从农业机械化到农业信息化、自动化与智能化.ppt

1、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 v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 v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 v 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 v 由于机械固有的局限性，作业的质量和范围受到限 制 v 农业机械化并未改变以经验为基础的传统农业管理 方式 精确农业的发展使农业从以建立在经验基 础上的粗放管理走向以现代科学技术为基础 的精确定量管理 1 精确农业的基本思想与技术体系 v 基于信息和知识基于

2、信息和知识 管理好复杂的农业系统； v 由经验型、定性化 为主的粗放型农业 向向 知识型、精细化知识型、精细化 管理管理 的现 代农业发展方式转变； v 基于差异性基于差异性 信息实施信息实施 精细农作管理。 什么是精确定农业？ v 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 v 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 v 精确农业的思想依据：农业生产条件的空间差异性 v 精确农业的作业方式 :据作物个体或小群体的需要进 行作业 v 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

3、应用 v精细农业实践的精细农业实践的 5 条规则条规则 : v 按正确的时间 v 以正确的数量 v 在正确的地点 v 用正确的方式 v 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实施基于空间与时间差 异性的农业生产系统科学管理！异性的农业生产系统科学管理！ 精确农业的基本思想 经济要求 法律要求 环境要求 减少投入 车辆定位系统 地理信息系统 农机控制与监视 优化控制系统 精确农业系统 管理信息系统 地理信息系统 决策支持系统 作物栽培模型 田间历史数据经营效率改善 较少环境投入较少废弃物较高利润 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、

4、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” 。 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” 。 “ 7S”- 精确农业的核心技术 v GISGeographical Information System( 地理信息系统 ) v GPSGlobal Positioning System （ 全球定位系统） 或 GNSSGlobal Navigation Satellite System （全球导航卫 星系统） v RS（或 RSS） Remote Sensing System

5、 （ 遥感系统） v SSSimulation System （ 模拟系统） v ESExpert System （ 专家系统） v DSSDecision Support System （ 决策支持系统） v ICSIntelligence Control System （ 智能控制系统 ） 大田精确种植技术体系 GIS: Geographical Information System,地理信息系统 ; GPS:Glodal Positioning System,全球定位系统 ; RSS: Remote Sensing System,遥感系统 ; SS: Simulation System,

6、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 ; 自动信息采集 GPS GIS RS 传感技术 前 3 S 集 成 田 间 状态图 人工 采集 ES SS DSS 后 3 S 集 成 决策生成 指令生成 决策实施农田对策 图作业 指令集 I C S 农 机 明白纸 常规农机 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 SS 分析作物需求 储存物质 结构物质 茎根 叶面积

7、转化比例 光合作用 维持 生长 光照 生理辐射 土壤水分 蒸腾 水分 存在水分胁迫作物模型 排水 蒸发 降水 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 管理系统 方法库 管理系统 方法 库 数据库 管理系统 知识库 管理系统 模型 库 数据 库 知识 库 ICS 决策实施 ICS和前 3S及后 3S的关系 前 3S（ 信息 3S） 集成的作用是及时采集田间信息， 经过信息处理形成小区情况分布图，该图应能反映田 间状态（肥、水、病虫、产量）的斑块不均匀分布情 况。 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

8、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。 农田精确种植体系中 ICS种类 具有测产功能的谷物联合收获机 精密变量播种机 精确变量施肥机 精确变量喷药机 精确变量灌溉机 具有测产功能的谷物联合收获机 具有测产功能的谷物联合收获机 具有测产功能的谷物联合收获机 测产原理 v传统测产 单产 =总产重量 /地块亩数 vPA测产 单产 = 谷物流量 -水分含量 +损失量行驶速度 *实际割幅 ICS和前 3S及后 3S的关系 前 3S（ 信息 3S） 集成的作用是及时采集田间信息， 经过信息

9、处理形成小区情况分布图，该图应能反映田 间状态（肥、水、病虫、产量）的斑块不均匀分布情 况。 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。 农田精确种植体系中 ICS种类 具有测产功能的谷物联合收获机 精密变量播种机 精确变量施肥机 精确变量喷药机 精确变量灌溉机 具有测产功能的谷物联合收获机 具有测产功能的谷物联合收获机 测产原理 v传统测产 单产 =总产重量 /地块亩数 vPA测产 单产 =

