從農(nóng)業(yè)機械化到農(nóng)業(yè)自動化與智能化

從農(nóng)業(yè)機械化到農(nóng)業(yè)自動化與智能化南京農(nóng)業(yè)大學工學院精確農(nóng)業(yè)的基本思想與技術體系農(nóng)業(yè)自動化、智能化的研究現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)機械化的成就農(nóng)業(yè)機械化是人類20世紀取得的最重要的工程技術成就之一農(nóng)業(yè)機械化使農(nóng)業(yè)用工減少、成本下降、效率提高、抗災能力增強，極大提高了農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)能力農(nóng)業(yè)機械化的局限性能源消耗增加、物質(zhì)（機器、化學品等）投入的邊際效益下降、環(huán)境受到影響由于機械固有的局限性，作業(yè)的質(zhì)量和范圍受到限制農(nóng)業(yè)機械化并未改變以經(jīng)驗為基礎的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)管理方式農(nóng)業(yè)發(fā)展的演變原始農(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：計算機控制的信息技術裝備?；咎卣鳎恨r(nóng)業(yè)基礎設施裝備的信息化、農(nóng)業(yè)技術操作的全面自動化以及農(nóng)業(yè)經(jīng)營管理的網(wǎng)絡化、數(shù)字化和智能化。89CPUSingleWheelHoe

自古以來人們孜孜以求的是：

基于信息和經(jīng)驗提煉知識，憑知識謀劃決策

數(shù)據(jù)

信息

知識智慧決策

DataInformationknowledgewisdom

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

基于信息和知識管理好復雜的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)；

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

基于差異性信息實施精細農(nóng)作管理。什么是精確定農(nóng)業(yè)？精確農(nóng)業(yè)不僅是一種技術體系，更重要的是，它本身是一種農(nóng)業(yè)的哲學理念和戰(zhàn)略思想精確農(nóng)業(yè)的目標：最合理地利用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源和保護生態(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)作物個體或小群體的需要進行作業(yè)精確農(nóng)業(yè)的技術支撐：現(xiàn)代電子技術、計算機技術等高新技術,是信息技術和人工智能技術在大農(nóng)業(yè)中的宏觀和微觀應用精細農(nóng)業(yè)實踐的5條規(guī)則

:

按正確的時間 以正確的數(shù)量 在正確的地點 用正確的方式正確利用投入（營養(yǎng)、水、勞動、機器、技術、成本等）實施基于空間與時間差異性的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)科學管理！精確農(nóng)業(yè)的基本思想經(jīng)濟要求法律要求環(huán)境要求減少投入車輛定位系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)農(nóng)機控制與監(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)營效率改善較少環(huán)境投入較少廢棄物較高利潤精確農(nóng)業(yè)的核心技術

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

“7S”-精確農(nóng)業(yè)的核心技術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,專家系統(tǒng);DSS:DecisionSupportSystem,決策支持系統(tǒng);ICS:IntelligenceControlSystem,智能控制系統(tǒng);自動信息采集GPSGISRS傳感技術前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施農(nóng)田對策圖作業(yè)指令集

ICS

農(nóng)機明白紙常規(guī)農(nóng)機GNSS—定位與導航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)問題儲存物質(zhì)結構物質(zhì)莖根葉面積轉(zhuǎn)化比例光合作用維持生長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—幫助人們進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策用戶

人機接口

問題處理系統(tǒng)(PPS)模型庫管理系統(tǒng)方法庫管理系統(tǒng)方法庫數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)知識庫管理系統(tǒng)模型庫數(shù)據(jù)庫知識庫ICS—決策實施ICS和前3S及后3S的關系前3S（信息3S）集成的作用是及時采集田間信息，經(jīng)過信息處理形成小區(qū)情況分布圖，該圖應能反映田間狀態(tài)（肥、水、病蟲、產(chǎn)量）的斑塊不均勻分布情況。后3S（智能3S）集成的作用是及時生成優(yōu)化了的決策，它的支撐技術包括專家系統(tǒng)（知識模型）、模擬系統(tǒng)（數(shù)學模型）和決策支持系統(tǒng)（從多方案中優(yōu)選或綜合，得出決策）。決策的表達形式可以是農(nóng)田實時處理圖或指令IC卡。ICS是具體的實施者。精確農(nóng)業(yè)的農(nóng)業(yè)機械體系具有測產(chǎn)功能的谷物聯(lián)合收獲機測產(chǎn)原理傳統(tǒng)測產(chǎn)單產(chǎn)=總產(chǎn)重量/地塊畝數(shù)PA測產(chǎn) 單產(chǎn)=谷物流量-水分含量+損失量行駛速度*實際割幅測產(chǎn)收獲機系統(tǒng)組成行駛監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)量實時監(jiān)測系統(tǒng)機載計算機系統(tǒng)實際位置和行駛軌跡監(jiān)測行駛速度監(jiān)測谷物流量監(jiān)測

