精細(xì)農(nóng)業(yè)與智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備

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1、精 細(xì) 農(nóng) 業(yè) 與智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備,,1,,,,1. 精細(xì)農(nóng)業(yè)的基本概念 2. 精細(xì)農(nóng)業(yè)前3S簡(jiǎn)介 3. 智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備 4. 結(jié)束語(yǔ),4,1.1 精細(xì)農(nóng)業(yè)概念的引入背景與演變; 1995年，前國(guó)家農(nóng)業(yè)部部長(zhǎng)劉 江同志率中國(guó)農(nóng)業(yè)代表團(tuán)訪問(wèn)美國(guó)時(shí)，與前美國(guó)農(nóng)業(yè)部部長(zhǎng)會(huì)談曾提問(wèn)：未來(lái)21世紀(jì)引起全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域重大裝備技術(shù)變革將是什么？當(dāng)時(shí)明確回答是：“ Precision Agriculture ” , 在美國(guó)還有一種說(shuō)法叫 “ Precision Farming ”。 代表團(tuán)回來(lái)后，我國(guó)的新聞媒介便開始了“精確農(nóng)業(yè)”、“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的宣傳。 我國(guó)從事：“ Precision Agricul

2、ture ” 研究與攻關(guān)的學(xué)科帶頭人是中國(guó)工程院院士、原國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)農(nóng)業(yè)工程學(xué)科評(píng)議組組長(zhǎng)、中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī),5,械學(xué)會(huì)和中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)名譽(yù)理事長(zhǎng)、世界糧農(nóng)組織農(nóng)業(yè)工程專家組專家、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)教授汪懋華先生。多年來(lái)，他致力于該領(lǐng)域的宣傳、研究、攻關(guān)，每年多次出國(guó)專項(xiàng)考察，指導(dǎo)培養(yǎng)碩士和博士研究生，倡導(dǎo)組建中國(guó)精細(xì)農(nóng)業(yè)工程示范研究基地。 汪懋華先生認(rèn)為：結(jié)合我國(guó)勞動(dòng)人民千百年來(lái)精耕細(xì)作的優(yōu)良傳統(tǒng)，把：“ Precision Agriculture ” 翻譯成精細(xì)農(nóng)業(yè)更為合宜。所以本次講座名稱為精細(xì)農(nóng)業(yè)與智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備。,6,1.2 精細(xì)農(nóng)業(yè)的重大意義; 2000年前后在我國(guó)有無(wú)搞精細(xì)農(nóng)業(yè)的必

3、要，學(xué)術(shù)界還有一定的爭(zhēng)議。贊同者認(rèn)為：精細(xì)農(nóng)業(yè)集最先進(jìn)的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)于一體，它的研究與推廣應(yīng)用不僅會(huì)引起農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中重大革命，同時(shí)也會(huì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)的重大變革，必將促進(jìn)我國(guó)的電子產(chǎn)業(yè)、計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)、信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)和機(jī)械裝備產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展。智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械裝,備是實(shí)現(xiàn)精細(xì)農(nóng)業(yè)的載體，它是知識(shí)經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)物，也是知識(shí)經(jīng)濟(jì)的具體體現(xiàn)。目前從國(guó)外引進(jìn)一臺(tái)智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備，少則幾萬(wàn)元、幾十萬(wàn)元，多則一百多萬(wàn)元。 持不同觀點(diǎn)的人們認(rèn)為：中國(guó)是一個(gè)發(fā)展中的國(guó)家，耕地少，人口多，資金缺乏，目前用7%的土地養(yǎng)活22%的人口已是了不起的成就。精細(xì)農(nóng)業(yè)投入太大，暫時(shí)還不符合中國(guó)國(guó)情。,我的觀點(diǎn)屬前者。當(dāng)然搞精細(xì)農(nóng)