10、 谷物流量 -水分含量 +损失量行驶速度 *实际割幅 ICS和前 3S及后 3S的关系 前 3S（ 信息 3S） 集成的作用是及时采集田间信息， 经过信息处理形成小区情况分布图，该图应能反映田 间状态（肥、水、病虫、产量）的斑块不均匀分布情 况。 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。 农田精确种植体系中 ICS种类 具有测产功能的谷物联合收获机 精密变量播种机 精确变量施肥机 精确变量喷

11、药机 精确变量灌溉机 具有测产功能的谷物联合收获机 具有测产功能的谷物联合收获机 测产原理 v传统测产 单产 =总产重量 /地块亩数 vPA测产 单产 = 谷物流量 -水分含量 +损失量行驶速度 *实际割幅 测产收获机系统组成 v行驶监测系统 v产量实时监测系统 v机载计算机系统 实际位置和行驶轨迹监测 行驶速度监测 谷物流量监测 谷物湿度监测 谷物损失监测 割幅监测 田野之星 其它专用软件 ICS和前 3S及后 3S的关系 前 3S（ 信息 3S） 集成的作用是及时采集田间信息， 经过信息处理形成小区情况分布图，该图应能反映田 间状态（肥、水、病虫、产量）的斑块不均匀分布情 况。 后 3S（

12、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。 农田精确种植体系中 ICS种类 具有测产功能的谷物联合收获机 精密变量播种机 精确变量施肥机 精确变量喷药机 精确变量灌溉机 具有测产功能的谷物联合收获机 具有测产功能的谷物联合收获机 测产原理 v传统测产 单产 =总产重量 /地块亩数 vPA测产 单产 = 谷物流量 -水分含量 +损失量行驶速度 *实际割幅 测产收获机系统组成 v行驶监测系统 v产量实时监测

13、系统 v机载计算机系统 实际位置和行驶轨迹监测 行驶速度监测 谷物流量监测 谷物湿度监测 谷物损失监测 割幅监测 田野之星 其它专用软件 ICS和前 3S及后 3S的关系 前 3S（ 信息 3S） 集成的作用是及时采集田间信息， 经过信息处理形成小区情况分布图，该图应能反映田 间状态（肥、水、病虫、产量）的斑块不均匀分布情 况。 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。 农田精确种植体系中

14、ICS种类 具有测产功能的谷物联合收获机 精密变量播种机 精确变量施肥机 精确变量喷药机 精确变量灌溉机 具有测产功能的谷物联合收获机 具有测产功能的谷物联合收获机 测产原理 v传统测产 单产 =总产重量 /地块亩数 vPA测产 单产 = 谷物流量 -水分含量 +损失量行驶速度 *实际割幅 测产收获机系统组成 v行驶监测系统 v产量实时监测系统 v机载计算机系统 实际位置和行驶轨迹监测 行驶速度监测 谷物流量监测 谷物湿度监测 谷物损失监测 割幅监测 田野之星 其它专用软件 谷物联合收获机实时测量传感系统 GPS接收装置 DGPS接收装置 谷物湿度测量 谷物密度测量 体积流量测量 损失测量转向

15、角度测量距离速度测量割幅测量 ICS和前 3S及后 3S的关系 前 3S（ 信息 3S） 集成的作用是及时采集田间信息， 经过信息处理形成小区情况分布图，该图应能反映田 间状态（肥、水、病虫、产量）的斑块不均匀分布情 况。 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。 农田精确种植体系中 ICS种类 具有测产功能的谷物联合收获机 精密变量播种机 精确变量施肥机 精确变量喷药机 精确变量灌溉机 具

16、有测产功能的谷物联合收获机 具有测产功能的谷物联合收获机 测产原理 v传统测产 单产 =总产重量 /地块亩数 vPA测产 单产 = 谷物流量 -水分含量 +损失量行驶速度 *实际割幅 测产收获机系统组成 v行驶监测系统 v产量实时监测系统 v机载计算机系统 实际位置和行驶轨迹监测 行驶速度监测 谷物流量监测 谷物湿度监测 谷物损失监测 割幅监测 田野之星 其它专用软件 谷物联合收获机实时测量传感系统 GPS接收装置 DGPS接收装置 谷物湿度测量 谷物密度测量 体积流量测量 损失测量转向角度测量距离速度测量割幅测量 谷物联合收获机传感系统 v谷物流量监测 v谷物湿度监测 v谷物损失监测 v割幅

17、监测 光电式 英国 RDS 机械冲击式 纽荷兰 TX64 射线式 麦赛福格森公司 电容式 电感式 超声波式 冲击式 ICS和前 3S及后 3S的关系 前 3S（ 信息 3S） 集成的作用是及时采集田间信息， 经过信息处理形成小区情况分布图，该图应能反映田 间状态（肥、水、病虫、产量）的斑块不均匀分布情 况。 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。 农田精确种植体系中 ICS种类 具有测产功

