2020 年12 月 第2 卷 第4 期 Dec 2020 Vol 2 No 4 智 慧 農 業(yè) 中 英 文 S m a r t A g r i c u l t u r e 農 業(yè) 機 械 與 信 息 技 術 融 合 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 與 方 向 陳 學 庚 1 2 溫 浩 軍 1 2 張 偉 榮 1 潘 佛 雛 1 趙 巖 1 2 1 石 河 子 大 學 機 械 電 氣 工 程 學 院 新 疆 石 河 子 8 3 2 0 0 0 2 農 業(yè) 農 村 部 西 北 農 業(yè) 裝 備 重 點 實 驗 室 新 疆 石 河 子 8 3 2 0 0 0 摘 要 為 理 清 國 內 外 農 業(yè) 機 械 與 信 息 技 術 融 合 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 找 到 重 點 發(fā) 展 方 向 借 此 大 力 推 進 中 國 農 業(yè) 機 械 智 能 化 發(fā) 展 本 文 首 先 分 析 了 國 外 農 業(yè) 機 械 與 信 息 技 術 融 合 發(fā) 展 的 現(xiàn) 狀 總 結 了 其 發(fā) 展 的 五 大 特 點 之 后 指 出 中 國 農 業(yè) 機 械 化 發(fā) 展 雖 然 成 效 顯 著 但 仍 存 在 農 機 信 息 化 融 合 的 區(qū) 域 及 結 構 發(fā) 展 不 平 衡 企 業(yè) 和 農 民 對 農 業(yè) 機 械 信 息 化 的 認 可 度 還 不 高 基 礎 研 究 與 關 鍵 技 術 研 究 薄 弱 農 機 作 業(yè) 信 息 系 統(tǒng) 管 理 水 平 不 高 且 缺 乏 統(tǒng) 一 標 準 等 問 題 最 后 提 出 了 中 國 農 業(yè) 機 械 與 信 息 技 術 融 合 發(fā) 展 的 方 向 包 括 促 進 智 能 感 知 技 術 發(fā) 展 與 導 航 技 術 研 究 推 進 農 業(yè) 機 械 裝 備 智 能 化 構 建 農 機 智 慧 作 業(yè) 系 統(tǒng) 推 進 農 機 自 主 作 業(yè) 技 術 研 究 與 無 人 農 場 建 設 加 強 農 機 信 息 化 技 術 標 準 制 定 與 復 合 型 人 才 培 養(yǎng) 等 農 業(yè) 機 械 與 信 息 技 術 融 合 是 中 國 現(xiàn) 代 農 業(yè) 機 械 發(fā) 展 的 必 然 趨 勢 利 用 信 息 技 術 促 進 農 業(yè) 機 械 的 發(fā) 展 能 夠 最 大 化 發(fā) 揮 信 息 技 術 的 引 導 效 應 提 高 農 業(yè) 生 產 效 率 對 于 推 進 中 國 農 業(yè) 機 械 高 質 高 效 發(fā) 展 具 有 重 要 意 義 關 鍵 詞 農 業(yè) 機 械 信 息 技 術 融 合 發(fā) 展 智 慧 作 業(yè) 系 統(tǒng) 無 人 農 場 智 能 感 知 導 航 中 圖 分 類 號 S 1 S 2 3 文 獻 標 志 碼 A 文 章 編 號 2 0 2 0 0 2 S A 0 0 3 引 文 格 式 陳 學 庚 溫 浩 軍 張 偉 榮 潘 佛 雛 趙 巖 農 業(yè) 機 械 與 信 息 技 術 融 合 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 與 方 向 J 智 慧 農 業(yè) 中 英 文 2020 2 4 1 16 CHEN Xuegeng WEN Haojun ZHANG Weirong PAN Fochu ZHAO Yan Advences and progress of agricultural machineryandsensingtechnologyfusion J SmartAgriculture 2020 2 4 1 16 inChinesewithEnglishabstract 1 引 言 農 業(yè) 機 械 化 和 農 業(yè) 裝 備 是 轉 變 農 業(yè) 發(fā) 展 方 式 推 動 農 業(yè) 可 持 續(xù) 性 發(fā) 展 的 重 要 基 礎 是 推 進 農 業(yè) 現(xiàn) 代 化 建 設 的 重 點 領 域 和 核 心 支 撐 2013 年 習 近 平 總 書 記 在 視 察 山 東 省 農 業(yè) 科 學 院 時 強 調 要 