4、業(yè)也不是搞群眾運(yùn)動(dòng)，全面展開。但是我們要投入一定的精力予以關(guān)注、投入一定的財(cái)力予以支持研究，開發(fā)具有我國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)并適合我國(guó)國(guó)情的精細(xì)農(nóng)業(yè)智能化機(jī)械裝備。因?yàn)樗厝淮砹讼冗M(jìn)生產(chǎn)力的方向，具有重大的戰(zhàn)略意義。 我認(rèn)為：持懷疑態(tài)度人的觀點(diǎn)也有其現(xiàn)實(shí)的道理，但是眼前看得太多，應(yīng)該看事物的發(fā)展規(guī)律與發(fā)展前景,縱觀世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展史可見(jiàn)：20世紀(jì)50年代前，第一、第二世界國(guó)家要從第三世界國(guó)家進(jìn)口糧食和農(nóng)產(chǎn)品來(lái)維持他們國(guó)家人民的生活；但是20世紀(jì)50年代以后，情況發(fā)生了逆轉(zhuǎn)，第一、第二世界國(guó)家要向第三世界國(guó)家出口大量的糧食和農(nóng)產(chǎn)品，當(dāng)然這些國(guó)家人民的生活需要進(jìn)口。 然而，處于第一、第二世界的發(fā)達(dá)國(guó)家的耕地面

5、積并無(wú)明顯增加，僅有35%的勞動(dòng),力從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。也就是說(shuō)在農(nóng)業(yè)資源沒(méi)有增加、反而減少的情況下，為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的逆轉(zhuǎn)呢？他們主要是依靠科學(xué)技術(shù)，包括逐漸發(fā)展起來(lái)的精細(xì)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和農(nóng)業(yè)資源的利用率、降低了生產(chǎn)成本、減少了化肥、農(nóng)藥、石油的投入，減輕了對(duì)環(huán)境的污染，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益的同步增長(zhǎng)與可持續(xù)發(fā)展。,目前，我國(guó)化肥、農(nóng)藥有效利用率在30%左右，天然降水的利用率不足35%，僅為發(fā)達(dá)國(guó)家水平的一半；而每公頃擁有的農(nóng)業(yè)動(dòng)力約為1KW，相當(dāng)于美國(guó)水平的2倍。我國(guó)的低產(chǎn)田占耕地總面積的60%以上，其單產(chǎn)僅為高產(chǎn)田的幾分之一；對(duì)于中、高產(chǎn)田，或者即使是同一地塊

6、里，土壤的肥力、墑情、雜草、病蟲害、產(chǎn)量等等在局部區(qū)域往往差異很大，并非均勻一致,而傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的設(shè)計(jì)參數(shù)與考核指標(biāo)是以均勻一致性為準(zhǔn)則的。耕深要求均勻一致、肥料要求撒播均勻，播種指標(biāo)（播量、播深等）要求一致，農(nóng)藥、除草劑噴灑均勻，農(nóng)田灌溉均勻一致等等。以均勻一致的資源消耗投入到實(shí)際差異懸殊的具體環(huán)境之中，要么造成局部供應(yīng)不足，土地、日光、空氣等資源不能充分發(fā)揮自身的最大功能；要么造成局部供應(yīng)過(guò)剩，,最終造成資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染，不能達(dá)到農(nóng)業(yè)作業(yè)最佳理想的目標(biāo)。 1.1.3 精細(xì)農(nóng)業(yè)的定義： 精細(xì)農(nóng)業(yè)是一種戰(zhàn)略思想，是信息和人工智能高新技術(shù)在大農(nóng)業(yè)中的微觀運(yùn)用。它的全部概念建立在空間差

7、異和時(shí)間差異的數(shù)據(jù)采集和處理上，其核心意圖是實(shí)時(shí)測(cè)知作物（畜禽）,個(gè)體或小群體或小區(qū)地塊生長(zhǎng)和防疫的實(shí)際需要，而及時(shí)確定針對(duì)性投入（肥、水、藥飼料等）的量、質(zhì)和時(shí)機(jī)，一反傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大面積平均投入的作法，以求最佳效果和最低代價(jià)。 實(shí)行精細(xì)農(nóng)業(yè)可以在減少投入的情況下增加（或維持）產(chǎn)量、提高品質(zhì)、降低成本、節(jié)約資源、減少污染、保護(hù)生態(tài)。,1.4 精細(xì)農(nóng)業(yè)的技術(shù)體系: 精細(xì)農(nóng)業(yè)的技術(shù)體系：主要由前3S、后3S和最后1S組成。簡(jiǎn)稱精細(xì)農(nóng)業(yè)7S體系。 前3S：GPS全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System) GIS地理信息系統(tǒng) (Geographical Information S

