智能設備讓農(nóng)民不再靠天吃飯
智能設備讓農(nóng)民不再靠天吃飯
日期： 2005-02-21 來源：2005年02月16日 科技日報
中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究，顧名思義，就是研究現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需要的機械和設備，因此，在數(shù)字農(nóng)業(yè)專項的實施中，它有著重要的位置。因為，在普通老百姓的眼中，大型、智能化的農(nóng)業(yè)機械，如聯(lián)合收割機、智能化的灌溉、飛機噴灑藥和施肥等，更能代表現(xiàn)代化。
“在2003年開始啟動的數(shù)字農(nóng)業(yè)863專項中，我們的任務就是要將數(shù)字化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，可視化的表達、設計、控制、管理，體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)機械中。為此，我們進行了一系列的相關(guān)研究，并將有關(guān)成果綜合應用到機械產(chǎn)品之中，讓老百姓、特別是農(nóng)民們感覺到，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化的時代正向我們悄然走來。”張小超研究員對記者說。
農(nóng)田信息采集系統(tǒng)讓農(nóng)民重新認識作業(yè)的對象與環(huán)境
據(jù)張小超的介紹，農(nóng)業(yè)田間數(shù)字化信息首先要將農(nóng)田中產(chǎn)量分布、土壤養(yǎng)分分布、土壤水分分布等信息數(shù)字化，然后與播種、施肥、灌溉、收獲等機械生產(chǎn)過程的數(shù)字化結(jié)合起來，建立地域性概念，使有關(guān)作物變化全過程的抽象信息，得以進行直觀的可視化表達。在深入了解農(nóng)作物與土壤信息的基礎上建立起來的農(nóng)田信息采集系統(tǒng)，可獲取農(nóng)作物從宏觀到微觀的實時監(jiān)測動態(tài)空間信息。
在中國農(nóng)機院研制的聯(lián)合收割機上，裝備有全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，前者通過電子傳感器和衛(wèi)星來定位。配備了農(nóng)田信息采集系統(tǒng)的聯(lián)合收割機，不僅可以在瞬間計算出糧食產(chǎn)量，而且在整個收獲季節(jié)，可以連續(xù)地記錄下每平方米土地的產(chǎn)量及其它信息，如蛋白、水分、硬度等。借助于專用的機載電腦，農(nóng)民就可以繪制出各地塊產(chǎn)量的“數(shù)字”地圖和糧食品質(zhì)的“數(shù)字”地圖。這些新的“數(shù)字”地圖為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的新的信息，經(jīng)過逐年的數(shù)據(jù)對比，就會發(fā)現(xiàn)同一地塊內(nèi)肉眼所覺察不到的那些變化，這為以后選種、再生產(chǎn)提供了科學依據(jù)。
低空遙感系統(tǒng)為農(nóng)民建立與大自然相協(xié)調(diào)的決策方法
“在數(shù)字農(nóng)業(yè)體系中，專家決策系統(tǒng)是技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，它是構(gòu)成數(shù)字信息輸入與數(shù)字控制信號輸出的橋梁。”張小超說。因為數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)要求農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各種過程的全面數(shù)字化，包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對象、環(huán)境參數(shù)、生產(chǎn)與控制技術(shù)、生產(chǎn)經(jīng)濟效益。因此，對各種生產(chǎn)過程的數(shù)字化只是手段，更重要的，是要找出各生產(chǎn)過程內(nèi)在規(guī)律與外在關(guān)系的數(shù)學模型以及決策方法，從而為各種數(shù)字控制輸出奠定基礎。
