江蘇農 機化 202 0 4 捆 系 統(tǒng) 設 計 J 中 國 農 機 化 學 報 2018 39 07 11 15 2 馬 洪 順 張 忠 君 曹 龍 奎 薇 菜 類 蔬 菜 生 物 力 學 性 質 試 驗 研 究 J 農 業(yè) 工 程 學 報 2004 05 74 77 3 王 德 宇 王 建 東 樊 瑋 虹 基 于 單 片 機 PSD3234 A 的 舵 機 控 制 系 統(tǒng) J 微 處 理 機 2006 05 126 128 4 關 富 鴻 D 90 捆 扎 機 雙 輪 送 帶 機 構 改 進 措 施 J 民 營 科 技 2008 07 10 5 楊 妙 曹 巨 江 李 志 明 環(huán) 保 型 捆 扎 機 送 膠 燙 合 機 構 的 設 計 J 包 裝 工 程 2010 31 01 65 67 6 蔡 明 偉 劉 磊 光 電 傳 感 器 在 自 動 控 制 中 的 應 用 J 機 電 信 息 2019 17 56 57 基 金 項 目 國 家 級 大 學 生 創(chuàng) 新 創(chuàng) 業(yè) 訓 練 項 目 資 助 201910307083 Z 作 者 單 位 南 京 農 業(yè) 大 學 工 學 院 收 稿 日 期 2020 05 19 摘 要 智 慧 農 業(yè) 是 現(xiàn) 代 農 業(yè) 的 發(fā) 展 方 向 無 人 機 在 現(xiàn) 代 農 業(yè) 中 的 廣 泛 應 用 尤 其 是 各 類 傳 感 器 和 專 業(yè) 影 像 設 備 的 快 速 發(fā) 展 為 智 慧 農 業(yè) 發(fā) 展 提 供 了 載 體 和 平 臺 文 章 從 智 慧 農 場 系 統(tǒng) 框 架 構 建 場 景 模 擬 實 現(xiàn) 方 式 3 個 方 面 進 行 了 無 人 機 應 用 研 究 與 探 索 關 鍵 詞 無 人 機 智 慧 農 場 研 究 與 探 索 農 業(yè) 發(fā) 展 經 歷 了 由 傳 統(tǒng) 農 業(yè) 到 機 械 化 農 業(yè) 再 到 精 準 化 農 業(yè) 的 一 個 演 變 過 程 智 慧 農 業(yè) 依 靠 現(xiàn) 代 信 息 技 術 運 用 物 聯(lián) 網 大 數(shù) 據 云 計 算 手 段 可 對 農 業(yè) 生 產 進 行 精 準 化 種 植 管 理 自 動 化 調 節(jié) 智 能 化 決 策 農 用 無 人 機 航 測 無 人 機 多 光 譜 無 人 機 以 及 相 應 的 管 理 平 臺 在 農 業(yè) 生 產 中 的 應 用 為 以 智 能 農 機 為 代 表 的 無 人 農 場 插 上 了 智 慧 的 翅 膀 1 無 人 機 在 農 業(yè) 生 產 中 應 用 現(xiàn) 狀 1 1 無 人 機 概 述 無 人 駕 駛 飛 機 簡 稱 無 人 機 UAV 是 利 用 無 線 電 遙 控 設 備 和 程 序 控 制 裝 置 操 縱 的 不 載 人 飛 行 器 無 人 機 按 外 形 結 構 不 同 可 分 為 固 定 翼 無 人 機 和 多 旋 翼 無 人 機 2 種 類 型 固 定 翼 無 人 機 是 將 螺 旋 槳 或 者 噴 氣 式 發(fā) 動 機 產 生 的 推 力 作 為 飛 機 向 前 飛 行 的 動 力 主 要 的 升 力 來 自 機 翼 與 空 氣 的 相 對 運 動 對 場 地 操 作 人 員 等 有 較 高 的 要 求 多 旋 翼 無 人 機 主 要 靠 多 個 旋 翼 產 生 的 升 力 讓 無 人 機 起 飛 具 有 可 垂 直 起 降 空 中 懸 停 操 作 簡 單 對 場 地 要 求 低 等 優(yōu) 點 已 成 為 無 人 機 市 場 主 流 產 品 1 2 農 用 無 人 機 目 前 市 面 上 的 無 人 機 大 致 可 分 為 消 費 級 和 工 業(yè) 級 2 種 類 型 應 用 范 圍 已 普 及 到 影 視 航 拍 農 林 漁 業(yè) 電 力 巡 檢 地 理 