8、ystem) RSS遙感系統(tǒng) (Remote Sensing System),后3S：ES專家系統(tǒng) (Expert System) SS模擬系統(tǒng) (Simulation System) DSS決策支持系統(tǒng) (Decision Support System) 最后1S： ICS智能控制系統(tǒng) (Intelligence Control System),前3S的集成作用是及時(shí)采集田間信息，經(jīng)過(guò)信息處理形成田間狀態(tài)圖，田間狀態(tài)圖應(yīng)能田間狀態(tài)（肥、水、病、蟲、產(chǎn)量）的斑塊狀不均勻分布。 后3S集成的作用是及時(shí)生成優(yōu)化的決策，它的支持技術(shù)包括專家系統(tǒng)（知識(shí)模型）、模擬系統(tǒng)（數(shù)學(xué)模型）和決策

9、支持系統(tǒng)（從多方案中優(yōu)化或綜合，作出決策）。決策的表述形式可以是田間對(duì)策圖或指令,IC 卡，IC卡便于智能控制新型農(nóng)業(yè)裝備在田間作業(yè)時(shí)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)按需變量投入的目的要求。 最后1S ，ICS智能控制系統(tǒng)是智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的控制指揮中心。由農(nóng)機(jī)操作者下達(dá)指令，從DGPS接受位置信息，從GIS中的執(zhí)行電子地圖提取決策信息，,也可以接受實(shí)時(shí)傳感器的信息，并將它們轉(zhuǎn)化為向執(zhí)行器發(fā)出的控制信號(hào)，執(zhí)行設(shè)備在接受信號(hào)后通過(guò)液動(dòng)、氣動(dòng)或電動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)作物的變量投入或作業(yè)操作調(diào)整。它還可以接受自執(zhí)行設(shè)備傳來(lái)的反饋信號(hào)，對(duì)作物投入量進(jìn)行微調(diào)并存檔備查。,2.1 全球定位系統(tǒng) GPS ； GPS 是縮寫詞N

10、AVSTAR/GPS的簡(jiǎn)稱，其全部意義為：導(dǎo)航衛(wèi)星測(cè)時(shí)和測(cè)距/全球定位系統(tǒng)，即 Navigation Satelite Timing and Ranging / Global Positioning System. 2.1.1 導(dǎo)航衛(wèi)星：24顆衛(wèi)星，分布在6個(gè)軌道平面上，每個(gè)軌道上有4顆衛(wèi)星。在地球上任意地方，至少同時(shí)可觀察到5顆衛(wèi)星。其中至少有4顆在地平線7.50以上。,衛(wèi)星軌道高度約21083km，運(yùn)行周期接近12h ，精確地說(shuō)衛(wèi)星經(jīng)過(guò)地面上同一點(diǎn)上空的時(shí)間，每天提前4 min，衛(wèi)星時(shí)鐘日穩(wěn)定度達(dá)10-14 / 日。 衛(wèi)星上的導(dǎo)航發(fā)射機(jī)向用戶播發(fā)信號(hào)，采用雙頻方式, 頻率1575.42M

