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,4,1.1 精細(xì)農(nóng)業(yè)概念的引入背景與演變; 1995年，前國家農(nóng)業(yè)部部長劉 江同志率中國農(nóng)業(yè)代表團(tuán)訪問美國時(shí)，與前美國農(nóng)業(yè)部部長會(huì)談曾提問：未來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 ” , 在美國還有一種說法叫 “ Precision Farming ”。 代表團(tuán)回來后，我國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。 我國從事：“ Precision Agriculture

2、 ” 研究與攻關(guān)的學(xué)科帶頭人是中國工程院院士、原國務(wù)院學(xué)位委員會(huì)農(nóng)業(yè)工程學(xué)科評(píng)議組組長、中國農(nóng)業(yè)機(jī),5,械學(xué)會(huì)和中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)名譽(yù)理事長、世界糧農(nóng)組織農(nóng)業(yè)工程專家組專家、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授汪懋華先生。多年來，他致力于該領(lǐng)域的宣傳、研究、攻關(guān)，每年多次出國專項(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)合我國勞動(dòng)人民千百年來精耕細(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年前后在我國有無搞精細(xì)農(nóng)業(yè)的必要，學(xué)術(shù)

3、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)。目前從國外引進(jìn)一臺(tái)智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備，少則幾萬元、幾十萬元，多則一百多萬元。 持不同觀點(diǎn)的人們認(rèn)為：中國是一個(gè)發(fā)展中的國家，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)還不符合中國國情。,我的觀點(diǎn)屬前者。當(dāng)然搞精細(xì)農(nóng)業(yè)也不是

4、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)具有我國知識(shí)產(chǎn)權(quán)并適合我國國情的精細(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：20世紀(jì)50年代前，第一、第二世界國家要從第三世界國家進(jìn)口糧食和農(nóng)產(chǎn)品來維持他們國家人民的生活；但是20世紀(jì)50年代以后，情況發(fā)生了逆轉(zhuǎn)，第一、第二世界國家要向第三世界國家出口大量的糧食和農(nóng)產(chǎn)品，當(dāng)然這些國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)國家的耕地面積并無明

5、顯增加，僅有35%的勞動(dòng),力從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。也就是說在農(nóng)業(yè)資源沒有增加、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)效益的同步增長與可持續(xù)發(fā)展。,目前，我國化肥、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)于美國水平的2倍。我國的低產(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里，土壤

6、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異和時(shí)間

7、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 System

8、) 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）和決策支持系統(tǒng)（從多方案中優(yōu)化或

9、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NAVSTAR/GPS的簡(jiǎn)稱，其全部

10、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 ，精確地說衛(wèi)星經(jīng)過地面上同一點(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1575.42MHZ和1227.60MHZ。發(fā)射雙頻

11、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，專供美國軍方和特許用戶使用，屬精密定位業(yè)務(wù)，又記作PPS業(yè)務(wù)； C / A碼供一般用

12、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)是美國國防部研制開發(fā)為美國陸、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的實(shí)時(shí)定位精度，C/A碼（粗碼），可以

13、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。一旦美國軍隊(duì)遇到敵方使用的GPS輔助武器或戰(zhàn)術(shù)帶來明顯威脅，美國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和平時(shí)期標(biāo)準(zhǔn)定位業(yè)務(wù)的水平。這就是美國政府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，從而使定位精度超過單獨(dú)使用精密定位業(yè)務(wù)所得到的精度。之

14、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)，通過差分計(jì)算處理，獲得高的定位精度。 美國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)美國安全的威脅，再者美國軍方認(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)于10Km航線，飛機(jī)只需5 min左右

15、，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，前美國副總統(tǒng)戈?duì)栐岢雒绹笮涂蒲杏?jì)劃，建立數(shù)字化地球。這表明美國的科研基礎(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。其信息屬于空間信息，具有區(qū)域性、多維結(jié)構(gòu)牲。例如：

16、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): 如加拿大國家信息系統(tǒng)、中國京津唐區(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、分析處理和輸出功能的軟件包。 2.2.

17、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)庫和程序。（5）顯示器，用戶通過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）地理信息系統(tǒng)軟件包（平臺(tái)）一般包括五類基本

18、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 國外GIS軟件：（1）ARC/INFO系統(tǒng)：ARC/INFO是美國環(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)入中國市場(chǎng)。,ARC/INFO 系統(tǒng)提供了用于地理數(shù)據(jù)的自動(dòng)輸入、

19、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Mapinfo公司研制開發(fā)的GIS軟件Mapinfo。,2.2.3.2 國內(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)的地理信息系統(tǒng)軟件MAP/GIS。,2.3

20、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)定義來說，遙感就是在一定距離之外，不與目標(biāo)物體直接接觸，通過傳感器收集被測(cè)目標(biāo)所發(fā)射出來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，人的身體即為載體，人的大腦即為指揮系統(tǒng)

21、。,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，通過有關(guān)大氣窗口，在空中來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大氣層的過程中，被吸收和散射的比例較小而透過率很高的波段，也就是電磁波在大氣中傳輸損耗率很小的波段。 目前使用七個(gè)窗口：遠(yuǎn)紫外窗口0.150.

22、2微米、可見光窗口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、DSS 6S 系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備上的綜合

23、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)量分布圖是精細(xì)農(nóng)業(yè)的重要基礎(chǔ)信息。產(chǎn)量分布

24、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)，分辨力為1mm。,瞬時(shí)t谷物質(zhì)量流量mG(

25、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，例如是否為農(nóng)機(jī)拖拉機(jī)輪胎壓實(shí)土壤、局部

26、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、營養(yǎng)元素同等重要規(guī)律：作物對(duì)各種營養(yǎng)元素需要量差別可達(dá)十倍、百倍、甚至十萬倍，但是各種營養(yǎng)元素對(duì)作物的生長發(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，全面考慮，以避免營養(yǎng)失調(diào)。 2、最小養(yǎng)分規(guī)律：

27、作物生長只要一種營養(yǎng)元素不足，其生長發(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)律是生長初期吸收養(yǎng)分?jǐn)?shù)量低，隨著作物的生長，對(duì)營養(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 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！,