18、能的谷物联合收获机 精密变量播种机 精确变量施肥机 精确变量喷药机 精确变量灌溉机 具有测产功能的谷物联合收获机 具有测产功能的谷物联合收获机 测产原理 v传统测产 单产 =总产重量 /地块亩数 vPA测产 单产 = 谷物流量 -水分含量 +损失量行驶速度 *实际割幅 测产收获机系统组成 v行驶监测系统 v产量实时监测系统 v机载计算机系统 实际位置和行驶轨迹监测 行驶速度监测 谷物流量监测 谷物湿度监测 谷物损失监测 割幅监测 田野之星 其它专用软件 谷物联合收获机实时测量传感系统 GPS接收装置 DGPS接收装置 谷物湿度测量 谷物密度测量 体积流量测量 损失测量转向角度测量距离速度测量割

19、幅测量 谷物联合收获机传感系统 v谷物流量监测 v谷物湿度监测 v谷物损失监测 v割幅监测 光电式 英国 RDS 机械冲击式 纽荷兰 TX64 射线式 麦赛福格森公司 电容式 电感式 超声波式 冲击式 精确变量施肥机 ICS和前 3S及后 3S的关系 前 3S（ 信息 3S） 集成的作用是及时采集田间信息， 经过信息处理形成小区情况分布图，该图应能反映田 间状态（肥、水、病虫、产量）的斑块不均匀分布情 况。 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

20、是农田实 时处理图或指令 IC卡。 ICS是具体的实施者。 农田精确种植体系中 ICS种类 具有测产功能的谷物联合收获机 精密变量播种机 精确变量施肥机 精确变量喷药机 精确变量灌溉机 具有测产功能的谷物联合收获机 具有测产功能的谷物联合收获机 测产原理 v传统测产 单产 =总产重量 /地块亩数 vPA测产 单产 = 谷物流量 -水分含量 +损失量行驶速度 *实际割幅 测产收获机系统组成 v行驶监测系统 v产量实时监测系统 v机载计算机系统 实际位置和行驶轨迹监测 行驶速度监测 谷物流量监测 谷物湿度监测 谷物损失监测 割幅监测 田野之星 其它专用软件 谷物联合收获机实时测量传感系统 GPS接

21、收装置 DGPS接收装置 谷物湿度测量 谷物密度测量 体积流量测量 损失测量转向角度测量距离速度测量割幅测量 谷物联合收获机传感系统 v谷物流量监测 v谷物湿度监测 v谷物损失监测 v割幅监测 光电式 英国 RDS 机械冲击式 纽荷兰 TX64 射线式 麦赛福格森公司 电容式 电感式 超声波式 冲击式 精确变量施肥机 ICS和前 3S及后 3S的关系 前 3S（ 信息 3S） 集成的作用是及时采集田间信息， 经过信息处理形成小区情况分布图，该图应能反映田 间状态（肥、水、病虫、产量）的斑块不均匀分布情 况。 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

22、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。 农田精确种植体系中 ICS种类 具有测产功能的谷物联合收获机 精密变量播种机 精确变量施肥机 精确变量喷药机 精确变量灌溉机 具有测产功能的谷物联合收获机 具有测产功能的谷物联合收获机 测产原理 v传统测产 单产 =总产重量 /地块亩数 vPA测产 单产 = 谷物流量 -水分含量 +损失量行驶速度 *实际割幅 测产收获机系统组成 v行驶监测系统 v产量实时监测系统 v机载计算机系统 实际位置和行驶轨迹监测 行驶速度监测 谷物流量监测

23、谷物湿度监测 谷物损失监测 割幅监测 田野之星 其它专用软件 谷物联合收获机实时测量传感系统 GPS接收装置 DGPS接收装置 谷物湿度测量 谷物密度测量 体积流量测量 损失测量转向角度测量距离速度测量割幅测量 谷物联合收获机传感系统 v谷物流量监测 v谷物湿度监测 v谷物损失监测 v割幅监测 光电式 英国 RDS 机械冲击式 纽荷兰 TX64 射线式 麦赛福格森公司 电容式 电感式 超声波式 冲击式 精确变量施肥机 精确变量施肥机 ICS和前 3S及后 3S的关系 前 3S（ 信息 3S） 集成的作用是及时采集田间信息， 经过信息处理形成小区情况分布图，该图应能反映田 间状态（肥、水、病虫、