11、HZ和1227.60MHZ。發(fā)射雙頻是為了校正電離層產(chǎn)生的附加延時(shí)。,2.1.2 地面站組: 地面站組亦稱地面控制部分，包括 4 個(gè)監(jiān)控站，1 個(gè)注入站和 1個(gè)主控站。出于軍事目的，這些站全部設(shè)在美國(guó)本土的空軍基地內(nèi)，進(jìn)行導(dǎo)航衛(wèi)星的監(jiān)視和運(yùn)行參數(shù)的修正控制。 2.1.3 用戶設(shè)備: 用戶設(shè)備是GPS接收機(jī)，它的主要功能是接收導(dǎo)航衛(wèi)星播發(fā)的信號(hào)并利用本機(jī)產(chǎn)生的隨機(jī)編碼取得距離測(cè)量和導(dǎo)航電文，根據(jù)導(dǎo)航電文提供的衛(wèi)星位置,和鐘差修正信息，計(jì)算顯示接收機(jī)的位置，這就是定位。 衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)包括 P 碼 和 C / A碼。 P 碼為精密導(dǎo)航定位，為保密碼，專供美國(guó)軍方和特許用戶使用，屬精密定位業(yè)務(wù)，又記

12、作PPS業(yè)務(wù)； C / A碼供一般用戶使用，稱作標(biāo)準(zhǔn)定位業(yè)務(wù)，又記作SPS業(yè)務(wù)。,2.1.3 GPS定位原理: GPS接收機(jī)接收的衛(wèi)星導(dǎo)航電文中有衛(wèi)星的空間坐標(biāo)位置，兩兩衛(wèi)星間的距離；接收機(jī)通過(guò)衛(wèi)星播發(fā)的信號(hào)傳輸時(shí)間可以計(jì)算出接收機(jī)與各個(gè)衛(wèi)星間的距離，這樣已知條件具備，即可計(jì)算出接收機(jī)位置坐標(biāo)，以所處地理位置經(jīng)、緯度顯示。,2.1.4 美國(guó)政府GPS工作衛(wèi)星的SA政策: 由于GPS全球定位系統(tǒng)是美國(guó)國(guó)防部研制開發(fā)為美國(guó)陸、海、空三軍使用的導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有可以覆蓋全球的多維連續(xù)定位能力，可以極大地提高軍隊(duì)的作戰(zhàn)能力。出于國(guó)家安全角度考慮，最關(guān)鍵的是信號(hào)精度。 P碼（精碼）目前可以提供10m

13、的實(shí)時(shí)定位精度，C/A碼（粗碼），可以提供幾十米,的實(shí)時(shí)定位精度。1983年前C/A碼水平定位精度設(shè)在500m，1983年6月宣布改為100m。一旦美國(guó)軍隊(duì)遇到敵方使用的GPS輔助武器或戰(zhàn)術(shù)帶來(lái)明顯威脅，美國(guó)可以提高引入的誤差，此時(shí)公開使用的GPS系統(tǒng)定位誤差可能大大超過(guò)和平時(shí)期標(biāo)準(zhǔn)定位業(yè)務(wù)的水平。這就是美國(guó)政府GPS工作衛(wèi)星的SA政策，即“選擇可用性”政策（Selective Availability）。,2.1.5 差分GPS（DGPSDifferential GPS）: 采用差分GPS幾乎可以完全消除“選擇可用性”帶來(lái)的誤差。此外差分技術(shù)不需要雙頻卻能精確地作電離層補(bǔ)償，從而使定位精度超

14、過(guò)單獨(dú)使用精密定位業(yè)務(wù)所得到的精度。之所以能獲得這種效果，是因?yàn)椤斑x擇可用性”和電離層帶來(lái)的誤差都是緩慢變化的偏差，利用誤差在時(shí)間上和空間上的相關(guān)性就可以將它們校正掉。,目前GPS接收機(jī)多數(shù)具有差分系統(tǒng)，除了接收衛(wèi)星信號(hào)外，它還接收地面基準(zhǔn)站的信號(hào)，通過(guò)差分計(jì)算處理，獲得高的定位精度。 美國(guó)政府允許這種差分工作的存在，因?yàn)榫植繀^(qū)域的差分不會(huì)得造成對(duì)美國(guó)安全的威脅，再者美國(guó)軍方認(rèn)為在必要時(shí)，它有能力摧毀差分系統(tǒng)的通訊能力。,2.2.6 導(dǎo)航飛防農(nóng)業(yè)GPS應(yīng)用實(shí)例： 利用飛機(jī)噴灑農(nóng)藥,一般飛行高度為730m，航線間隔50m，藥效覆蓋寬度正負(fù)40m，常用“運(yùn)五”飛機(jī)，飛行速度為200Km/h , 對(duì)