測 繪 等 多 個 領 域 農 用 無 人 機 是 民 用 領 域 無 人 機 的 一 個 重 要 組 成 部 分 隨 著 遙 感 技 術 地 理 信 息 技 術 地 面 傳 感 技 術 及 物 聯(lián) 網 技 術 的 日 趨 成 熟 農 用 無 人 機 逐 步 應 用 于 農 業(yè) 產 前 產 中 產 后 各 領 域 1 3 無 人 機 在 現(xiàn) 代 農 業(yè) 生 產 中 的 應 用 搭 載 了 各 類 傳 感 器 和 作 業(yè) 輔 助 設 備 的 無 人 基 于 無 人 機 應 用 的 智 慧 農 場 構 建 探 索 張 文 斌 1 張 龍 全 1 齊 寶 萍 2 智 慧 農 機 20 DOI 10 16271 ki jsnjh 2020 04 007江蘇 農機 化 2 020 4 機 可 應 用 于 農 田 航 測 土 壤 分 析 及 墑 情 測 定 作 物 長 勢 監(jiān) 測 農 田 作 物 管 理 以 及 農 業(yè) 保 險 勘 察 等 領 域 1 3 1 農 田 航 測 在 無 人 機 上 搭 載 專 業(yè) 的 影 像 儀 器 結 合 地 面 控 制 點 測 量 調 繪 和 立 體 測 繪 對 田 塊 信 息 氣 候 水 文 信 息 和 農 作 物 信 息 采 集 分 析 可 形 成 數(shù) 字 農 田 這 是 打 造 智 慧 農 業(yè) 的 基 礎 1 3 2 土 壤 分 析 及 墑 情 測 定 在 無 人 機 上 掛 載 近 紅 外 光 設 備 可 大 面 積 快 速 地 對 農 田 土 壤 進 行 分 析 及 墑 情 測 定 打 破 傳 統(tǒng) 土 壤 墑 情 測 定 時 間 短 范 圍 小 的 局 限 在 作 物 種 植 前 可 通 過 無 人 機 對 土 壤 墑 情 進 行 監(jiān) 測 分 析 以 便 于 指 導 農 業(yè) 前 期 規(guī) 劃 在 作 物 生 育 期 內 可 通 過 無 人 機 實 時 探 測 土 壤 墑 情 以 便 于 精 準 灌 溉 1 3 3 作 物 長 勢 監(jiān) 測 在 無 人 機 上 搭 載 高 清 攝 像 機 利 用 多 旋 翼 無 人 機 低 空 飛 行 攝 像 機 可 達 到 厘 米 級 空 間 分 辨 率 的 優(yōu) 勢 對 拍 攝 的 作 物 數(shù) 碼 影 像 紋 理 顏 色 等 空 間 信 息 特 征 進 行 提 取 分 析 可 進 行 農 作 物 葉 面 積 指 數(shù) 計 算 不 同 生 長 周 期 長 勢 評 估 農 作 物 識 等 研 究 例 如 大 疆 公 司 的 精 靈 P h a n t o m 4 R T K 內 置 1 英 寸 2 0 0 0 萬 像 素 C M O S 傳 感 器 用 以 捕 捉 高 清 影 像 集 成 全 新 R T K 模 塊 提 供 實 時 厘 米 級 定 位 數(shù) 據 配 套 的 地 面 站 軟 件 可 輕 松 實 現(xiàn) 對 作 物 長 勢 監(jiān) 測 1 3 4 農 田 作 物 管 理 將 無 人 機 應 用 于 作 物 田 間 管 理 使 其 成 為 空 中 拖 拉 機 對 提 高 生 產 效 率 減 少 農 事 活 動 對 作 物 生 長 的 擾 動 和 對 操 作 人 員 的 傷 害 具 有 重 要 意 義 以 農 業(yè) 植 保 機 為 例 用 于 農 林 植 物 保 護 作 業(yè) 的 無 人 機 能 搭 載 噴 灑 系 統(tǒng) 貼 著 作 物 冠 層 作 業(yè) 可 實 現(xiàn) 超 低 量 精 準 施 藥 近 年 來 隨 著 土 地 流 轉 的 不 斷 推 進 農 用 植 保 無 人 機 在 各 地 得 到 了 快 速 發(fā) 展 僅 大 疆 農 業(yè) 2019 年 植 保 無 人 機 作 業(yè) 面 積 就 突 破 了 1 億 畝 666 67 萬 hm 2 1 3 5 農 業(yè) 保 險 勘 察 對 于 農 業(yè) 保 險 勘 察 來 