从农业机械化到农业自动化与智能化

从农业机械化到农业自动化与智能化南京农业大学工学院精确农业的基本思想与技术体系农业自动化、智能化的研究现状农业机械化的成就农业机械化是人类20世纪取得的最重要的工程技术成就之一农业机械化使农业用工减少、成本下降、效率提高、抗灾能力增强，极大提高了农产品的生产能力农业机械化的局限性能源消耗增加、物质（机器、化学品等）投入的边际效益下降、环境受到影响由于机械固有的局限性，作业的质量和范围受到限制农业机械化并未改变以经验为基础的传统农业管理方式农业发展的演变原始农业传统农业现代农业信息农业典型生产工具：计算机控制的信息技术装备。基本特征：农业基础设施装备的信息化、农业技术操作的全面自动化以及农业经营管理的网络化、数字化和智能化。89CPUSingleWheelHoe

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

精确农业的发展使农业从以建立在经验基础上的粗放管理走向以现代科学技术为基础的精确定量管理1精确农业的基本思想与技术体系

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。什么是精确定农业？精确农业不仅是一种技术体系，更重要的是，它本身是一种农业的哲学理念和战略思想精确农业的目标：最合理地利用农业生产资源和保护生态环境精确农业的思想依据：农业生产条件的空间差异性精确农业的作业方式:据作物个体或小群体的需要进行作业精确农业的技术支撑：现代电子技术、计算机技术等高新技术,是信息技术和人工智能技术在大农业中的宏观和微观应用精细农业实践的5条规则

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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！精确农业的基本思想经济要求法律要求环境要求减少投入车辆定位系统地理信息系统农机控制与监视优化控制系统精确农业系统管理信息系统地理信息系统决策支持系统作物栽培模型田间历史数据经营效率改善较少环境投入较少废弃物较高利润精确农业的核心技术

一个完整的精确农业体系应包括信息的采集、信息的处理、决策的生成及决策的执行等系统。其核心技术可概括为“7S”。

“7S”-精确农业的核心技术GIS—GeographicalInformationSystem(地理信息系统)GPS—GlobalPositioningSystem（全球定位系统）或GNSS—GlobalNavigationSatelliteSystem（全球导航卫星系统）

RS（或RSS）—RemoteSensingSystem（遥感系统）SS—SimulationSystem（模拟系统）ES—ExpertSystem（专家系统）DSS—DecisionSupportSystem（决策支持系统）ICS—IntelligenceControlSystem（智能控制系统）大田精确种植技术体系GIS:GeographicalInformationSystem,地理信息系统;GPS:GlodalPositioningSystem,全球定位系统;RSS:RemoteSensingSystem,遥感系统;SS:SimulationSystem,模拟系统;ES:ExpertSystem,专家系统;DSS:DecisionSupportSystem,决策支持系统;ICS:IntelligenceControlSystem,智能控制系统;自动信息采集GPSGISRS传感技术前3S集成田间状态图人工采集ESSSDSS后

3S集成决策生成指令生成决策实施农田对策图作业指令集

ICS

农机明白纸常规农机GNSS—定位与导航GIS—分析处理田间数据RS—获取农业生产信息ES—解决农业生产问题储存物质结构物质茎根叶面积转化比例光合作用维持生长光照生理辐射土壤水分蒸腾水分存在水分胁迫作物模型排水蒸发降水SS—分析作物需求DSS—帮助人们进行农业生产决策用户

人机接口

问题处理系统(PPS)模型库管理系统方法库管理系统方法库数据库管理系统知识库管理系统模型库数据库知识库ICS—决策实施ICS和前3S及后3S的关系前3S（信息3S）集成的作用是及时采集田间信息，经过信息处理形成小区情况分布图，该图应能反映田间状态（肥、水、病虫、产量）的斑块不均匀分布情况。后3S（智能3S）集成的作用是及时生成优化了的决策，它的支撑技术包括专家系统（知识模型）、模拟系统（数学模型）和决策支持系统（从多方案中优选或综合，得出决策）。决策的表达形式可以是农田实时处理图或指令IC卡。ICS是具体的实施者。精确农业的农业机械体系具有测产功能的谷物联合收获机测产原理传统测产单产=总产重量/地块亩数PA测产 单产=谷物流量-水分含量+损失量行驶速度*实际割幅测产收获机系统组成行驶监测系统产量实时监测系统机载计算机系统实际位置和行驶轨迹监测行驶速度监测谷物流量监测