15、于10Km航線，飛機(jī)只需5 min左右，加上飛機(jī)轉(zhuǎn)彎，飛一條航線約需78 min。 用人工地標(biāo)，地面工作人員需用50人；采用GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)，可大大節(jié)約地面工作人員的需求量、節(jié)約成本、保證作業(yè)質(zhì)量。,2.2 地理信息系統(tǒng)GIS： 1998年，前美國(guó)副總統(tǒng)戈?duì)栐岢雒绹?guó)大型科研計(jì)劃，建立數(shù)字化地球。這表明美國(guó)的科研基礎(chǔ)已經(jīng)具備完成這一計(jì)劃的能力。所謂數(shù)字化地球，就是將地球表面、地表上方空間、地表以下的地理信息以數(shù)字的形式存貯于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中，以便今后決策和任務(wù)執(zhí)行中隨時(shí)調(diào)用。 地理信息是指表征地理諸要素的數(shù)量、質(zhì),量分布特性、相互聯(lián)系及其變化規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像與圖形特征的總稱。其信息屬于

16、空間信息，具有區(qū)域性、多維結(jié)構(gòu)牲。例如：在一個(gè)地面點(diǎn)上，可取高度、土壤肥力、作物產(chǎn)量、噪聲、污染、交通、通訊、電力線、輸油輸氣管網(wǎng)等多種信息。地理信息有明顯的時(shí)序特征，即動(dòng)態(tài)變化特征。,2.2.1 地理登信息系統(tǒng)的分類： 地理信息系統(tǒng)按其內(nèi)容可分為： 2.2.1.1 專題地理地理信息系統(tǒng): 如水資源管理信息系統(tǒng)、礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)估產(chǎn)信息系統(tǒng)、交通管理信息系統(tǒng)、環(huán)境管理信息系統(tǒng)、城市地下管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)等。 2.2.1.2 區(qū)域地理信息系統(tǒng): 如加拿大國(guó)家信息系統(tǒng)、中國(guó)京津唐區(qū)域開發(fā)信息系統(tǒng)等。,2.2.1.3 地理信息系統(tǒng)工具（軟件平臺(tái)）：它是一種具有圖形、圖像數(shù)字化、存貯管理、查詢檢索

17、、分析處理和輸出功能的軟件包。 2.2.2 地理信息系統(tǒng)的組成: 2.2.2.1 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)：（1）包括計(jì)算機(jī)主機(jī)，提供存貯空間，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯處理。（2）數(shù)字化儀可將地圖或遙感圖像數(shù)字化后輸入計(jì)算機(jī)。3）繪圖儀。,和其它設(shè)備,用來(lái)表示數(shù)據(jù)處理結(jié)果。（4）磁帶（盤）機(jī)，用于存貯大型數(shù)據(jù)庫(kù)和程序。（5）顯示器，用戶通過(guò)顯示器和終端控制計(jì)算機(jī)和外圍設(shè)備。 2.2.2.2 計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)通用程序、地理信息系統(tǒng)軟件包（平臺(tái)）和應(yīng)用分析軟件三部分組成。（1）計(jì)算機(jī)通用程序是計(jì)算機(jī)廠家提供的使用計(jì)算機(jī)的程序系統(tǒng)，包括操作系統(tǒng)、,匯編程序、論斷程序以用各種維護(hù)使用手冊(cè)。（2）地

