從農業機械化到農業自動化與智能化南京農業大學工學院精確農業的基本思想與技術體系農業自動化、智能化的研究現狀農業機械化的成就農業機械化是人類20世紀取得的最重要的工程技術成就之一農業機械化使農業用工減少、成本下降、效率提高、抗災能力增強，極大提高了農產品的生產能力農業機械化的局限性能源消耗增加、物質（機器、化學品等）投入的邊際效益下降、環境受到影響由于機械固有的局限性，作業的質量和范圍受到限制農業機械化并未改變以經驗為基礎的傳統農業管理方式農業發展的演變原始農業傳統農業現代農業信息農業典型生產工具：計算機控制的信息技術裝備?；咎卣鳎恨r業基礎設施裝備的信息化、農業技術操作的全面自動化以及農業經營管理的網絡化、數字化和智能化。89CPUSingleWheelHoe

自古以來人們孜孜以求的是：

基于信息和經驗提煉知識，憑知識謀劃決策

數據

信息

知識智慧決策

DataInformationknowledgewisdom

精確農業的發展使農業從以建立在經驗基礎上的粗放管理走向以現代科學技術為基礎的精確定量管理1精確農業的基本思想與技術體系

基于信息和知識管理好復雜的農業系統；

由經驗型、定性化為主的粗放型農業向知識型、精細化管理的現代農業發展方式轉變；

基于差異性信息實施精細農作管理。什么是精確定農業？精確農業不僅是一種技術體系，更重要的是，它本身是一種農業的哲學理念和戰略思想精確農業的目標：最合理地利用農業生產資源和保護生態環境精確農業的思想依據：農業生產條件的空間差異性精確農業的作業方式:據作物個體或小群體的需要進行作業精確農業的技術支撐：現代電子技術、計算機技術等高新技術,是信息技術和人工智能技術在大農業中的宏觀和微觀應用精細農業實踐的5條規則

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按正確的時間 以正確的數量 在正確的地點 用正確的方式正確利用投入（營養、水、勞動、機器、技術、成本等）實施基于空間與時間差異性的農業生產系統科學管理！精確農業的基本思想經濟要求法律要求環境要求減少投入車輛定位系統地理信息系統農機控制與監視優化控制系統精確農業系統管理信息系統地理信息系統決策支持系統作物栽培模型田間歷史數據經營效率改善較少環境投入較少廢棄物較高利潤精確農業的核心技術

一個完整的精確農業體系應包括信息的采集、信息的處理、決策的生成及決策的執行等系統。其核心技術可概括為“7S”。

“7S”-精確農業的核心技術GIS—GeographicalInformationSystem(地理信息系統)GPS—GlobalPositioningSystem（全球定位系統）或GNSS—GlobalNavigationSatelliteSystem（全球導航衛星系統）

RS（或RSS）—RemoteSensingSystem（遙感系統）SS—SimulationSystem（模擬系統）ES—ExpertSystem（專家系統）DSS—DecisionSupportSystem（決策支持系統）ICS—IntelligenceControlSystem（智能控制系統）大田精確種植技術體系GIS:GeographicalInformationSystem,地理信息系統;GPS:GlodalPositioningSystem,全球定位系統;RSS:RemoteSensingSystem,遙感系統;SS:SimulationSystem,模擬系統;ES:ExpertSystem,專家系統;DSS:DecisionSupportSystem,決策支持系統;ICS:IntelligenceControlSystem,智能控制系統;自動信息采集GPSGISRS傳感技術前3S集成田間狀態圖人工采集ESSSDSS后

3S集成決策生成指令生成決策實施農田對策圖作業指令集

ICS

農機明白紙常規農機GNSS—定位與導航GIS—分析處理田間數據RS—獲取農業生產信息ES—解決農業生產問題儲存物質結構物質莖根葉面積轉化比例光合作用維持生長光照生理輻射土壤水分蒸騰水分存在水分脅迫作物模型排水蒸發降水SS—分析作物需求DSS—幫助人們進行農業生產決策用戶

人機接口

問題處理系統(PPS)模型庫管理系統方法庫管理系統方法庫數據庫管理系統知識庫管理系統模型庫數據庫知識庫ICS—決策實施ICS和前3S及后3S的關系前3S（信息3S）集成的作用是及時采集田間信息，經過信息處理形成小區情況分布圖，該圖應能反映田間狀態（肥、水、病蟲、產量）的斑塊不均勻分布情況。后3S（智能3S）集成的作用是及時生成優化了的決策，它的支撐技術包括專家系統（知識模型）、模擬系統（數學模型）和決策支持系統（從多方案中優選或綜合，得出決策）。決策的表達形式可以是農田實時處理圖或指令IC卡。ICS是具體的實施者。精確農業的農業機械體系具有測產功能的谷物聯合收獲機測產原理傳統測產單產=總產重量/地塊畝數PA測產 單產=谷物流量-水分含量+損失量行駛速度*實際割幅測產收獲機系統組成行駛監測系統產量實時監測系統機載計算機系統實際位置和行駛軌跡監測行駛速度監測谷物流量監測

