01精细农业与智能化农机装备ppt课件

1、精 细 农 业 与智能化农业机械配备1.1. 精细农业的根本概念2. 精细农业前3S简介3. 智能化农业机械配备4. 终了语4.1.1 精细农业概念的引入背景与演化;1995年，前国家农业部部长刘 江同志率中国农业代表团访问美国时，与前美国农业部部长谈判曾提问：未来21世纪引起全球农业消费领域艰苦配备技术变革将是什么？当时明确回答是：“ Precision Agriculture , 在美国还有一种说法叫 “ Precision Farming 。 代表团回来后，我国的新闻媒介便开场了“准确农业、“精准农业的宣传。我国从事：“ Precision Agriculture 研讨与攻关的学科带头人

2、是中国工程院院士、原国务院学位委员会农业工程学科评议组组长、中国农业机5.械学会和中国农业工程学会声誉理事长、世界粮农组织农业工程专家组专家、中国农业大学教授汪懋华先生。多年来，他努力于该领域的宣传、研讨、攻关，每年多次出国专项调查，指点培育硕士和博士研讨生，倡导组建中国精细农业工程示范研讨基地。汪懋华先生以为：结合我国劳动人民千百年来精耕细作的优良传统，把：“ Precision Agriculture 翻译成精细农业更为合宜。所以本次讲座称号为精细农业与智能化农业机械配备。6.1.2 精细农业的艰苦意义;2000年前后在我国有无搞精细农业的必要，学术界还有一定的争议。赞同者以为：精细农业集

3、最先进的现代科学技术于一体，它的研讨与推行运用不仅会引起农业消费领域中艰苦革命，同时也会促进农业配备技术的艰苦变革，必将促进我国的电子产业、计算机产业、信息技术产业和机械配备产业的技术提高和开展。智能化农业机械装.备是实现精细农业的载体，它是知识经济的产物，也是知识经济的详细表达。目前从国外引进一台智能化农业机械配备，少那么几万元、几十万元，多那么一百多万元。持不同观念的人们以为：中国是一个开展中的国家，耕地少，人口多，资金缺乏，目前用7%的土地养活22%的人口已是了不起的成就。精细农业投入太大，暂时还不符合中国国情。.我的观念属前者。当然搞精细农业也不是搞群众运动，全面展开。但是我们要投入一

4、定的精神予以关注、投入一定的财力予以支持研讨，开发具有我国知识产权并适宜我国国情的精细农业智能化机械配备。由于它必然代表了先进消费力的方向，具有艰苦的战略意义。我以为：持疑心态度人的观念也有其现实的道理，但是眼前看得太多，应该看事物的开展规律与开展前景.纵观世界农业的开展史可见：20世纪50年代前，第一、第二世界国家要从第三世界国家进口粮食和农产品来维持他们国家人民的生活；但是20世纪50年代以后，情况发生了逆转，第一、第二世界国家要向第三世界国家出口大量的粮食和农产品，当然这些国家人民的生活需求进口。然而，处于第一、第二世界的兴隆国家的耕地面积并无明显添加，仅有35%的劳动.力从事农业消费。

5、也就是说在农业资源没有添加、反而减少的情况下，为什么会出现这样的逆转呢？他们主要是依托科学技术，包括逐渐开展起来的精细农业工程技术，大大提高了劳动消费率和农业资源的利用率、降低了消费本钱、减少了化肥、农药、石油的投入，减轻了对环境的污染，到达了经济效益、社会效益和生态效益的同步增长与可继续开展。.目前，我国化肥、农药有效利用率在30%左右，天然降水的利用率缺乏35%，仅为兴隆国家程度的一半；而每公顷拥有的农业动力约为1KW，相当于美国程度的2倍。我国的低产田占耕地总面积的60%以上，其单产仅为高产田的几分之一；对于中、高产田，或者即使是同一地块里，土壤的肥力、墒情、杂草、病虫害、产量等等在部分

6、区域往往差别很大，并非均匀一致.而传统的农业机械配备的设计参数与考核目的是以均匀一致性为准那么的。耕深要求均匀一致、肥料要求撒播均匀，播种目的播量、播深等要求一致，农药、除草剂喷洒均匀，农田灌溉均匀一致等等。以均匀一致的资源耗费投入到实践差别悬殊的详细环境之中，要么呵斥部分供应缺乏，土地、日光、空气等资源不能充分发扬本身的最大功能；要么呵斥部分供应过剩，.最终呵斥资源的浪费和环境的污染，不能到达农业作业最正确理想的目的。1.1.3 精细农业的定义：精细农业是一种战略思想，是信息和人工智能高新技术在大农业中的微观运用。它的全部概念建立在空间差别和时间差别的数据采集和处置上，其中心意图是实时测知作