18、理信息系統(tǒng)軟件包（平臺(tái)）一般包括五類基本模塊：即數(shù)據(jù)的輸入和校驗(yàn)、數(shù)據(jù)的存貯和管理、數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)的顯示和輸出、用戶接口等。（3）應(yīng)用分析軟件是系統(tǒng)開發(fā)人員根據(jù)地理信息專題或區(qū)域分析模型編制的程序，是系統(tǒng)功能的擴(kuò)充和延伸。,2.2.3 地理信息系統(tǒng)GIS軟件平臺(tái)： 目前世界上商用的GIS軟件已多達(dá)400多種。它們大小不一，風(fēng)格各異，占領(lǐng)著不同應(yīng)用市場(chǎng)。 2.2.3.1 國(guó)外GIS軟件：（1）ARC/INFO系統(tǒng)：ARC/INFO是美國(guó)環(huán)境系統(tǒng)研究所研制的地理信息系統(tǒng)軟件，它是世界上應(yīng)用最廣泛的GIS軟件之一。1991年， ARC/INFO系統(tǒng)進(jìn)行了漢化處理，從此大量進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。,ARC/IN

19、FO 系統(tǒng)提供了用于地理數(shù)據(jù)的自動(dòng)輸入、處理、分析和顯示的強(qiáng)大功能。目前已成功地應(yīng)用于包括自然資源、農(nóng)業(yè)、自動(dòng)制圖、設(shè)施管理、城市和區(qū)域規(guī)劃、人口和商業(yè)管理、交通運(yùn)輸、石油和天然氣、教育、軍事等十大類別的一百多個(gè)領(lǐng)域。（2）澳大利亞的Genasys公司開發(fā)的GIS軟件GENAMAP。（3）美國(guó)Mapinfo公司研制開發(fā)的GIS軟件Mapinfo。,2.2.3.2 國(guó)內(nèi)GIS平臺(tái): （1）北京大學(xué)與陜西三秦企業(yè)集團(tuán)聯(lián)合研制的地理信息系統(tǒng)城市之星Citystar。 （2）武漢測(cè)繪科技大學(xué)GIS研究中心研制的地理信息系統(tǒng)軟件吉奧之星Geostar。 （3）中國(guó)地質(zhì)大學(xué)計(jì)算中心華地圖形數(shù)據(jù)公司開發(fā)的地

20、理信息系統(tǒng)軟件MAP/GIS。,2.3 遙感系統(tǒng)RSS： 2.3.1 遙感的基本概念: 遙感的基本定義是:從遙遠(yuǎn)的地方感覺(jué)一個(gè)物體的客觀存在，它是在人類生活領(lǐng)域內(nèi)廣泛存在的現(xiàn)象。 從現(xiàn)代的科學(xué)定義來(lái)說(shuō)，遙感就是在一定距離之外，不與目標(biāo)物體直接接觸，通過(guò)傳感器收集被測(cè)目標(biāo)所發(fā)射出來(lái)的電磁波能量而加以記錄，并形成圖像，以供有關(guān)專業(yè)信息的識(shí)別、分類和分析的一種科學(xué)技術(shù)。,2.3.2 遙感系統(tǒng)的組成： 一個(gè)完整的遙感系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)由三部分組成：（1）傳感器（sensor） （2）載體（carrier） （3）指揮系統(tǒng)（command system） 一個(gè)人就是一個(gè)天然、完整的遙感系統(tǒng)，眼睛是一對(duì)天然的傳感器

21、，人的身體即為載體，人的大腦即為指揮系統(tǒng)。,傳感器：是收集目標(biāo)物所反射或發(fā)射電磁波信息的裝置。有照相機(jī)、攝像機(jī)、多波段光譜掃描儀（MSS）、紅外光譜儀等。 載體：也稱平臺(tái)（plan form），它是負(fù)載傳感器的工具。有支架、車輛、氣球、飛機(jī)、衛(wèi)星等。 指揮系統(tǒng)，就是指揮和控制傳感器與平臺(tái)并接收信息的指揮部，現(xiàn)代遙感指揮系統(tǒng)一般均為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。,2.3.3 透射特性（大氣窗口）：遙感信息，主要是利用傳感器，通過(guò)有關(guān)大氣窗口，在空中來(lái)獲取地球表面的地物反射和發(fā)射的光譜信息。大氣窗口就是電磁波在通過(guò)大氣層的過(guò)程中，被吸收和散射的比例較小而透過(guò)率很高的波段，也就是電磁波在大氣中傳輸損耗率很小的波段。