實施數(shù)字農(nóng)業(yè)的重要目標之一，是減少環(huán)境污染和改善生態(tài)環(huán)境，因此，將生產(chǎn)作業(yè)實施方案與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境相融洽至關(guān)重要。“為此，我們研制的一個重要內(nèi)容是低空遙感系統(tǒng)。例如，通過數(shù)字農(nóng)業(yè)專用計算機視覺系統(tǒng)和地空遙感系統(tǒng)，對莊稼和雜草的信息進行自動識別，借助于模型庫、數(shù)據(jù)庫、知識庫、方法庫的專家決策支持系統(tǒng)，智能化的噴藥機械只有發(fā)現(xiàn)雜草時，才噴出除草劑。這樣，花費的除草劑只有常規(guī)的幾分之一，甚至更低，既降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，又減輕了農(nóng)藥對環(huán)境的污染。”
智能噴灌系統(tǒng)令作物感受人類智慧的動力
數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)體系框架包括三個層面：基礎層、決策層和應用層。在農(nóng)業(yè)田間生產(chǎn)領域中，應用層包括：耕作機械智能化、收獲機械智能化、灌溉機械智能化、施藥機械智能化以及加工過程智能化等。
張小超研究員談道，他們正在研制的數(shù)字化大型噴灌機，以各種全方位的、可靠的自動控制技術(shù)為支撐，采用人工智能控制技術(shù)對大型噴灌機需要的各種控制協(xié)調(diào)起來，如各跨同步行走自動控制、對地自動調(diào)速控制、GPS定位控制、計算機視覺自動導向自動控制，等等。在實際使用中，大型噴灌機數(shù)字化控制系統(tǒng)可以在控制室內(nèi)實現(xiàn)全功能操作，并全程監(jiān)視噴灌機的運行狀態(tài)。系統(tǒng)所采用的遙測與遙控技術(shù)，可以讓農(nóng)民在辦公室內(nèi)遙控大型平移式噴灌機，實現(xiàn)無人化田間自動作業(yè)功能，“用專業(yè)術(shù)語說，即實現(xiàn)田間按指定區(qū)域、給定期望降雨量、進行自動變量作業(yè)的目標”。
“鋤禾日當午，汗滴禾下土。誰知盤中餐，粒粒皆辛苦。”這首詩，幾千年來一直是中國父母教育孩子的“經(jīng)典”。隨著數(shù)字農(nóng)業(yè)的到來，它還能說服孩子們嗎？雖然，在中國特殊的國情下，完全的數(shù)字農(nóng)業(yè)尚待時日。
中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究，顧名思義，就是研究現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需要的機械和設備，因此，在數(shù)字農(nóng)業(yè)專項的實施中，它有著重要的位置。因為，在普通老百姓的眼中，大型、智能化的農(nóng)業(yè)機械，如聯(lián)合收割機、智能化的灌溉、飛機噴灑藥和施肥等，更能代表現(xiàn)代化。
“在2003年開始啟動的數(shù)字農(nóng)業(yè)863專項中，我們的任務就是要將數(shù)字化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，可視化的表達、設計、控制、管理，體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)機械中。為此，我們進行了一系列的相關(guān)研究，并將有關(guān)成果綜合應用到機械產(chǎn)品之中，讓老百姓、特別是農(nóng)民們感覺到，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化的時代正向我們悄然走來。”張小超研究員對記者說。
農(nóng)田信息采集系統(tǒng)讓農(nóng)民重新認識作業(yè)的對象與環(huán)境
據(jù)張小超的介紹，農(nóng)業(yè)田間數(shù)字化信息首先要將農(nóng)田中產(chǎn)量分布、土壤養(yǎng)分分布、土壤水分分布等信息數(shù)字化，然后與播種、施肥、灌溉、收獲等機械生產(chǎn)過程的數(shù)字化結(jié)合起來，建立地域性概念，使有關(guān)作物變化全過程的抽象信息，得以進行直觀的可視化表達。在深入了解農(nóng)作物與土壤信息的基礎上建立起來的農(nóng)田信息采集系統(tǒng)，可獲取農(nóng)作物從宏觀到微觀的實時監(jiān)測動態(tài)空間信息。