24、产量）的斑块不均匀分布情 况。 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。 农田精确种植体系中 ICS种类 具有测产功能的谷物联合收获机 精密变量播种机 精确变量施肥机 精确变量喷药机 精确变量灌溉机 具有测产功能的谷物联合收获机 具有测产功能的谷物联合收获机 测产原理 v传统测产 单产 =总产重量 /地块亩数 vPA测产 单产 = 谷物流量 -水分含量 +损失量行驶速度 *实际割幅 测产收获

25、机系统组成 v行驶监测系统 v产量实时监测系统 v机载计算机系统 实际位置和行驶轨迹监测 行驶速度监测 谷物流量监测 谷物湿度监测 谷物损失监测 割幅监测 田野之星 其它专用软件 谷物联合收获机实时测量传感系统 GPS接收装置 DGPS接收装置 谷物湿度测量 谷物密度测量 体积流量测量 损失测量转向角度测量距离速度测量割幅测量 谷物联合收获机传感系统 v谷物流量监测 v谷物湿度监测 v谷物损失监测 v割幅监测 光电式 英国 RDS 机械冲击式 纽荷兰 TX64 射线式 麦赛福格森公司 电容式 电感式 超声波式 冲击式 精确变量施肥机 精确变量施肥机 精确变量喷药机 ICS和前 3S及后 3S的

26、关系 前 3S（ 信息 3S） 集成的作用是及时采集田间信息， 经过信息处理形成小区情况分布图，该图应能反映田 间状态（肥、水、病虫、产量）的斑块不均匀分布情 况。 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。 农田精确种植体系中 ICS种类 具有测产功能的谷物联合收获机 精密变量播种机 精确变量施肥机 精确变量喷药机 精确变量灌溉机 具有测产功能的谷物联合收获机 具有测产功能的谷物联合收获机

27、测产原理 v传统测产 单产 =总产重量 /地块亩数 vPA测产 单产 = 谷物流量 -水分含量 +损失量行驶速度 *实际割幅 测产收获机系统组成 v行驶监测系统 v产量实时监测系统 v机载计算机系统 实际位置和行驶轨迹监测 行驶速度监测 谷物流量监测 谷物湿度监测 谷物损失监测 割幅监测 田野之星 其它专用软件 谷物联合收获机实时测量传感系统 GPS接收装置 DGPS接收装置 谷物湿度测量 谷物密度测量 体积流量测量 损失测量转向角度测量距离速度测量割幅测量 谷物联合收获机传感系统 v谷物流量监测 v谷物湿度监测 v谷物损失监测 v割幅监测 光电式 英国 RDS 机械冲击式 纽荷兰 TX64

28、射线式 麦赛福格森公司 电容式 电感式 超声波式 冲击式 精确变量施肥机 精确变量施肥机 精确变量喷药机 ICS和前 3S及后 3S的关系 前 3S（ 信息 3S） 集成的作用是及时采集田间信息， 经过信息处理形成小区情况分布图，该图应能反映田 间状态（肥、水、病虫、产量）的斑块不均匀分布情 况。 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。 农田精确种植体系中 ICS种类 具有测产功能的谷物联

29、合收获机 精密变量播种机 精确变量施肥机 精确变量喷药机 精确变量灌溉机 具有测产功能的谷物联合收获机 具有测产功能的谷物联合收获机 测产原理 v传统测产 单产 =总产重量 /地块亩数 vPA测产 单产 = 谷物流量 -水分含量 +损失量行驶速度 *实际割幅 测产收获机系统组成 v行驶监测系统 v产量实时监测系统 v机载计算机系统 实际位置和行驶轨迹监测 行驶速度监测 谷物流量监测 谷物湿度监测 谷物损失监测 割幅监测 田野之星 其它专用软件 谷物联合收获机实时测量传感系统 GPS接收装置 DGPS接收装置 谷物湿度测量 谷物密度测量 体积流量测量 损失测量转向角度测量距离速度测量割幅测量 谷物联合收获机传感系统 v 谷物流量监测 v 谷物湿度监测 v 谷物损失监测 v 割幅监测 光电式 英国 RDS 机械冲击式 纽荷兰 TX64 射线式 麦赛福格森公司 电容式 电感式 超声波式 冲击式 精确变量施肥机 精确变量施肥机 精确变量喷药机 精确变量喷药机 解决的三大问题 : 喷雾流量的控制与雾滴大小 相互影响 喷药量受行驶速度的影响 小区药量及雾滴大小不能按 处方图要求定位调节