22、目前使用七個(gè)窗口：遠(yuǎn)紫外窗口0.150.2微米、可見(jiàn)光窗口0.31.3微米、近紅外窗口,1.41.9微米、近紅外窗口2.053.0微米、中紅外窗口3.55.5微米、遠(yuǎn)紅外窗口814微米、微波窗口 1.5cm。 2.3.4 遙感圖像識(shí)別基礎(chǔ): （1）地物識(shí)別： （2）作物種類識(shí)別： （3）作物長(zhǎng)勢(shì)識(shí)別：,2.3.5 遙感技術(shù)的應(yīng)用: 應(yīng)用領(lǐng)域；農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、地質(zhì)、礦產(chǎn)等資源的普查、研究，結(jié)合GPS和GIS的應(yīng)用，可大大地提高普查效率和精度。 具體應(yīng)用：土壤普查（類別、肥力、含水量）、作物估產(chǎn)、自然災(zāi)害的監(jiān)測(cè)等。,3.智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備 智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備是GPS、GIS、RSS、ES、SS、

23、DSS 6S 系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備上的綜合應(yīng)用。 3.1 DGPS 農(nóng)機(jī)的定位與導(dǎo)航: 農(nóng)業(yè)機(jī)械在田地中作業(yè)，不同的作業(yè)項(xiàng)目需求的定位分辨力也不相同。變量施肥時(shí)30m，變量施用除草劑1 m，測(cè)產(chǎn)10m，筑埂5cm、噴灑農(nóng)藥重疊10cm。 當(dāng)前DGPS系統(tǒng)可達(dá)精度如圖所示。,3.2 作物產(chǎn)量分布圖的生成： 20世紀(jì)90年代后期，國(guó)際上先進(jìn)的各種作物聯(lián)合收獲機(jī)，大多數(shù)都具有產(chǎn)量分布圖自動(dòng)生成功能。谷物聯(lián)合收獲機(jī)、棉花收獲機(jī)、馬鈴薯收獲機(jī)、花生收獲機(jī)等都裝備產(chǎn)量數(shù)字化自動(dòng)生成系統(tǒng)。 谷物聯(lián)合收獲機(jī)上的產(chǎn)量分布圖自動(dòng)生成系統(tǒng)研究相對(duì)較早，技術(shù)比較成熟。其測(cè)產(chǎn)系統(tǒng)傳感器布置及定位系統(tǒng)如圖所示。,數(shù)字化產(chǎn)量

24、分布圖是精細(xì)農(nóng)業(yè)的重要基礎(chǔ)信息。產(chǎn)量分布圖綜合了田間空間參數(shù)變化的信息，諸如土壤類型、土壤濕度、養(yǎng)分含量、及坡度等，故可用以確定田間地段作物均勻生長(zhǎng)的條件并可分別確定各田塊各自所需的農(nóng)事操作。在下一次收獲時(shí)所得新的產(chǎn)量分布圖則可顯示精細(xì)農(nóng)作的實(shí)際效果。 谷物聯(lián)合收獲機(jī)瞬時(shí)單產(chǎn)YG（t）的測(cè)定：,YG(t)=mG(t).（ 1 UG(t)）/（V(t)）.W(t)） YG(t)瞬時(shí)t所測(cè)得單產(chǎn)； mG(t)瞬時(shí)t所測(cè)得谷物質(zhì)量流量； UG(t)瞬時(shí)t谷物含水量（相對(duì)濕度）； V(t)瞬時(shí)t收獲機(jī)行駛速度； W(t)瞬時(shí)t割幅寬度。 割幅寬度W(t)的測(cè)量：利用超聲波測(cè)距傳感器，割幅1.5m時(shí)，分