說 最 難 界 定 的 是 損 失 面 積 無 人 機 具 有 靈 活 機 動 的 快 速 響 應 能 力 高 分 辨 率 圖 像 和 高 精 度 定 位 數(shù) 據 獲 取 能 力 可 高 效 準 確 的 開 展 受 災 定 損 任 務 2 基 于 無 人 機 應 用 的 智 慧 農 場 構 建 探 索 2 1 智 慧 農 業(yè) 智 慧 農 業(yè) 可 以 理 解 為 數(shù) 字 農 業(yè) 精 準 農 業(yè) 是 以 現(xiàn) 代 信 息 技 術 為 手 段 運 用 先 進 的 物 聯(lián) 網 智 能 技 術 以 及 大 數(shù) 據 等 技 術 對 農 業(yè) 的 生 產 經 營 進 行 智 能 化 管 理 從 而 實 現(xiàn) 農 業(yè) 生 產 的 種 植 精 準 化 管 理 可 視 化 決 策 智 能 化 智 慧 農 業(yè) 主 要 包 括 智 慧 農 業(yè) 生 產 智 慧 農 業(yè) 管 理 智 慧 農 業(yè) 信 息 服 務 等 2 2 智 慧 農 場 智 慧 農 場 依 靠 現(xiàn) 代 傳 感 器 技 術 對 農 業(yè) 生 產 的 現(xiàn) 場 數(shù) 據 進 行 搜 集 通 過 互 聯(lián) 網 技 術 與 物 聯(lián) 網 平 臺 對 數(shù) 據 進 行 分 析 實 現(xiàn) 農 業(yè) 的 智 能 化 生 產 自 動 化 調 節(jié) 與 精 準 化 管 理 2 3 基 于 無 人 機 應 用 的 智 慧 農 場 構 建 探 索 2 3 1 智 慧 農 場 系 統(tǒng) 框 架 從 耕 種 管 收 四 大 環(huán) 節(jié) 入 手 構 建 智 慧 農 場 系 統(tǒng) 框 架 如 圖 1 所 示 2 3 2 智 慧 農 場 作 業(yè) 場 景 依 靠 衛(wèi) 星 定 位 系 統(tǒng) RTK 基 站 高 精 度 地 圖 智 能 化 基 礎 設 施 農 用 無 人 機 智 能 農 機 智 慧 農 業(yè) 云 平 臺 構 建 智 慧 農 場 作 業(yè) 場 景 如 圖 2 所 示 2 3 3 智 慧 農 場 實 現(xiàn) 方 式 智 慧 農 場 三 大 核 心 是 指 農 場 數(shù) 字 化 農 機 作 植 保 作 業(yè) 監(jiān) 管 可 變 追 肥 作 物 生 長 監(jiān) 測 病 蟲 害 監(jiān) 測 雜 草 識 別 出 苗 分 析 空 穴 普 查 產 量 預 估 產 量 實 測 農 田 測 繪 田 間 環(huán) 境 監(jiān) 測 土 壤 分 析 與 墑 情 測 定 平 整 地 分 析 耕 管 收 種 圖 1 智 慧 農 場 系 統(tǒng) 框 架 21江蘇農 機化 202 0 4 業(yè) 監(jiān) 管 和 精 準 種 植 管 理 平 臺 1 農 場 數(shù) 字 化 平 臺 是 基 于 地 理 信 息 系 統(tǒng) 的 數(shù) 字 化 平 臺 該 平 臺 對 現(xiàn) 代 化 農 場 大 數(shù) 據 進 行 融 合 管 理 與 分 析 并 基 于 地 圖 數(shù) 據 儀 表 盤 等 進 行 農 場 數(shù) 據 總 覽 輔 助 農 場 管 理 決 策 以 及 指 導 農 場 農 業(yè) 生 產 工 作 2 農 機 作 業(yè) 監(jiān) 管 平 臺 是 對 農 機 設 備 及 其 作 業(yè) 情 況 統(tǒng) 一 監(jiān) 管 的 平 臺 該 平 臺 開 放 數(shù) 據 接 口 可 接 入 植 保 無 人 機 地 面 農 機 等 的 設 備 及 作 業(yè) 數(shù) 據 實 時 監(jiān) 控 設 備 位 置 在 線 狀 態(tài) 作 業(yè) 路 徑 作 業(yè) 參 數(shù) 等 數(shù) 據 3 精 準 種 植 管 理 平 臺 可 在 耕 種 管 收 全 周 期 各 環(huán) 