7、物畜禽.个体或小群体或小区地块生长和防疫的实践需求，而及时确定针对性投入肥、水、药饲料等的量、质和时机，一反传统农业大面积平均投入的作法，以求最正确效果和最低代价。实行精细农业可以在减少投入的情况下添加或维持产量、提高质量、降低本钱、节约资源、减少污染、维护生态。.1.4 精细农业的技术体系: 精细农业的技术体系：主要由前3S、后3S和最后1S组成。简称精细农业7S体系。前3S：GPS全球定位系统(Global Positioning System) GIS地理信息系统 (Geographical Information System) RSS遥感系统 (Remote Sensing Syst

8、em).后3S：ES专家系统 (Expert System) SS模拟系统 (Simulation System) DSS决策支持系统 (Decision Support System) 最后1S： ICS智能控制系统 (Intelligence Control System) .前3S的集成作用是及时采集田间信息，经过信息处置构成田间形状图，田间形状图应能田间形状肥、水、病、虫、产量的斑块状不均匀分布。后3S集成的作用是及时生成优化的决策，它的支持技术包括专家系统知识模型、模拟系统数学模型和决策支持系统从多方案中优化或综合，作出决策。决策的表述方式可以是田间对策图或指令.IC 卡，IC卡便于

9、智能控制新型农业配备在田间作业时执行，实现按需变量投入的目的要求。 最后1S ，ICS智能控制系统是智能化农业机械配备的控制指挥中心。由农机操作者下达指令，从DGPS接受位置信息，从GIS中的执行电子地图提取决策信息，.也可以接受实时传感器的信息，并将它们转化为向执行器发出的控制信号，执行设备在接受信号后经过液动、气动或电动系统实现对作物的变量投入或作业操作调整。它还可以接受自执行设备传来的反响信号，对作物投入量进展微调并存档备查。.2.1 全球定位系统 GPS ； GPS 是缩写词NAVSTAR/GPS的简称，其全部意义为：导航卫星测时和测距/全球定位系统，即 Navigation Sate

10、lite Timing and Ranging / Global Positioning System. 2.1.1 导航卫星：24颗卫星，分布在6个轨道平面上，每个轨道上有4颗卫星。在地球上恣意地方，至少同时可察看到5颗卫星。其中至少有4颗在地平线7.50以上。. 卫星轨道高度约21083km，运转周期接近12h ，准确地说卫星经过地面上同一点上空的时间，每天提早4 min，卫星时钟日稳定度达10-14 / 日。 卫星上的导航发射机向用户播发信号，采用双频方式, 频率1575.42MHZ和1227.60MHZ。发射双频是为了校正电离层产生的附加延时。.2.1.2 地面站组: 地面站组亦称地面

11、控制部分，包括 4 个监控站，1 个注入站和 1个主控站。出于军事目的，这些站全部设在美国外乡的空军基地内，进展导航卫星的监视和运转参数的修正控制。2.1.3 用户设备: 用户设备是GPS接纳机，它的主要功能是接纳导航卫星播发的信号并利用本机产生的随机编码获得间隔丈量和导航电文，根据导航电文提供的卫星位置.和钟差修正信息，计算显示接纳机的位置，这就是定位。卫星发射的信号包括 P 码 和 C / A码。 P 码为精细导航定位，为严密码，专供美国军方和特许用户运用，属精细定位业务，又记作PPS业务； C / A码供普通用户运用，称作规范定位业务，又记作SPS业务。.2.1.3 GPS定位原理: G

12、PS接纳机接纳的卫星导航电文中有卫星的空间坐标位置，两两卫星间的间隔；接纳机经过卫星播发的信号传输时间可以计算出接纳机与各个卫星间的间隔，这样知条件具备，即可计算出接纳机位置坐标，以所处地理位置经、纬度显示。.2.1.4 美国政府GPS任务卫星的SA政策:由于GPS全球定位系统是美国国防部研制开发为美国陆、海、空三军运用的导航系统。该系统具有可以覆盖全球的多维延续定位才干，可以极大地提高军队的作战才干。出于国家平安角度思索，最关键的是信号精度。P码精码目前可以提供10m的实时定位精度，C/A码粗码，可以提供几十米. 的实时定位精度。1983年前C/A码程度定位精度设在500m，1983年6月宣