25、辨力為1mm。,瞬時(shí)t谷物質(zhì)量流量mG(t)可用谷物流量計(jì)測(cè)量。 谷物含水量UG(t)可用谷物濕度計(jì)測(cè)得。 聯(lián)合收獲機(jī)收獲作業(yè)時(shí)，同步測(cè)得谷物的瞬時(shí)流量、含水量、聯(lián)合收獲機(jī)的瞬時(shí)速度和割幅，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)綜合處理，即可計(jì)算出田塊的瞬時(shí)產(chǎn)量。,3.3 作物處方圖的生成及智能型變量控制農(nóng)業(yè)機(jī)械: 3.3.1 精細(xì)種植的農(nóng)業(yè)機(jī)械體系: 每當(dāng)收獲機(jī)繪制出產(chǎn)量分布圖，就顯示了田間各局部單產(chǎn)的差異，下一步工作就是要進(jìn)行產(chǎn)量診斷，找出造成差異的主要原因，提出針對(duì)性的糾正措施加以優(yōu)化、量化而生成下一輪田間作業(yè)的處方圖。下圖為精細(xì)種植的農(nóng)業(yè)機(jī)械體系。,田間產(chǎn)量診斷步驟如下：首先查看產(chǎn)量分布圖，識(shí)別低產(chǎn)的明顯原因

26、，例如是否為農(nóng)機(jī)拖拉機(jī)輪胎壓實(shí)土壤、局部陡坡、水土流失、鼠害等？如有必要，則進(jìn)行第二步檢驗(yàn)土壤的物理特性。第三步化驗(yàn)土壤的PH值和營(yíng)養(yǎng)化學(xué)成分。找出局部低產(chǎn)原因之后，可根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)或作物生長(zhǎng)模型提出針對(duì)性糾正措施加以量化，以數(shù)據(jù)卡和處方圖的形式把指令傳遞給智能變量控制農(nóng)業(yè)機(jī)械實(shí)現(xiàn)精細(xì)農(nóng)作。,3.3.2 精細(xì)變量施肥機(jī)械: 3.3.3 雜草驅(qū)動(dòng)除草劑噴灑機(jī)械: 3.3.4 精確變量灌溉系統(tǒng):,變量施肥決策理論上應(yīng)該遵循的規(guī)律 1、營(yíng)養(yǎng)元素同等重要規(guī)律：作物對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)元素需要量差別可達(dá)十倍、百倍、甚至十萬(wàn)倍，但是各種營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育同等重要，不可替代，理論上施肥時(shí)，必須根據(jù)作物需要，全面考

27、慮，以避免營(yíng)養(yǎng)失調(diào)。 2、最小養(yǎng)分規(guī)律：作物生長(zhǎng)只要一種營(yíng)養(yǎng)元素不足，其生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量就會(huì)受到限制，因此，施肥決策時(shí)，要使土壤保持適宜的養(yǎng)分?jǐn)?shù)量，平衡施肥，滿足作物需求。,3、作物需求階段營(yíng)養(yǎng)規(guī)律：作物吸收養(yǎng)分并非作物整個(gè)生育期都有進(jìn)行。一般規(guī)律是生長(zhǎng)初期吸收養(yǎng)分?jǐn)?shù)量低，隨著作物的生長(zhǎng)，對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收的強(qiáng)度和數(shù)量都有逐漸增加，到成熟期，吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的強(qiáng)度和數(shù)量會(huì)逐漸減少，甚至向植株體外排出。,結(jié) 束 語(yǔ) 精細(xì)農(nóng)業(yè)與智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械工程技術(shù)是20 世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的最先進(jìn)的農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，它是電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)和7S技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展的產(chǎn)物，是知識(shí)經(jīng)濟(jì)的具體體現(xiàn)。國(guó)外著名的農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備公司都有商品裝備出售，價(jià)格也相當(dāng)昂貴。國(guó)內(nèi)一些大專院校和科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始這一領(lǐng)域的研究探索工作，這是一項(xiàng)具有長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略意義的工作。,,,,2005年在八五二農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛試驗(yàn),2005年在八五二農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛試驗(yàn),,,,,,,,,,,,,,,,謝 謝！,