2018年从全程农业机械化到农业信息化、自动化与智能化发展思路

（1）耕作机械智能化
❖ 美国东伦敦综合技术学院土地管理系研制 成功一种激光拖拉机。利用计算机系统导航装 置，不仅能够准确无误地测定其所在位置及运 行方向，使误差不超过25厘米，而且能够根据 送入农场计算中心的电子图表，查找出该处土 地的湿度、化学成分、排水沟位置和其它一些 特点：准确计算出最佳种植方案要，所需种子、 肥料和农药数量等。一人在室内荧屏前可操纵 多台激光拖拉机进行耕作，耕作速度快，且可 减少种子、肥料和农药消耗，节约生产成本 50%，提高作物产量20%。
从农业机械化到农业信息化、自动化与智能化
南京农业大学工学院 姬长英
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
RSS: Remote Sensing System,遥感系统;
SS: Simulation System,模拟系统;
ES: Expert System,专家系统;
DSS: Decision Support System,决策支持系统;
ICS: Intelligence Control System,智能控制系统;
接口以及操作方便性、文全性和舒适性。
❖
(5)开发基于卫星定位系统实施精细农作的
智能控制农业机械，支持农田作业的科学管理决
策等。
❖ B 基于精细农业思想的农业机械智能化
❖
❖ 迄今支持精细农作的若干重要农业机械， 如带产量图自动生成的用于小麦、玉米和大 豆收获的谷物联合收割机，实施变量处方农 作的谷物精密播种机、施肥机、施药机和灌 溉设备在国外都已有若干类型的商品化产品， 但仍需继续完善并扩大到更多的农机作业应 用领域。今后，实施精细农业和发展智能化 农业机械主要包括以下方面：
“7S”-精确农业的核心技术
❖ GIS—Geographical Information System(地理信息系统) ❖ GPS—Global Positioning System（全球定位系统）或
GNSS—Global Navigation Satellite System（全球导航卫 星系统） ❖ RS（或RSS）—Remote Sensing System（遥感系统） ❖ SS—Simulation System（模拟系统） ❖ ES—Expert System（专家系统） ❖ DSS—Decision Support System（决策支持系统）
•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。
第六章智能化农业机械装备技术
❖1 具有测产功能的谷物联合收获机
❖ 精细变量施肥机 装备有GPS的施肥机
❖ 精确变量干粉混合施肥机
❖ 1 微处理器 2 田间地图 3 电液阀 4 商品肥料斗 5 计量轮
❖ 6 输送链 7混合搅轮8 注入泵 9 微肥斗 10 水平搅轮11竖直搅 轮12 刮（浆）板 13 分配头 14 输送管 15 文丘里管 16 鼓风 机 17 空气多路歧管 18 杆管 19 喷嘴-反射管
精确农业的基本思想
经济要求
法律要求
环境要求
车辆定位系统 地理信息系统
优化控制系统
农机控制与监视
减少投入
地理信息系统
精确农业系统 管理信息系统 决策支持系统
经营效率改善
作物栽培模型 田间历史数据
较高利润 较少废弃物 较少环境投入
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” 。
❖
❖ (1)用于与作物收获机械配套的产量传感技 术与带产量图白动生成系统软件的开发。
❖
(2)大中型拖拉机和自走型农业机械智能
化技术状态实时诊断、监控与显示装置的开发。
❖
(3)实施定位处方农作和控制的施肥、施
药、浇水、精播和栽植的移动作业机械的研究。
❖ (4) 自走式农田土壤、病虫草害和作物苗情 定位信息采集机械装备的开发研究。
❖ 传统田间测产方法：
❖ 单产量=总产量/地块亩数。
❖ 精细农业田间测产方法：
❖ 单产量=（谷物质量流量-水分含量+损失量）/ （收割机行驶速度╳割幅宽度）。
结构原理
❖ 1 DGPS接受装置 2 GPS接受装置 3 谷物湿度测 量 4 谷物速度测量 5 谷物体积流量测量 6 谷 物损失测量 7 转向角度测量 8 距离/速度测量 9 割幅测量
（2）收获机械智能化
❖