在中國農(nóng)機院研制的聯(lián)合收割機上，裝備有全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，前者通過電子傳感器和衛(wèi)星來定位。配備了農(nóng)田信息采集系統(tǒng)的聯(lián)合收割機，不僅可以在瞬間計算出糧食產(chǎn)量，而且在整個收獲季節(jié)，可以連續(xù)地記錄下每平方米土地的產(chǎn)量及其它信息，如蛋白、水分、硬度等。借助于專用的機載電腦，農(nóng)民就可以繪制出各地塊產(chǎn)量的“數(shù)字”地圖和糧食品質(zhì)的“數(shù)字”地圖。這些新的“數(shù)字”地圖為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的新的信息，經(jīng)過逐年的數(shù)據(jù)對比，就會發(fā)現(xiàn)同一地塊內(nèi)肉眼所覺察不到的那些變化，這為以后選種、再生產(chǎn)提供了科學依據(jù)。
低空遙感系統(tǒng)為農(nóng)民建立與大自然相協(xié)調(diào)的決策方法
“在數(shù)字農(nóng)業(yè)體系中，專家決策系統(tǒng)是技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，它是構(gòu)成數(shù)字信息輸入與數(shù)字控制信號輸出的橋梁。”張小超說。因為數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)要求農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各種過程的全面數(shù)字化，包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對象、環(huán)境參數(shù)、生產(chǎn)與控制技術(shù)、生產(chǎn)經(jīng)濟效益。因此，對各種生產(chǎn)過程的數(shù)字化只是手段，更重要的，是要找出各生產(chǎn)過程內(nèi)在規(guī)律與外在關(guān)系的數(shù)學模型以及決策方法，從而為各種數(shù)字控制輸出奠定基礎。
實施數(shù)字農(nóng)業(yè)的重要目標之一，是減少環(huán)境污染和改善生態(tài)環(huán)境，因此，將生產(chǎn)作業(yè)實施方案與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境相融洽至關(guān)重要。“為此，我們研制的一個重要內(nèi)容是低空遙感系統(tǒng)。例如，通過數(shù)字農(nóng)業(yè)專用計算機視覺系統(tǒng)和地空遙感系統(tǒng)，對莊稼和雜草的信息進行自動識別，借助于模型庫、數(shù)據(jù)庫、知識庫、方法庫的專家決策支持系統(tǒng)，智能化的噴藥機械只有發(fā)現(xiàn)雜草時，才噴出除草劑。這樣，花費的除草劑只有常規(guī)的幾分之一，甚至更低，既降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，又減輕了農(nóng)藥對環(huán)境的污染。”
智能噴灌系統(tǒng)令作物感受人類智慧的動力
數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)體系框架包括三個層面：基礎層、決策層和應用層。在農(nóng)業(yè)田間生產(chǎn)領域中，應用層包括：耕作機械智能化、收獲機械智能化、灌溉機械智能化、施藥機械智能化以及加工過程智能化等。
張小超研究員談道，他們正在研制的數(shù)字化大型噴灌機，以各種全方位的、可靠的自動控制技術(shù)為支撐，采用人工智能控制技術(shù)對大型噴灌機需要的各種控制協(xié)調(diào)起來，如各跨同步行走自動控制、對地自動調(diào)速控制、GPS定位控制、計算機視覺自動導向自動控制，等等。在實際使用中，大型噴灌機數(shù)字化控制系統(tǒng)可以在控制室內(nèi)實現(xiàn)全功能操作，并全程監(jiān)視噴灌機的運行狀態(tài)。系統(tǒng)所采用的遙測與遙控技術(shù)，可以讓農(nóng)民在辦公室內(nèi)遙控大型平移式噴灌機，實現(xiàn)無人化田間自動作業(yè)功能，“用專業(yè)術(shù)語說，即實現(xiàn)田間按指定區(qū)域、給定期望降雨量、進行自動變量作業(yè)的目標”。
“鋤禾日當午，汗滴禾下土。誰知盤中餐，粒粒皆辛苦。”這首詩，幾千年來一直是中國父母教育孩子的“經(jīng)典”。隨著數(shù)字農(nóng)業(yè)的到來，它還能說服孩子們嗎？雖然，在中國特殊的國情下，完全的數(shù)字農(nóng)業(yè)尚待時日。