13、布改为100m。一旦美国军队遇到敌方运用的GPS辅助武器或战术带来明显要挟，美国可以提高引入的误差，此时公开运用的GPS系统定位误差能够大大超越和平常期规范定位业务的程度。这就是美国政府GPS任务卫星的SA政策，即“选择可用性政策Selective Availability。.2.1.5 差分GPSDGPSDifferential GPS:采用差分GPS几乎可以完全消除“选择可用性带来的误差。此外差分技术不需求双频却能准确地作电离层补偿，从而使定位精度超越单独运用精细定位业务所得到的精度。之所以能获得这种效果，是由于“选择可用性和电离层带来的误差都是缓慢变化的偏向，利用误差在时间上和空间上的相

14、关性就可以将它们校正掉。.目前GPS接纳机多数具有差分系统，除了接纳卫星信号外，它还接纳地面基准站的信号，经过差分计算处置，获得高的定位精度。美国政府允许这种差分任务的存在，由于部分区域的差分不会得呵斥对美国平安的要挟，再者美国军方以为在必要时，它有才干摧毁差分系统的通讯才干。.2.2.6 导航飞防农业GPS运用实例：利用飞机喷洒农药,普通飞行高度为730m，航线间隔50m，药效覆盖宽度正负40m，常用“运五飞机，飞行速度为200Km/h , 对于10Km航线，飞机只需5 min左右，加上飞机转弯，飞一条航线约需78 min。用人工地标，地面任务人员需用50人；采用GPS导航定位系统，可大大节

15、约地面任务人员的需求量、节约本钱、保证作业质量。.2.2 地理信息系统GIS： 1998年，前美国副总统戈尔曾提出美国大型科研方案，建立数字化地球。这阐明美国的科研根底曾经具备完成这一方案的才干。所谓数字化地球，就是将地球外表、地表上方空间、地表以下的地理信息以数字的方式存贮于计算机系统之中，以便今后决策和义务执行中随时调用。地理信息是指表征地理诸要素的数量、质.量分布特性、相互联络及其变化规律的数字、文字、图像与图形特征的总称。其信息属于空间信息，具有区域性、多维构造牲。例如：在一个地面点上，可取高度、土壤肥力、作物产量、噪声、污染、交通、通讯、电力线、输油输气管网等多种信息。地理信息有明显

16、的时序特征，即动态变化特征。.2.2.1 地理登信息系统的分类：地理信息系统按其内容可分为：2.2.1.1 专题地理地理信息系统: 如水资源管理信息系统、矿产资源信息系统、农业估产信息系统、交通管理信息系统、环境管理信息系统、城市地下管网管理信息系统等。2.2.1.2 区域地理信息系统: 如加拿大国家信息系统、中国京津唐区域开发信息系统等。.2.2.1.3 地理信息系统工具软件平台：它是一种具有图形、图像数字化、存贮管理、查询检索、分析处置和输出功能的软件包。2.2.2 地理信息系统的组成:2.2.2.1 计算机硬件系统：1包括计算机主机，提供存贮空间，对数据进展编辑处置。2数字化仪可将地图或

17、遥感图像数字化后输入计算机。3绘图仪。.和其它设备,用来表示数据处置结果。4磁带盘机，用于存贮大型数据库和程序。5显示器，用户经过显示器和终端控制计算机和外围设备。2.2.2.2 计算机软件系统：计算机软件系统包括计算机通用程序、地理信息系统软件包平台和运用分析软件三部分组成。1计算机通用程序是计算机厂家提供的运用计算机的程序系统，包括操作系统、.汇编程序、结论程序以用各种维护运用手册。2地理信息系统软件包平台普通包括五类根本模块：即数据的输入和校验、数据的存贮和管理、数据变换、数据的显示和输出、用户接口等。3运用分析软件是系统开发人员根据地理信息专题或区域分析模型编制的程序，是系统功能的扩展

18、和延伸。.2.2.3 地理信息系统GIS软件平台：目前世界上商用的GIS软件已多达400多种。它们大小不一，风格各异，占领着不同运用市场。2.2.3.1 国外GIS软件：1ARC/INFO系统：ARC/INFO是美国环境系统研讨所研制的地理信息系统软件，它是世界上运用最广泛的GIS软件之一。1991年， ARC/INFO系统进展了汉化处置，从此大量进入中国市场。.ARC/INFO 系统提供了用于地理数据的自动输入、处置、分析和显示的强大功能。目前已胜利地运用于包括自然资源、农业、自动制图、设备管理、城市和区域规划、人口和商业管理、交通运输、石油和天然气、教育、军事等十大类别的一百多个领域。2澳

