(jīng)營(yíng)效率改善較少環(huán)境投入較少?gòu)U棄物較高利潤(rùn)精確農(nóng)業(yè)的核心技術(shù)

一個(gè)完整的精確農(nóng)業(yè)體系應(yīng)包括信息的采集、信息的處理、決策的生成及決策的執(zhí)行等系統(tǒng)。其核心技術(shù)可概括為“7S”。

“7S”-精確農(nóng)業(yè)的核心技術(shù)GIS—GeographicalInformationSystem(地理信息系統(tǒng))GPS—GlobalPositioningSystem（全球定位系統(tǒng)）或GNSS—GlobalNavigationSatelliteSystem（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）

RS（或RSS）—RemoteSensingSystem（遙感系統(tǒng)）SS—SimulationSystem（模擬系統(tǒng)）ES—ExpertSystem（專(zhuān)家系統(tǒng)）DSS—DecisionSupportSystem（決策支持系統(tǒng)）ICS—IntelligenceControlSystem（智能控制系統(tǒng)）大田精確種植技術(shù)體系GIS:GeographicalInformationSystem,地理信息系統(tǒng);GPS:GlodalPositioningSystem,全球定位系統(tǒng);RSS:RemoteSensingSystem,遙感系統(tǒng);SS:SimulationSystem,模擬系統(tǒng);ES:ExpertSystem,專(zhuān)家系統(tǒng);DSS:DecisionSupportSystem,決策支持系統(tǒng);ICS:IntelligenceControlSystem,智能控制系統(tǒng);自動(dòng)信息采集GPSGISRS傳感技術(shù)前3S集成田間狀態(tài)圖人工采集ESSSDSS后

3S集成決策生成指令生成決策實(shí)施農(nóng)田對(duì)策圖作業(yè)指令集

ICS

農(nóng)機(jī)明白紙常規(guī)農(nóng)機(jī)GNSS—定位與導(dǎo)航GIS—分析處理田間數(shù)據(jù)RS—獲取農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息ES—解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問(wèn)題儲(chǔ)存物質(zhì)結(jié)構(gòu)物質(zhì)莖根葉面積轉(zhuǎn)化比例光合作用維持生長(zhǎng)光照生理輻射土壤水分蒸騰水分存在水分脅迫作物模型排水蒸發(fā)降水SS—分析作物需求DSS—幫助人們進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策用戶(hù)

人機(jī)接口

問(wèn)題處理系統(tǒng)(PPS)模型庫(kù)管理系統(tǒng)方法庫(kù)管理系統(tǒng)方法庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)模型庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)庫(kù)ICS—決策實(shí)施ICS和前3S及后3S的關(guān)系前3S（信息3S）集成的作用是及時(shí)采集田間信息，經(jīng)過(guò)信息處理形成小區(qū)情況分布圖，該圖應(yīng)能反映田間狀態(tài)（肥、水、病蟲(chóng)、產(chǎn)量）的斑塊不均勻分布情況。后3S（智能3S）集成的作用是及時(shí)生成優(yōu)化了的決策，它的支撐技術(shù)包括專(zhuān)家系統(tǒng)（知識(shí)模型）、模擬系統(tǒng)（數(shù)學(xué)模型）和決策支持系統(tǒng)（從多方案中優(yōu)選或綜合，得出決策）。決策的表達(dá)形式可以是農(nóng)田實(shí)時(shí)處理圖或指令I(lǐng)C卡。ICS是具體的實(shí)施者。精確農(nóng)業(yè)的農(nóng)業(yè)機(jī)械體系具有測(cè)產(chǎn)功能的谷物聯(lián)合收獲機(jī)測(cè)產(chǎn)原理傳統(tǒng)測(cè)產(chǎn)單產(chǎn)=總產(chǎn)重量/地塊畝數(shù)PA測(cè)產(chǎn) 單產(chǎn)=谷物流量-水分含量+損失量行駛速度*實(shí)際割幅測(cè)產(chǎn)收獲機(jī)系統(tǒng)組成行駛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)機(jī)載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)際位置和行駛軌跡監(jiān)測(cè)行駛速度監(jiān)測(cè)谷物流量監(jiān)測(cè)

谷物濕度監(jiān)測(cè)