谷物湿度监测

谷物损失监测割幅监测田野之星其它专用软件谷物联合收获机实时测量传感系统GPS接收装置DGPS接收装置谷物湿度测量谷物密度测量体积流量测量损失测量转向角度测量距离速度测量割幅测量谷物联合收获机传感系统谷物流量监测谷物湿度监测谷物损失监测割幅监测光电式—英国RDS机械冲击式—纽荷兰TX—64γ射线式—麦赛福格森公司电容式电感式超声波式冲击式变量作业机械可变量技术(VRT,VariableRateTechnology)根据要求在作业过程中自动调整作业量的技术(机械)基于地图的可变形量技术(map-basedVRT)基于实时传感器的可变量技术(senor-basedVRT)(1)基于地图的可变形量技术利用地图信息判定作物对农药、化肥等的需求量基于地图的可变量技术系统的执行过程变量干粉混合施肥机原理基于地图的可变量技术的优点技术相对成熟，在很多农业作业中已可应用在形成实施方案的过程中，有多种信息资源可以利用有足够的时间采集和分析样本数据，可更精确的确定作物需求量可以避免由于行驶速度的系统响应造成的误差基于地图的可变量技术的缺点需要事先采集分析数据需要GPS系统的支持GPS系统的误差影响工作精度采集数据的方案实施之间的时间差也会造成实施方案误差（2）基于实时传感器的可变量技术利用各种传感器实时测定相关参数，从而确定相关作物需求基于实时传感器的可变量技术系统的工作过程杂草驱动喷雾工作原理基于实时传感器的可变量技术的优点实施问及此事不必进行数据采集的分析与样本采集相比，传感器可提供更高的数据分辨率不必GPS支持，避免了GPS误差测量和方案实施之间没时间差基于实时传感器的可变量技术的缺点可利用的信息和信息处理时间受到限制系统响应误差影响实施精度需要有效的传感器精确变量施肥机精确变量施肥机精确变量喷药机解决的三大问题:喷雾流量的控制与雾滴大小相互影响喷药量受行驶速度的影响小区药量及雾滴大小不能按处方图要求定位调节药剂注入式控制系统2农业自动化、智能化的研究现状农业自动化、智能化的发展背景农业自动化、智能化的概念农业机械自动导航技术农业机器人的研究现状从农业机械化走向农业自动化和智能化

农业自动化和智能化的发展背景

电子技术、自动控制技术、计算机技术与通讯技术等现代高新技术的发展为农业自动化和智能化奠定了科学和技术基础人们对农业生产提出了经济、环境、社会等方面的新要求A生长条件最优化B提高作业质量，更能满足农艺的要求C扩大作业范围D降低成本F保护环境农业自动化和智能化的基本概念•农业自动化在农业生产过程中机器按照人们事先的规定自动完成作业•农业智能化广泛采作智能化技术，农业生产中主要决策和作业均由智能化系统和机器来完成关键技术传感器与信息采集与处理技术土壤水份、肥力的快速测量作物长势的监测农业机械工作状态的监测与控制计算机图象处理技术模拟系统、专家系统、决策支持系统的研究作物生长模拟系统作物生长管理农场管理重点研究领域传统机械无法完成的农业作业的机械化实现部分果蔬收获杂草的高效、低（或无）污染的清除农业机械自动导航技术农业机器人的导航方式有以下三种信标导航GPS导航机器视觉导航信标导航原理机器视觉导航机器视觉导航农用移动机器人平台.wmv速度为0.5m/s时的横向和航向偏差速度为1.5m/s时的横向和航向偏差GNSS导航自动驾驶拖拉机农业机器人的研究现状农业机器人的基本概念机器人—可编程的，能执行某些操作作业或移动动作的自动控制机械第一代机器人：据程序完成一些简单重复性的作业第二代机器人：具有感知系统，可离线编程第三代机器人：不仅具有感知功能，还具有规划和决策能力农业机器人大多属于第三代机器人农业机器人的类型按移动与否机械手机器人移动机器人按功能嫁接机器人收获机器人田管理（喷药、除草等）机器人耕整地机器人园艺机器人搬运机器人畜牧生产机器人农畜产品处理机器人农业机器人的基本结构感官：功能为感觉认识；技术实现为内外传感器和导航传感器神经：功能为信息传递；技术实现为操作员、接口、连线大脑：功能为记忆和判断；技术实现为电脑数据库和智能控制器心脏：功能为动力供给；技术实现为电源、空气压缩机、内燃机及其传动系统等肢体：行走和操作；技术实现为行走系统、作业部件或机械手农业机器人的感官系统

-农业机器人的信息获取与处理（1）导航信息获取（2）工作目标信息获取（3）工作状态信息获取

农业机器人的作业机构

根据农业机器人的作业机构与普通农业机械作业机构的差异，可将农业机器人的作业机构分为两类。（1）常规作业机构（2）机械手机构意大利研制的用于温室工作的机械臂式机器人拔苗器（机械手）移栽装置草莓收获机器人采摘机构（未端执行器）大西红柿收获机构草莓西红柿收获机构苹果采摘机器人.avi柑橘收获机器人.wmv蘑菇收获机器人.mov葡萄收获机器人.mov茄子收获机器人.mov西红柿收获机器人.mov草莓收获机器人.mp4修剪机器人.f4v移栽机器人.wmv种菜机器人.flv插秧机器人.mp4未来的农业.mp4农业智能化及农业机器人发展展望

虽然已有一些智能人技术和装备在农业生产上得到了应用，但农业的