世界农业信息技术与智能装备发展现状--赵春江

农业智能机器 人技术
Байду номын сангаас
规划导航技术
作业机构关键部件与系统
信息获取技术 包含色彩、纹理信息的机器视觉技术成为农业机器人环 境建模技术的重点。生物信息探测技术与传统主动探测 技术的配合使用，也将成为信息获取技术的新发展方向 规划导航技术 充分利于视觉信息的导航测量将是农业机器人研究的 重要方向。另外，适应农业环境的3维甚至高维导航算 法也将成为新的热点。
精准实施技术装备
水稻插秧作业
机械化变量施肥
精确喷药装备
各种电子监视、控制装置已应用于复杂农业机械上，光 机电液一体化的信息、控制技术在农业装备中的应用， 有效提高了农业装备的作业性能和操作性能
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RTK Networks (实时动态全球定位系统网络) Implement Guidance (农具自动导航系统) Precision Spray (精密喷雾控制) Cab Consolidation (操作平台合并和简化) Water Management (水资源管理) Multiple Vehicle Coordination (多机协调作业） Autonomous System (自主系统）
土壤水分信息快速动态感知传感技术
土壤含水率的测量方法主要有直接法和间接法两种。其中直 接法主要采用烘干手段进行，耗时费力，无法实现快速信息 获取的需要。间接法主要包括电阻法、介电法、光谱分析法 等。
土壤理化信息快速感知技术
土壤理化信息包括 pH 值、电导率、土地面积、有机质等。 检测方法主要包括光谱分析法、电流- 电压四端法、GPS等。
土壤有害物信息快速检测技术
土壤有害物质主要包括重金属、农药残留等。目前，国内 外检测方法和技术需要对样本进行复杂的预处理，检测过 程费时费力、需要消耗大量的化学试剂。
Commercial Crop Sensors
Multiple reflectance sensor options:
• GreenSeeker® system distributed by Trimble Ag. • OptRx® system distributed by Ag Leader. • CropSpec® system distributed by Topcon Positioning Systems. .
Use of Precision Technologies
机载田间信息采集技术
美国农作物多参数监测系统
澳大利亚自行式采集系统
国产导轨式性状测量系统
在实施精准作业的过程中，农作物生长环境信息的高 密度快速采集是提高决策效果的重要保证
解决方式：采用多种传感器组合搭建多功能信息采集平台
Proximal Remote Sensing
Adoption of PA in USA
Source: 2007 Precision Agricultural Services Dealership Survey Results by Dept. of Agricultural Economics
Purdue University : 2009 Precision Agricultural Services, Dealership Survey Results
6
Adapted from John Shanahan, DuPont Pioneer
2003-1-4
2003-1-4
2003-1-4
Integration and Economics Phase
•Smart sampling, sensing, and decision making •Integrated information •Optimize economic yield 10
作业机构技术
柔性末端执行器和模块化轻型机械臂将会是未来研究 的主要方向 。
农业机器人产业化已经在某些领域取得突破
荷兰的花卉种植业 荷兰是在花卉种植业中运用机器人技术最广泛的国家。全国70％
的花卉生产面积采用温室栽培，应用了现代化温室设备，使花卉 生产中的温度、湿度、光照、施肥、喷药等实现了智能自动控制， 播种、移栽、采收、分级、包装等生产环节全部实现了机器人机 械化作业
畜牧业中的农业机器人 据挤奶机器人供应商利拉伐统计，目前全球有 30 多个国家， 超过8000个牧场已经在使用挤牛奶机器人。
日韩的种苗培育机器人
日本、韩国在播种、嫁接方面研制了机器人产品，并已经推向 市场 。
国外农业机器人战略性新兴产业
欧洲在FP7的资助下，成立了“ICT-AGRI”组织，吸纳了遍布欧洲 各国的18个科研机构，专门组织开展农业机器人相关的研究活动 日本政府正在大力鼓励和推行农业机器人的研究和推广工作，目标 是在2025年普及农业机器人的使用 美国在2007年组织了“Engineering solutions for Specialty Crops Challenges”研讨会，农业机器人是其中的重要内容
精准作业 技术
精准作业导航与控制技术 决策模型与处方生成技术 精准实施技术装备
11st ICPA
Participants:450 from 37 countries(China-14)； Paper:210； Keynote Speaker:2 Oral Presentaion : 182 Poster 58
美国时代周刊评出2007年最佳发明（机器人类） 丹麦的Hortibot除草机器人
地区发展不均衡：欧美国家，特别是以荷兰、美国等为代 表的国家已经取得了一定的产业化成果。亚洲国家中，日 本和韩国也在农业机器人的产业化道路上处于领先的地位 。其他国家则没有出现明显的农业机器人产业化案例。 领域发展不均衡：畜牧业领域、花卉种植领域和种苗培育 领域，是农业机器人产业化程度最高的领域。其他领域的 农业机器人，产品的性能距离实用化还比较遥远。
2012年农业工程学会--内蒙
世界农业信息技术与 智能装备发展现状