節(jié) 對 土 地 作 物 農 事 進 行 精 準 記 錄 監(jiān) 測 和 決 策 智 慧 農 場 實 現(xiàn) 方 式 如 圖 3 所 示 3 結 語 無 人 機 在 現(xiàn) 代 農 業(yè) 生 產 中 的 廣 泛 應 用 為 智 慧 農 場 建 設 提 供 了 可 能 但 無 人 機 在 數(shù) 字 農 田 構 建 遙 感 田 間 作 物 管 理 等 領 域 中 的 應 用 還 處 衛(wèi) 星 定 位 系 統(tǒng) 智 慧 農 業(yè) 云 平 臺 RTK 基 站 農 用 無 人 機 智 能 農 機 高 精 度 地 圖 田 間 感 知 監(jiān) 測 智 能 終 端 圖 2 智 慧 農 場 作 業(yè) 場 景 智 慧 農 場 實 現(xiàn) 方 式 農 機 作 業(yè) 監(jiān) 管 數(shù) 字 化 農 場 構 建 精 準 種 植 管 理 基 礎 地 理 信 息 數(shù) 字 化 環(huán) 境 田 塊 信 息 數(shù) 字 化 農 機 設 備 及 其 作 業(yè) 情 況 統(tǒng) 一 監(jiān) 管 農 事 規(guī) 劃 記 錄 作 物 狀 態(tài) 記 錄 智 能 感 知 決 策 高 清 影 像 高 清 地 圖 矢 量 圖 層 環(huán) 境 信 息 數(shù) 字 化 田 塊 信 息 數(shù) 字 化 開 放 數(shù) 據 接 口 接 入 農 業(yè) 無 人 機 地 面 農 機 設 備 及 作 業(yè) 數(shù) 據 實 時 監(jiān) 控 作 業(yè) 設 備 位 置 在 線 狀 態(tài) 作 業(yè) 路 徑 參 數(shù) 等 全 周 期 農 事 活 動 記 錄 實 現(xiàn) 可 追 蹤 可 回 溯 可 分 析 田 間 作 物 監(jiān) 測 精 準 記 錄 全 面 掌 握 作 物 生 長 狀 態(tài) 平 整 地 分 析 出 苗 分 析 植 保 指 數(shù) 分 析 變 量 施 肥 精 準 植 保 圖 3 智 慧 農 場 實 現(xiàn) 方 式 22江蘇 農機 化 2 020 4 摘 要 智 慧 農 業(yè) 是 新 一 輪 農 業(yè) 技 術 革 命 的 熱 點 它 的 跨 領 域 發(fā) 展 對 城 鎮(zhèn) 化 發(fā) 展 農 產 品 供 應 流 通 產 業(yè) 等 都 產 生 了 深 層 次 的 影 響 并 將 直 接 影 響 農 業(yè) 與 自 然 生 態(tài) 系 統(tǒng) 的 關 系 文 章 分 析 了 現(xiàn) 階 段 智 慧 農 業(yè) 的 主 要 技 術 特 征 并 結 合 我 國 現(xiàn) 代 農 業(yè) 園 區(qū) 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 就 園 區(qū) 建 設 助 力 智 慧 農 業(yè) 發(fā) 展 提 出 思 考 關 鍵 詞 智 慧 農 業(yè) 農 業(yè) 技 術 革 命 現(xiàn) 代 農 業(yè) 示 范 園 0 引 言 智 慧 農 業(yè) 是 新 一 輪 農 業(yè) 技 術 革 命 的 熱 點 它 的 跨 領 域 發(fā) 展 對 城 鎮(zhèn) 化 發(fā) 展 農 產 品 供 應 鏈 和 流 通 產 業(yè) 鏈 等 都 產 生 了 深 層 次 的 影 響 并 將 直 接 改 變 農 業(yè) 與 自 然 生 態(tài) 系 統(tǒng) 的 關 系 1 現(xiàn) 階 段 我 國 智 慧 農 業(yè) 發(fā) 展 尚 處 在 學 習 積 累 階 段 主 要 是 以 移 動 互 聯(lián) 網 為 載 體 通 過 物 聯(lián) 網 實 現(xiàn) 大 數(shù) 據 采 集 形 成 一 定 量 的 可 分 析 數(shù) 據 再 通 過 云 計 算 動 作 及 圖 象 識 別 技 術 傳 感 器 