谷物損失監(jiān)測(cè)割幅監(jiān)測(cè)田野之星其它專(zhuān)用軟件谷物聯(lián)合收獲機(jī)實(shí)時(shí)測(cè)量傳感系統(tǒng)GPS接收裝置DGPS接收裝置谷物濕度測(cè)量谷物密度測(cè)量體積流量測(cè)量損失測(cè)量轉(zhuǎn)向角度測(cè)量距離速度測(cè)量割幅測(cè)量谷物聯(lián)合收獲機(jī)傳感系統(tǒng)谷物流量監(jiān)測(cè)谷物濕度監(jiān)測(cè)谷物損失監(jiān)測(cè)割幅監(jiān)測(cè)光電式—英國(guó)RDS機(jī)械沖擊式—紐荷蘭TX—64γ射線(xiàn)式—麥賽福格森公司電容式電感式超聲波式?jīng)_擊式變量作業(yè)機(jī)械可變量技術(shù)(VRT,VariableRateTechnology)根據(jù)要求在作業(yè)過(guò)程中自動(dòng)調(diào)整作業(yè)量的技術(shù)(機(jī)械)基于地圖的可變形量技術(shù)(map-basedVRT)基于實(shí)時(shí)傳感器的可變量技術(shù)(senor-basedVRT)(1)基于地圖的可變形量技術(shù)利用地圖信息判定作物對(duì)農(nóng)藥、化肥等的需求量基于地圖的可變量技術(shù)系統(tǒng)的執(zhí)行過(guò)程變量干粉混合施肥機(jī)原理基于地圖的可變量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)技術(shù)相對(duì)成熟，在很多農(nóng)業(yè)作業(yè)中已可應(yīng)用在形成實(shí)施方案的過(guò)程中，有多種信息資源可以利用有足夠的時(shí)間采集和分析樣本數(shù)據(jù)，可更精確的確定作物需求量可以避免由于行駛速度的系統(tǒng)響應(yīng)造成的誤差基于地圖的可變量技術(shù)的缺點(diǎn)需要事先采集分析數(shù)據(jù)需要GPS系統(tǒng)的支持GPS系統(tǒng)的誤差影響工作精度采集數(shù)據(jù)的方案實(shí)施之間的時(shí)間差也會(huì)造成實(shí)施方案誤差（2）基于實(shí)時(shí)傳感器的可變量技術(shù)利用各種傳感器實(shí)時(shí)測(cè)定相關(guān)參數(shù)，從而確定相關(guān)作物需求基于實(shí)時(shí)傳感器的可變量技術(shù)系統(tǒng)的工作過(guò)程雜草驅(qū)動(dòng)噴霧工作原理基于實(shí)時(shí)傳感器的可變量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)實(shí)施問(wèn)及此事不必進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的分析與樣本采集相比，傳感器可提供更高的數(shù)據(jù)分辨率不必GPS支持，避免了GPS誤差測(cè)量和方案實(shí)施之間沒(méi)時(shí)間差基于實(shí)時(shí)傳感器的可變量技術(shù)的缺點(diǎn)可利用的信息和信息處理時(shí)間受到限制系統(tǒng)響應(yīng)誤差影響實(shí)施精度需要有效的傳感器精確變量施肥機(jī)精確變量施肥機(jī)精確變量噴藥機(jī)解決的三大問(wèn)題:噴霧流量的控制與霧滴大小相互影響噴藥量受行駛速度的影響小區(qū)藥量及霧滴大小不能按處方圖要求定位調(diào)節(jié)藥劑注入式控制系統(tǒng)2農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、智能化的研究現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、智能化的發(fā)展背景農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、智能化的概念農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀從農(nóng)業(yè)機(jī)械化走向農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和智能化