19、大利亚的Genasys公司开发的GIS软件GENAMAP。3美国Mapinfo公司研制开发的GIS软件Mapinfo。.2.2.3.2 国内GIS平台:1北京大学与陕西三秦企业集团结合研制的地理信息系统城市之星Citystar。2武汉测绘科技大学GIS研讨中心研制的地理信息系统软件吉奥之星Geostar。3中国地质大学计算中心华地图形数据公司开发的地理信息系统软件MAP/GIS。.2.3 遥感系统RSS：2.3.1 遥感的根本概念: 遥感的根本定义是:从遥远的地方觉得一个物体的客观存在，它是在人类生活领域内广泛存在的景象。从现代的科学定义来说，遥感就是在一定间隔之外，不与目的物体直接接触，经过

20、传感器搜集被测目的所发射出来的电磁波能量而加以记录，并构成图像，以供有关专业信息的识别、分类和分析的一种科学技术。.2.3.2 遥感系统的组成：一个完好的遥感系统该当由三部分组成：1传感器sensor2载体carrier3指挥系统command system一个人就是一个天然、完好的遥感系统，眼睛是一对天然的传感器，人的身体即为载体，人的大脑即为指挥系统。.传感器：是搜集目的物所反射或发射电磁波信息的安装。有照相机、摄像机、多波段光谱扫描仪MSS、红外光谱仪等。载体：也称平台plan form，它是负载传感器的工具。有支架、车辆、气球、飞机、卫星等。指挥系统，就是指挥和控制传感器与平台并接纳信

21、息的指挥部，现代遥感指挥系统普通均为计算机系统。.2.3.3 透射特性大气窗口：遥感信息，主要是利用传感器，经过有关大气窗口，在空中来获取地球外表的地物反射和发射的光谱信息。大气窗口就是电磁波在经过大气层的过程中，被吸收和散射的比例较小而透过率很高的波段，也就是电磁波在大气中传输损耗率很小的波段。目前运用七个窗口：远紫外窗口0.150.2微米、可见光窗口0.31.3微米、近红外窗口.1.41.9微米、近红外窗口2.053.0微米、中红外窗口3.55.5微米、远红外窗口814微米、微波窗口 1.5cm。2.3.4 遥感图像识别根底:1地物识别：2作物种类识别：3作物长势识别：.2.3.5 遥感技

22、术的运用:运用领域；农业、林业、水利、地质、矿产等资源的普查、研讨，结合GPS和GIS的运用，可大大地提高普查效率和精度。详细运用：土壤普查类别、肥力、含水量、作物估产、自然灾祸的监测等。.3.智能化农业机械配备智能化农业机械配备是GPS、GIS、RSS、ES、SS、DSS 6S 系统在农业机械配备上的综合运用。3.1 DGPS 农机的定位与导航:农业机械在田地中作业，不同的作业工程需求的定位分辨力也不一样。变量施肥时30m，变量施用除草剂1 m，测产10m，筑埂5cm、喷洒农药重叠10cm。当前DGPS系统可达精度如下图。.3.2 作物产量分布图的生成：20世纪90年代后期，国际上先进的各种

23、作物结合收获机，大多数都具有产量分布图自动生胜利能。谷物结合收获机、棉花收获机、马铃薯收获机、花生收获机等都配备产量数字化自动生成系统。谷物结合收获机上的产量分布图自动生成系统研讨相对较早，技术比较成熟。其测产系统传感器布置及定位系统如下图。.数字化产量分布图是精细农业的重要根底信息。产量分布图综合了田间空间参数变化的信息，诸如土壤类型、土壤湿度、营养含量、及坡度等，故可用以确定田间地段作物均匀生长的条件并可分别确定各田块各自所需的农事操作。在下一次收获时所得新的产量分布图那么可显示精细农作的实践效果。谷物结合收获机瞬时单产YGt的测定：.YG(t)=mG(t). 1 UG(t)/V(t).W

24、(t)YG(t)瞬时t所测得单产；mG(t)瞬时t所测得谷物质量流量；UG(t)瞬时t谷物含水量相对湿度；V(t)瞬时t收获机行驶速度；W(t)瞬时t割幅宽度。割幅宽度W(t)的丈量：利用超声波测距传感器，割幅1.5m时，分辨力为1mm。.瞬时t谷物质量流量mG(t)可用谷物流量计丈量。谷物含水量UG(t)可用谷物湿度计测得。结合收获机收获作业时，同步测得谷物的瞬时流量、含水量、结合收获机的瞬时速度和割幅，经过计算机数据综合处置，即可计算出田块的瞬时产量。.3.3 作物处方图的生成及智能型变量控制农业机械:3.3.1 精细种植的农业机械体系:每当收获机绘制出产量分布图，就显示了田间各部分单产的差别，下一步任务就是要进展产量诊断，