感 知 技 術 處 理 在 計 算 模 型 中 形 成 可 供 選 擇 的 的 決 策 信 息 物 聯(lián) 網 技 術 主 要 應 用 于 兩 個 方 面 一 方 面 通 過 物 聯(lián) 網 自 動 控 制 遠 程 設 備 參 與 農 業(yè) 生 產 降 低 農 業(yè) 生 產 勞 動 強 度 另 一 方 面 通 過 物 聯(lián) 網 采 集 農 業(yè) 生 產 過 程 中 的 環(huán) 境 變 量 和 作 物 生 長 變 量 信 息 找 到 最 有 利 于 作 物 生 長 的 參 數(shù) 將 農 業(yè) 生 產 中 的 農 藝 農 技 經 驗 逐 步 積 累 轉 化 成 數(shù) 字 化 經 驗 以 信 息 化 決 策 建 議 的 形 式 提 供 給 決 策 者 1 現(xiàn) 階 段 智 慧 農 業(yè) 的 主 要 技 術 特 征 1 1 農 業(yè) 生 產 數(shù) 據 化 遠 程 化 應 用 傳 感 技 術 可 實 時 掌 握 農 作 物 生 產 環(huán) 境 及 要 素 的 變 化 情 況 借 助 遠 程 控 制 等 物 聯(lián) 網 技 術 可 實 現(xiàn) 對 作 物 生 長 環(huán) 境 要 素 的 自 動 化 高 精 度 控 制 提 高 環(huán) 境 管 控 時 效 降 低 勞 動 強 度 從 而 實 現(xiàn) 穩(wěn) 產 提 質 節(jié) 本 增 效 的 目 的 1 2 農 技 農 藝 數(shù) 據 化 菜 單 化 充 分 利 用 圖 像 識 別 技 術 結 合 農 技 農 藝 干 預 對 作 物 生 長 進 行 變 量 分 析 逐 步 形 成 作 物 栽 培 的 決 策 菜 單 1 3 服 務 全 天 候 個 性 化 通 過 窄 帶 技 術 實 現(xiàn) 傳 感 器 設 備 的 多 類 型 全 天 候 的 數(shù) 據 記 錄 通 過 寬 帶 技 術 5 G 技 術 實 現(xiàn) 作 物 表 情 的 實 時 記 錄 通 過 云 計 算 平 臺 和 數(shù) 據 模 型 實 現(xiàn) 對 作 物 生 長 數(shù) 據 的 實 時 分 析 通 過 遠 程 控 制 手 段 第 一 時 間 對 作 物 生 長 進 行 有 益 干 預 實 現(xiàn) 服 務 的 全 天 候 1 4 農 業(yè) 生 產 信 息 化 安 全 化 借 助 視 屏 監(jiān) 控 及 傳 感 器 技 術 通 過 視 屏 圖 像 的 動 作 捕 捉 及 分 析 可 以 確 保 合 理 施 肥 及 安 全 用 藥 借 助 二 維 碼 射 頻 技 術 區(qū) 塊 鏈 編 碼 技 術 按 照 生 產 需 求 全 程 記 錄 作 業(yè) 信 息 加 之 物 聯(lián) 網 技 術 在 加 工 儲 運 過 程 中 的 全 面 應 用 可 真 正 實 現(xiàn) 農 業(yè) 生 產 信 息 化 安 全 化 以 園 區(qū) 建 設 助 力 智 慧 農 業(yè) 發(fā) 展 的 思 考 李 海 濤 陳 駿 于 起 步 階 段 不 能 滿 足 用 戶 多 樣 化 需 求 還 存 在 機 載 傳 感 器 成 本 較 高 續(xù) 航 和 承 載 能 力 弱 遙 感 圖 像 質 量 不 穩(wěn) 定 遙 感 分 析 數(shù) 據 庫 響 應 及 對 復 雜 農 田 環(huán) 境 適 應 性 差 等 問 題 建 議 加 快 小 型 低 成 本 機 載 傳 感 器 研 發(fā) 步 伐 實 現(xiàn) 機 載 農 機 設 備 通 用 化 智 能 化 提 高 無 人 機 續(xù) 航 能 力 和 承 載 能 力 并 將 大 數(shù) 據 人 工 智 能 技 術 應 用 于 農 業(yè) 遙 感 領 域 作 者 單 位 1 蘇 州 市 農 業(yè) 機 械 技 術 推 廣 站 2 蘇 州 嗨 森 無 人 機 技 術 有 限 公 司 收 稿 日 期 2020 05 13 23