谷物濕度監(jiān)測

谷物損失監(jiān)測割幅監(jiān)測田野之星其它專用軟件谷物聯(lián)合收獲機實時測量傳感系統(tǒng)GPS接收裝置DGPS接收裝置谷物濕度測量谷物密度測量體積流量測量損失測量轉(zhuǎn)向角度測量距離速度測量割幅測量谷物聯(lián)合收獲機傳感系統(tǒng)谷物流量監(jiān)測谷物濕度監(jiān)測谷物損失監(jiān)測割幅監(jiān)測光電式—英國RDS機械沖擊式—紐荷蘭TX—64γ射線式—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)機械可變量技術(VRT,VariableRateTechnology)根據(jù)要求在作業(yè)過程中自動調(diào)整作業(yè)量的技術(機械)基于地圖的可變形量技術(map-basedVRT)基于實時傳感器的可變量技術(senor-basedVRT)(1)基于地圖的可變形量技術利用地圖信息判定作物對農(nóng)藥、化肥等的需求量基于地圖的可變量技術系統(tǒng)的執(zhí)行過程變量干粉混合施肥機原理基于地圖的可變量技術的優(yōu)點技術相對成熟，在很多農(nóng)業(yè)作業(yè)中已可應用在形成實施方案的過程中，有多種信息資源可以利用有足夠的時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)響應造成的誤差基于地圖的可變量技術的缺點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)的方案實施之間的時間差也會造成實施方案誤差（2）基于實時傳感器的可變量技術利用各種傳感器實時測定相關參數(shù)，從而確定相關作物需求基于實時傳感器的可變量技術系統(tǒng)的工作過程雜草驅(qū)動噴霧工作原理基于實時傳感器的可變量技術的優(yōu)點實施問及此事不必進行數(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誤差測量和方案實施之間沒時間差基于實時傳感器的可變量技術的缺點可利用的信息和信息處理時間受到限制系統(tǒng)響應誤差影響實施精度需要有效的傳感器精確變量施肥機精確變量施肥機精確變量噴藥機解決的三大問題: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)自動化、智能化的研究現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)自動化、智能化的發(fā)展背景農(nóng)業(yè)自動化、智能化的概念農(nóng)業(yè)機械自動導航技術農(nóng)業(yè)機器人的研究現(xiàn)狀從農(nóng)業(yè)機械化走向農(nóng)業(yè)自動化和智能化

農(nóng)業(yè)自動化和智能化的發(fā)展背景

電子技術、自動控制技術、計算機技術與通訊技術等現(xiàn)代高新技術的發(fā)展為農(nóng)業(yè)自動化和智能化奠定了科學和技術基礎人們對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提出了經(jīng)濟、環(huán)境、社會等方面的新要求A生長條件最優(yōu)化B提高作業(yè)質(zhì)量，更能滿足農(nóng)藝的要求C擴大作業(yè)范圍D降低成本F保護環(huán)境農(nóng)業(yè)自動化和智能化的基本概念?農(nóng)業(yè)自動化在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中機器按照人們事先的規(guī)定自動完成作業(yè)?農(nóng)業(yè)智能化廣泛采作智能化技術，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要決策和作業(yè)均由智能化系統(tǒng)和機器來完成關鍵技術傳感器與信息采集與處理技術土壤水份、肥力的快速測量作物長勢的監(jiān)測農(nóng)業(yè)機械工作狀態(tài)的監(jiān)測與控制計算機圖象處理技術模擬系統(tǒng)、專家系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)的研究作物生長模擬系統(tǒng)作物生長管理農(nóng)場管理重點研究領域傳統(tǒng)機械無法完成的農(nóng)業(yè)作業(yè)的機械化實現(xiàn)部分果蔬收獲雜草的高效、低（或無）污染的清除農(nóng)業(yè)機械自動導航技術農(nóng)業(yè)機器人的導航方式有以下三種信標導航GPS導航機器視覺導航信標導航原理機器視覺導航機器視覺導航農(nóng)用移動機器人平臺.wmv速度為0.5m/s時的橫向和航向偏差速度為1.5m/s時的橫向和航向偏差GNSS導航自動駕駛拖拉機農(nóng)業(yè)機器人的研究現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)機器人的基本概念機器人—可編程的，能執(zhí)行某些操作作業(yè)或移動動作的自動控制機械第一代機器人：據(jù)程序完成一些簡單重復性的作業(yè)第二代機器人：具有感知系統(tǒng)，可離線編程第三代機器人：不僅具有感知功能，還具有規(guī)劃和決策能力農(nóng)業(yè)機器人大多屬于第三代機器人農(nóng)業(yè)機器人的類型按移動與否機械手機器人移動機器人按功能嫁接機器人收獲機器人田管理（噴藥、除草等）機器人耕整地機器人園藝機器人搬運機器人畜牧生產(chǎn)機器人農(nóng)畜產(chǎn)品處理機器人農(nóng)業(yè)機器人的基本結構感官：功能為感覺認識；技術實現(xiàn)為內(nèi)外傳感器和導航傳感器神經(jīng)：功能為信息傳遞；技術實現(xiàn)為操作員、接口、連線大腦：功能為記憶和判斷；技術實現(xiàn)為電腦數(shù)據(jù)庫和智能控制器心臟：功能為動力供給；技術實現(xiàn)為電源、空氣壓縮機、內(nèi)燃機及其傳動系統(tǒng)等肢體：行走和操作；技術實現(xiàn)為行走系統(tǒng)、作業(yè)部件或機械手農(nóng)業(yè)機器人的感官系統(tǒng)

-農(nóng)業(yè)機器人的信息獲取與處理（1）導航信息獲取（2）工作目標信息獲?。?）工作狀態(tài)信息獲取

農(nóng)業(yè)機器人的作業(yè)機構

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

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