赵春江 国家农业信息化工程技术研究中心
zhaocj@nercita.org.cn www.nercita.org.cn 2012年8月
先进传感器技术
农业信息技 术与智能装 备的前沿活 跃领域
精准作业技术与智能装备 农业智能机器人技术 农业物联网技术与装备
日本美能达公司的 SPAD502田间作物叶绿素速测仪，单价在人 民币1.5万左右，单在我国该款产品销售量达到500台/年，销售 额近千万元。
2 、精准作业技术与智能装备
1992 “Soil Specific Crop Management”
1994 “Site-Specific Management for Agricultural Systems” 1996-current “Precision Agriculture” 机载田间信息采集技术
RS RS Applications in PA RS Applications for Field Crops Canopy Sensing for Crop Management Proximal Sensing for Crop Parameters Flurosensing for Crop Management Proximal Sensing for Soil Properties Hyperspectral RS Applications in Ag Machine Vision and Imaging Applications to PA Field Crop Managing In-Season Crop Variability Precision Nutrient Management Sensor Applications in Managing In-Season Crop Variability Information management & simulation Information Management in PA Modeling and Geostatistics PA applcation Profitability, Sustainability and Adoption of PA Precision A to Z for Practitioners Global Proliferation of PA and Its Applications Intellgent equipment Eng.Tech. and Advances: Equipment Eng.Tech.and Advances: Sensors Guidance, Robotics and Automation Soil, Nutrient, Water Precsion Management Managing Spatial Variability in Soils Spatial Variability in Soil Spatial Water Management. Eng.Tech. and Advances: Water Soil Analysis for Precision Nutrient Management Precision Laser Leveling Applications PA in horticulture and animal management Precision Horticulture Precision Conservation and Carbon Management Precision Crop Protection Emerging Issues in PA Precision Dairy and Livestock Management
农业信息服务技术
1、先进农业传感器技术
随着传感器技术的不断发展，可检测对象范围也随之不断 扩展，先进传感器技术也出现了许多新的分支
先进传感器技术 生命信息感知 技术
作物 养分、 生理 信息 监测 技术 作物 生态 形态 模拟 虚拟 技术 作物 病害 草害 监测 预警 技术 农药 残留 检测 技术
环境信息感知 技术
精准作业的智能装备迅速向大型、高速、复式 作业、人机和谐与舒适性设计方向快速发展， 国外先进智能农业装备始融合现代微电子技术、 仪器与控制技术、信息技术，加速向智能化、 机电一体化方向快速发展。
3、农业智能机器人技术
农业智能机器人技术是缓解农业劳动人口短缺、提高农 业劳动生产率的重要手段
信息获取与目标识别技术
精准作业导航与控制技术
拖拉机辅助驾驶
拖拉机视觉导航行走
自动驾驶仪
农田作业机械导航主要有辅助导航和自动导航两种类型。 根据导航系统工作原理又可分为机器视觉导航、GPS姿 态传感器导航和多传感器融合导航等多种类型。
决策模型与处方生成技术
作物生产管理决策支持技术的研究，集中在作物生长模拟模 型及作物管理专家系统 方面，目前RS和GIS等空间信息技术 已经被引入进来，参与决策管理。
土壤 养分、 理化 信息 检测 技术 农业 环境 温室 气体 检测 技术
植物养分、生理信息快速动态监测技术 目前，国内外应用光谱技术、多光谱成像技术、高光谱成像 技术等进行植物生理信息检测进入快速发展阶段。 植物生态信息及三维形态虚拟模拟技术 对作物生长过程中光照、叶温、水势、径流、干鲜物重、叶 片形态、叶密度等生态信息的实时动态感知技术还比较缺乏， 植物三维形态虚拟模拟技术以及与植物生理生态信息结合的 模型技术还比较缺乏。 植物病虫害、草害检测与预警预报技术 目前国内外研究主要采用图像处理技术，光谱分析技术，以 及多光谱和高光谱成像技术等进行作物病虫害、草害进行检 测。
基于传感测定技术的小麦变量施肥
产业化现状
就世界范围来讲，许多不同功能的先进传感器技术已经被开发成 产品，投入农业传感器市场。如光合作用测量系统、气体分析仪 、温湿度传感器、土壤测量系列传感器、气象测量系列传感器等
著名传感器生产厂家包括美国LI-COR公司、Decagon公司、 Dynamax公司、英国Technologica公司、日本美能达公司等。