汪懋华精细农业发展中的关键科学技术问题

1精准农业中与信息相关的若干重大科学问题

精细农业发展研究中的关键科学技术问题

汪懋华中国农业大学现代精细农业系统集成研究重点实验室2010.3.13陕西杨凌2一.精细农业

(PrecisionAgriculture)

基于信息和知识管理好复杂的农业系统；

由经验型、定性化为主的粗放型农业向知识型、 精细化管理的现代农业发展方式转变；

基于差异性信息实施精细农作管理。3

中华民族传统农业“精耕细作”的实践4CPUSingleWheelHoe

自古以来人们孜孜以求的是：

基于信息和经验提炼知识，凭知识谋划决策

数据信息知识智慧决策

DataInformationknowledgewisdom

5土地分散经营体制下的跨界农作传统农作精细农作

植物工程按小区差异进行农作管理

ManagefarmingbyZone

信息时代的现代农田精耕细作技术-

基于差异性信息实施精细农作管理6

精细农业实践的5

条规则

:

按正确的时间 以正确的数量 在正确的地点 用正确的方式正确利用投入（营养、水、劳动、机器、技术、成本等）实施基于空间与时间差异性的农业生产系统科学管理！ Atthe

Right

Time Inthe

Right

Amount Atthe

Right

Place Inthe

Right

MannertoUse

Right

Input

Forthemanagementofspatial&temporalvariabilityinagriculturalproductionsystems7二、发展的回顾

1980‘s初：

Sit-SpecificSoilManagement(SSSM) Site-SpecificCropManagement

(SSCM)

1990’s初、中期：

全球卫星定位系统的民用化，3S技术、计算机辅助决策支持技术发展的驱动

→“PrecisionAgriculture”or“PrecisionFarming”