農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和智能化的發(fā)展背景

電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通訊技術(shù)等現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展為農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和智能化奠定了科學(xué)和技術(shù)基礎(chǔ)人們對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提出了經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)等方面的新要求A生長(zhǎng)條件最優(yōu)化B提高作業(yè)質(zhì)量，更能滿(mǎn)足農(nóng)藝的要求C擴(kuò)大作業(yè)范圍D降低成本F保護(hù)環(huán)境農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和智能化的基本概念?農(nóng)業(yè)自動(dòng)化在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中機(jī)器按照人們事先的規(guī)定自動(dòng)完成作業(yè)?農(nóng)業(yè)智能化廣泛采作智能化技術(shù)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要決策和作業(yè)均由智能化系統(tǒng)和機(jī)器來(lái)完成關(guān)鍵技術(shù)傳感器與信息采集與處理技術(shù)土壤水份、肥力的快速測(cè)量作物長(zhǎng)勢(shì)的監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)機(jī)械工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與控制計(jì)算機(jī)圖象處理技術(shù)模擬系統(tǒng)、專(zhuān)家系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)的研究作物生長(zhǎng)模擬系統(tǒng)作物生長(zhǎng)管理農(nóng)場(chǎng)管理重點(diǎn)研究領(lǐng)域傳統(tǒng)機(jī)械無(wú)法完成的農(nóng)業(yè)作業(yè)的機(jī)械化實(shí)現(xiàn)部分果蔬收獲雜草的高效、低（或無(wú)）污染的清除農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的導(dǎo)航方式有以下三種信標(biāo)導(dǎo)航GPS導(dǎo)航機(jī)器視覺(jué)導(dǎo)航信標(biāo)導(dǎo)航原理機(jī)器視覺(jué)導(dǎo)航機(jī)器視覺(jué)導(dǎo)航農(nóng)用移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái).wmv速度為0.5m/s時(shí)的橫向和航向偏差速度為1.5m/s時(shí)的橫向和航向偏差GNSS導(dǎo)航自動(dòng)駕駛拖拉機(jī)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)機(jī)器人的基本概念機(jī)器人—可編程的，能執(zhí)行某些操作作業(yè)或移動(dòng)動(dòng)作的自動(dòng)控制機(jī)械第一代機(jī)器人：據(jù)程序完成一些簡(jiǎn)單重復(fù)性的作業(yè)第二代機(jī)器人：具有感知系統(tǒng)，可離線(xiàn)編程第三代機(jī)器人：不僅具有感知功能，還具有規(guī)劃和決策能力農(nóng)業(yè)機(jī)器人大多屬于第三代機(jī)器人農(nóng)業(yè)機(jī)器人的類(lèi)型按移動(dòng)與否機(jī)械手機(jī)器人移動(dòng)機(jī)器人按功能嫁接機(jī)器人收獲機(jī)器人田管理（噴藥、除草等）機(jī)器人耕整地機(jī)器人園藝機(jī)器人搬運(yùn)機(jī)器人畜牧生產(chǎn)機(jī)器人農(nóng)畜產(chǎn)品處理機(jī)器人農(nóng)業(yè)機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)感官：功能為感覺(jué)認(rèn)識(shí)；技術(shù)實(shí)現(xiàn)為內(nèi)外傳感器和導(dǎo)航傳感器神經(jīng)：功能為信息傳遞；技術(shù)實(shí)現(xiàn)為操作員、接口、連線(xiàn)大腦：功能為記憶和判斷；技術(shù)實(shí)現(xiàn)為電腦數(shù)據(jù)庫(kù)和智能控制器心臟：功能為動(dòng)力供給；技術(shù)實(shí)現(xiàn)為電源、空氣壓縮機(jī)、內(nèi)燃機(jī)及其傳動(dòng)系統(tǒng)等肢體：行走和操作；技術(shù)實(shí)現(xiàn)為行走系統(tǒng)、作業(yè)部件或機(jī)械手農(nóng)業(yè)機(jī)器人的感官系統(tǒng)

-農(nóng)業(yè)機(jī)器人的信息獲取與處理（1）導(dǎo)航信息獲?。?）工作目標(biāo)信息獲?。?）工作狀態(tài)信息獲取

農(nóng)業(yè)機(jī)器人的作業(yè)機(jī)構(gòu)

根據(jù)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的作業(yè)機(jī)構(gòu)與普通農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)機(jī)構(gòu)的差異，可將農(nóng)業(yè)機(jī)器人的作業(yè)機(jī)構(gòu)分為兩類(lèi)。（1）常規(guī)作業(yè)機(jī)構(gòu)（2）機(jī)械手機(jī)構(gòu)意大利研制的用于溫室工作的機(jī)械臂式機(jī)器人拔苗器（機(jī)械手）移栽裝置草莓收獲機(jī)器人采摘機(jī)構(gòu)（未端執(zhí)行器）大西紅柿收獲機(jī)構(gòu)草莓西紅柿收獲機(jī)構(gòu)蘋(píng)果采摘機(jī)器人.avi柑橘收獲機(jī)器人.wmv蘑菇收獲機(jī)器人.mov葡萄收獲機(jī)器人.mov茄子收獲機(jī)器人.mov西紅柿收獲機(jī)器人.mov草莓收獲機(jī)器人.mp4修剪機(jī)器人.f4v移栽機(jī)器人.wmv種菜機(jī)器人.flv插秧機(jī)器人.mp4未來(lái)的農(nóng)業(yè).mp4農(nóng)業(yè)智能化及農(nóng)業(yè)機(jī)器人發(fā)展展望

雖然已有一些智能人技術(shù)和裝備在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上得到了應(yīng)用，但農(nóng)業(yè)的