❖ 美国农场装备制造商卫西·弗格森，在联合 收割机上安装了一种产量计量器，能在收 割作物的同时，准确收集有关产量的资料， 并绘成各个田块的产量分布图。农场主可 以利用这种产量分布图，来确定下一季的 种植计划以及种子、化肥和农药在不同田 块的使用量。
（3）灌溉机械智能化
❖ 美国内布拉斯加州的瓦尔蒙特工业股分有限公 司和ARS公司开发出一种可实现农田自动灌溉 的红外湿度计。该仪器被安装在环绕着农田的 灌溉系统上后，可每6秒钟读取一次植物叶面 湿度。当植物需水时，它会通过计算机发出灌 溉指令，及时向农田灌水。
6 精细农业的实施与农业机械智能化
❖ 农业的可持续发展要求实施精细农业。生态效 益、环境效益、经济效益与社会效益的统一，在 推进精细农业时才会更明显。先进的农业生产技 术对农业机械提出了更高要求，农业机械的发展 会促进农业技术层次的提高。实施精细农业和途 径是发展智能化的农业机械。
智能农业机械系统的组成
（4）施药机械智能化
❖ 澳大利亚推出一种能识别莠草的喷雾器。它 在田间移动时，能借助专门的电子传感跑龙套， 来区分庄稼和杂草，而只有当发现莠草时，才喷 出除莠剂。这样，花费的除莠剂只有常规除草的 1/10，减轻了对环境的污染。
（5）挖土机械智能化
❖ 美国匹兹堡一家公司研制成功 一种超声波挖土机，在埋有电缆和 管道的地方挖土时，可避免将电缆 和管道挖坏。这种新型挖土机，使 用超声波喷气流破碎土壤，然后用 真空装置将土吸走，不会对电缆和 管道造成损害。
❖ ICS—Intelligence Control System（智能控制系统）
大田精确种植技术体系
自动信息采集
GPS
前
3
GIS
S
集 成
RS
田间 状态图
传感技术 人工 采集
决策生成
后 ES 3 S SS 集 成 DSS
指令生成
农田对策 图作业 指令集
决策实施
ICS 农机
明白纸 常规农机
GIS: Geographical Information System,地理信息系统; GPS:Glodal Positioning System,全球定位系统;
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
❖ 装备有GPS的自动喷药机械
❖ 流量及雾滴大小调节的变压控制器
流量及雾滴大小调节的变压控制器
❖ 基于区域传感器的精确田间虫害控制
❖
系统概念示意图
❖ 喷杆与摄像机的安装
❖ 田间图像与控制响应实例
❖ 图中水平线以上是处理过的图像部分，喷杆上12 个喷嘴用标有数字的LED表示，当LED亮，相应 的喷嘴动作
❖ (5)农机作业信息高效处理、存储、传输、 通信技术及其总线与接口的标准化。
❖
(6)CPS、GIS有关技术国产化、产业化和用
于支持农业机械社会化服务的规划、组织、调度
与辅助管理决策支持系统和农业机械田问导航、
作业面积计量、引导定位作业和空间数据定位采 样中的应用及软件开发。
❖
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
水分
光照
生理辐射
土壤水分
储存物质
叶面积 结构物质 茎根
转化比例
存在水分胁迫作物模型
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 方法库 数据库 知识库 管理系统 管理系统 管理系统 管理系统
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 : ❖ 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！
❖ （3）过程的精确操作:及时获取过程信息，精确 执行过程控制指令。
❖ （4）改善劳动者的操作条件:良好的人机接口， 操作方便性。安全性和舒适性。
❖ （5）开发基于卫星定位系统实施精细农作的智 能控制农业机械，支持农田作业的科学管理决策 等。
5 国外农业机械智能化简况
❖ 近几年来，一些发达国家不断将高 新技术应用到农业机械上，使农业机械 向智能化方向发展。
（6）放牧机械智能化
❖ 英国科学家设计出一种可代替人或 犬放牧羊群的牧羊机器狗。它备有一架 摄像机和一台计算机，可对羊群移动的 情况进行分析。如果羊群显得不安定的 话，其队形、速度和移动状况就会反映 出来，牧羊机器狗便会在羊群移动，直 到羊群安定下来。羊群不会受到惊扰。