农业机电一体化装备技术的发展,催生了现代精细 农业技术体系的形成与发展8农业装备智能化与多功能化

9101112现代农农业装装备中中的电电子通通信总总线系系统ISOBUS-communicationDGPS-receiverTractor-ECUImplementindicatorSensors/implementsISOBUS-terminalData-loggerAuernhammeretal.200413ISO11783网络结结构14E708109.1992N6174171.085E708109.0152N6174171.1E708109.4525N6174171.101E708109.3803N6174171.11115智能化化农业业机械械研究究的发发展16精细林林业精细农农业精细园园艺精细种种植精细养养殖“精细农农业”理念实实践的的拓展展17“精细园园艺”—基于小小区或或个体体信息息的园园艺与与果树树农作作管管理18“精细养养殖”—基于动动物个个体编编号自自动识识别的的计算算机机饲饲养管管理信信息系系统需要多少精饲料？产奶量多少？有瘸腿奶牛吗？那头牛在发情？综合健康情况？那里可以找带着条牛？19“精细加加工”—品质监监测，，过程程调控控，资资源精精细利利用，，精精细细储运运、包包装与与产品品增值值“精细经经营”—市场需需求预预测，，精打打细算算，过过程管管理，，决策策分析析20国际学学术活活动的的发展展：20072ndACPA(Pyeongtaek,Korea)20093rdACPA(Beijing,China)1stACPA(Toyohashi,Japan)2003ManagementCommittee(Suwon,Korea)1992SSCM,Minnesota1994SSM,Minnesota19963rdICPA19984thICPA20026thICPA20068thICPA20047thICPA20005thICPA20089thICPA,Colorado19971stECPA,UK19992ndECPA,Den20013rdECPA,Fran20034thECPA,Ger20055thECPA,Swede20076thECPA,Greece20097thECPA,Netherlands2020114rdACPA(HOKKAIDO,Japan)201010thICPA,Colorado,USA20118thECPA21三、PA科学名名词的的讨论论精准农农业?精确农农业?精密农农业?精细农农业?PrecisionFarming(PF);PrecisionAgriculture(PA)22PrecisionProduction—密歇根根大学学“精精细制制造项项目联联合会会主席席”杰杰弗里里.莱克教教授谈谈精细细思维维“Precision是一种种哲学学思想想，一一种理理念，，一种种思维维方式式。对对Precision的理解解，不不能仅仅仅停停留在在对工工具和和方法法的理理解。。它不不是一一套可可以硬硬性拷拷贝的的工具具，而而是一一种灵灵活的的理念念以及及与之之相关关的一一系列列可用用来帮帮助您您持续续改进进的强强有力力工具具。您您必须须理解解这种种理念念，再再学习习使用用这套套工具具，之之后构构筑自自己的的PrecisionSystem””。—经济日日报，，2002.2.20——我们面面对的的是要要建设设现代代农业业产业业工程程体系系的问问题。。工程程绝不不仅仅仅是科科学的的简单单应用用和堆堆砌，，工程程除了了要懂懂得基基础科科学的的基本本原理理、理理论和和方法法之外外，还还必须须善于于处理理好科科学要要素、、技术术要素素、经经济要要素、、管理理要素素、社社会要要素、、环境境要素素等多多要素素的集集成、、选择择和优优化。。23四、精精细农农业实实践中中的关关键科科学问问题农业资资源、、环境境与生生产过过程管管理信信息快快速获获取先先进传传感与与控制制技术术农用地地、农农田土土壤与与水环境境参数数快速获获取先先进传传感技技术；；作物苗苗情空空间分分布信信息快快速实实时采采集与与测量量技术术；农业物物料流流量、、品质质实时时计量量测量量技术术；农用物物资与与产品品品质质参数数实时时快速速测量量装备备技术术；农业生生态环环境空空间分分布参参数监监控测测量技技术；；动物个个体生生理、、产能能、疾疾病与与群体体环境境参数数实时时测量量技术术；低成本本、快快速性性、可可靠性性、适适应性性、易易用性性、智智能化化，微微小型型，低低功耗耗!24面对的的科学学问题题：基于物理、、化学学、材材料、、电子子、精精密加加工等等科学学原理理，电电化学学、膜膜技术术、光光谱分分析、、超声声、计计算视视角、、纳米米技术术、微微电子子机械械、微微流体体控制制等科科学技技术基基础,探索农农业环环境,生命信信息与与机械械控制制的奥奥秘：：土壤肥肥力、、SOM、盐碱度度、重重金属属、动动物病病毒、、致病病细菌菌、根根区土土层理理化参参数、、农业业活动动碳排排放测测量方方法与与装备备;植物与与动物物生命命信息息感知知机理理与信信息处处理；；农田空空间信信息采采集航航空遥遥感、、无人人机与与农机机机载载近地地遥感感新型型装装备与与快速速数据据处理理方法法；基于现现代工工程数数学方方法（ANN、GA、模糊数数学、、小波波变换换、卡卡尔曼曼滤波波、状状态空空间法法..)的软测测量（（softsensor)，资源源、环环境境与生生物系系统模模式识识别技技术;基于微微纳米米的高高致病病病毒毒与细细菌快快速检检测生物传传感器器、嗅觉觉、味味觉觉传感感器研研究;现代农农业装装备智能工工况监监测、、远程程诊断断与控控制、、农业业恶劣劣环环境下下应用用的机机器人人控制制理论论与精精密控控制装备。。252.物联网网在精细农农牧业业领域域应用用关键键科学学问题题资源–农地整整治重重大工工程远远程监监管；；基本本农田田数量量、等等级级、利利用效效率、、环境境质量量网络络化管管理;农用水资源源管理理环境–农田土土壤、、地表表与地地下水水环环境、、光热热、小小气候候…生产–大田作作物生生产：土壤理理化参参数、、水、、肥、、保、、苗..设施农农业:生物环环境控控制与与管理理信息息系统统养殖生产:个性化化生理理、健健康、、喂养养监测测管理理农产品品与食食品–产地环环境、、产品品储存存、物物流、、营销销…农业装装备–服务作作业调调度、、远程程工况况监测测与诊诊断服服务…农用物物联网网–感知层层、网网络层层、应应用层层关键键科学学问题题26传感器器：集聚式式传感感器节节点;移动式式传感感器节节点(车载、、便携携））;分布式式固定定传感感器节节点关关键科科学问问题；；微小小型智智能传传感感器-低功耗耗MCU、无线线通信信芯片片、内内存能能力…广域空空间传传感器器节点点部署署、节能模模式与与控制制；节点通通信多多跳自自组组织、、节点点远程程故障障诊断断、信信道可可靠性性与标标准化化、安全部部署署与微微小型型化科学学问问题题；；农村村与与农农业业应应用用空空间间地地理理信信息息基基础础设设施施与与智智能能移移动动终终端端、、农农用用航航空空器器与与无无人人机机遥遥感感与与智智能能化化数数据据处处理理技技术术、、农农用用嵌嵌入入式式和和Web-GIS、与低低成成本本农农用用移移动动终终端端关关键键技技术术与与新新兴兴产产业业化化服服务务模模式式问问题题；；RFID在动动物物个个性性化化管管理理与与食食品品链链溯溯源源系系统统关关键键科科学学问问题题；；农业业应应用用无无线线传传感感器器网网络络（（WSN、VSN、BSN)科学学问问题题；；农用用物物联联网网服服务务平平台台，，基基于于互互联联网网等等新新技技术术和和具具备备数数据据收收集集与与远远程程控控制制功功能能的的M2M、平平台台中间间件件及及其其标标准准化化科科学学问问题题..面对对的的科科学学问问题题273.农业业产产业业链链过过程程管管理理信信息息智智能能处处理理与与知知识识生生成成科科学学问问题题农业网络信息息智能搜索与数据挖掘；信息资源共享享与标准化科科学技术；农业资源、环环境与生物系系统模拟模型型，虚拟现实实与