谷物濕度監測

谷物損失監測割幅監測田野之星其它專用軟件谷物聯合收獲機實時測量傳感系統GPS接收裝置DGPS接收裝置谷物濕度測量谷物密度測量體積流量測量損失測量轉向角度測量距離速度測量割幅測量谷物聯合收獲機傳感系統谷物流量監測谷物濕度監測谷物損失監測割幅監測光電式—英國RDS機械沖擊式—紐荷蘭TX—64γ射線式—麥賽福格森公司電容式電感式超聲波式沖擊式變量作業機械可變量技術(VRT,VariableRateTechnology)根據要求在作業過程中自動調整作業量的技術(機械)基于地圖的可變形量技術(map-basedVRT)基于實時傳感器的可變量技術(senor-basedVRT)(1)基于地圖的可變形量技術利用地圖信息判定作物對農藥、化肥等的需求量基于地圖的可變量技術系統的執行過程變量干粉混合施肥機原理基于地圖的可變量技術的優點技術相對成熟，在很多農業作業中已可應用在形成實施方案的過程中，有多種信息資源可以利用有足夠的時間采集和分析樣本數據，可更精確的確定作物需求量可以避免由于行駛速度的系統響應造成的誤差基于地圖的可變量技術的缺點需要事先采集分析數據需要GPS系統的支持GPS系統的誤差影響工作精度采集數據的方案實施之間的時間差也會造成實施方案誤差（2）基于實時傳感器的可變量技術利用各種傳感器實時測定相關參數，從而確定相關作物需求基于實時傳感器的可變量技術系統的工作過程雜草驅動噴霧工作原理基于實時傳感器的可變量技術的優點實施問及此事不必進行數據采集的分析與樣本采集相比，傳感器可提供更高的數據分辨率不必GPS支持，避免了GPS誤差測量和方案實施之間沒時間差基于實時傳感器的可變量技術的缺點可利用的信息和信息處理時間受到限制系統響應誤差影響實施精度需要有效的傳感器精確變量施肥機精確變量施肥機精確變量噴藥機解決的三大問題:噴霧流量的控制與霧滴大小相互影響噴藥量受行駛速度的影響小區藥量及霧滴大小不能按處方圖要求定位調節藥劑注入式控制系統2農業自動化、智能化的研究現狀農業自動化、智能化的發展背景農業自動化、智能化的概念農業機械自動導航技術農業機器人的研究現狀從農業機械化走向農業自動化和智能化

農業自動化和智能化的發展背景

電子技術、自動控制技術、計算機技術與通訊技術等現代高新技術的發展為農業自動化和智能化奠定了科學和技術基礎人們對農業生產提出了經濟、環境、社會等方面的新要求A生長條件最優化B提高作業質量，更能滿足農藝的要求C擴大作業范圍D降低成本F保護環境農業自動化和智能化的基本概念?農業自動化在農業生產過程中機器按照人們事先的規定自動完成作業?農業智能化廣泛采作智能化技術，農業生產中主要決策和作業均由智能化系統和機器來完成關鍵技術傳感器與信息采集與處理技術土壤水份、肥力的快速測量作物長勢的監測農業機械工作狀態的監測與控制計算機圖象處理技術模擬系統、專家系統、決策支持系統的研究作物生長模擬系統作物生長管理農場管理重點研究領域傳統機械無法完成的農業作業的機械化實現部分果蔬收獲雜草的高效、低（或無）污染的清除農業機械自動導航技術農業機器人的導航方式有以下三種信標導航GPS導航機器視覺導航信標導航原理機器視覺導航機器視覺導航農用移動機器人平臺.wmv速度為0.5m/s時的橫向和航向偏差速度為1.5m/s時的橫向和航向偏差GNSS導航自動駕駛拖拉機農業機器人的研究現狀農業機器人的基本概念機器人—可編程的，能執行某些操作作業或移動動作的自動控制機械第一代機器人：據程序完成一些簡單重復性的作業第二代機器人：具有感知系統，可離線編程第三代機器人：不僅具有感知功能，還具有規劃和決策能力農業機器人大多屬于第三代機器人農業機器人的類型按移動與否機械手機器人移動機器人按功能嫁接機器人收獲機器人田管理（噴藥、除草等）機器人耕整地機器人園藝機器人搬運機器人畜牧生產機器人農畜產品處理機器人農業機器人的基本結構感官：功能為感覺認識；技術實現為內外傳感器和導航傳感器神經：功能為信息傳遞；技術實現為操作員、接口、連線大腦：功能為記憶和判斷；技術實現為電腦數據庫和智能控制器心臟：功能為動力供給；技術實現為電源、空氣壓縮機、內燃機及其傳動系統等肢體：行走和操作；技術實現為行走系統、作業部件或機械手農業機器人的感官系統

-農業機器人的信息獲取與處理（1）導航信息獲?。?）工作目標信息獲取（3）工作狀態信息獲取

農業機器人的作業機構

根據農業機器人的作業機構與普通農業機械作業機構的差異，可將農業機器人的作業機構分為兩類。（1）常規作業機構（2）機械手機構意大利研制的用于溫室工作的機械臂式機器人拔苗器（機械手）移栽裝置草莓收獲機器人采摘機構（未端執行器）大西紅柿收獲機構草莓西紅柿收獲機構蘋果采摘機器人.avi柑橘收獲機器人.wmv蘑菇收獲機器人.mov葡萄收獲機器人.mov茄子收獲機器人.mov西紅柿收獲機器人.mov草莓收獲機器人.mp4修剪機器人.f4v移栽機器人.wmv種菜機器人.flv插秧機器人.mp4未來的農業.mp4農業智能化及農業機器人發展展望

雖然已有一些智能人技術和裝備在農業生產上得到了應用，但農業的