重 視 和 依 靠 農 業(yè) 科 技 進 步 大 力 推 進 農 業(yè) 機 械 化 智 能 化 給 農 業(yè) 現(xiàn) 代 化 插 上 科 技 的 翅 膀 1 2018 年 國 務 院 關 于 加 快 推 進 農 業(yè) 機 械 化 和 農 機 裝 備 產 業(yè) 轉 型 升 級 的 指 導 意 見 做 出 了 農 業(yè) 生 產 已 從 主 要 依 靠 人 力 畜 力 轉 向 主 要 依 靠 機 械 動 力 并 進 入 了 機 械 化 為 主 導 新 階 段 的 重 要 判 斷 指 出 了 當 前 農 業(yè) 機 械 化 和 農 機 裝 備 產 業(yè) 發(fā) 展 不 平 衡 不 充 分 的 突 出 問 題 明 確 了 推 動 農 機 裝 備 產 業(yè) 向 高 質 量 發(fā) 展 轉 型 和 推 動 農 業(yè) 機 械 化 向 全 程 全 面 高 質 高 效 升 級 的 總 體 要 求 2 鄉(xiāng) 村 振 興 戰(zhàn) 略 規(guī) 劃 2018 2022 年 也 指 出 要 著 力 加 強 重 點 關 鍵 技 術 攻 關 推 動 數 字 化 智 能 化 等 先 進 技 術 與 農 業(yè) 機 械 化 的 深 度 融 合 顯 著 提 高 農 業(yè) 機 械 有 效 供 給 能 力 引 領 現(xiàn) 代 農 業(yè) 高 質 doi 10 12133 j smartag 2020 2 4 202002 SA003 收 稿 日 期 2020 02 11 修 訂 日 期 2020 06 30 基 金 項 目 國 家 棉 花 產 業(yè) 技 術 體 系 項 目 CARS15 25 作 者 簡 介 陳 學 庚 1947 男 研 究 員 中 國 工 程 院 院 士 研 究 方 向 為 農 業(yè) 生 產 機 械 化 和 殘 膜 污 染 治 理 E mail chenxg130 通 訊 作 者 溫 浩 軍 1971 男 研 究 員 研 究 方 向 為 農 業(yè) 生 產 機 械 化 及 其 自 動 化 電 話 13709932276 E mail 547273950 Vol 2 No 4 智 慧 農 業(yè) 中 英 文 S m a r t A g r i c u l t u r e 高 效 發(fā) 展 3 落 實 上 述 文 件 精 神 認 真 了 解 國 外 農 業(yè) 機 械 研 究 與 應 用 現(xiàn) 狀 進 而 找 準 中 國 農 業(yè) 機 械 化 發(fā) 展 的 攻 關 目 標 對 于 推 進 中 國 農 業(yè) 高 質 高 效 發(fā) 展 具 有 重 要 意 義 4 5 當 前 中 國 處 于 農 業(yè) 現(xiàn) 代 化 建 設 的 重 要 時 期 對 智 能 農 機 裝 備 的 需 求 也 在 持 續(xù) 增 長 然 而 國 內 現(xiàn) 有 農 業(yè) 機 械 裝 備 智 能 化 水 平 低 與 現(xiàn) 在 的 自 動 化 與 高 效 率 作 業(yè) 需 求 不 符 不 利 于 中 國 農 業(yè) 現(xiàn) 代 化 的 快 速 發(fā) 展 未 來 一 段 時 期 我 國 農 業(yè) 裝 備 發(fā) 展 面 臨 新 機 遇 新 需 求 新 挑 戰(zhàn) 農 業(yè) 裝 備 制 造 還 有 廣 闊 的 發(fā) 展 空 間 因 此 加 強 農 機 裝 備 的 智 能 化 創(chuàng) 新 用 信 息 技 術 提 升 中 國 農 業(yè) 機 械 化 水 平 成 為 當 前 農 業(yè) 機 械 化 發(fā) 展 緊 迫 又 至 關 重 要 的 任 務 信 息 技 術 的 主 體 技 術 包 括 計 算 機 技 術 傳 感 技 術 現(xiàn) 代 通 信 技 術 以 及 智 能 控 制 技 術 等 信 息 技 術 的 發(fā) 展 正 推 動 著 全 球 經 濟 整 體 躍 升 和 生 產 力 的 跨 越 式 發(fā) 展 助 推 產 業(yè) 鏈 供 應 鏈 和 價 值 鏈 重 塑 使 之 煥 發(fā) 新 的 生 機 與 活 力 6 農 業(yè) 信 息 技 術 指 的 是 以 農 業(yè) 科 學 的 基 本 理 論 為 基 礎 以 農 業(yè) 生 產 活 動 信 息 為 對 象 以 物 聯(lián) 網 大 數 據 人 工 智 能 等 為 代 表 的 信 息 技 術 應 用 在 農 業(yè) 生 產 中 最 終 實 現(xiàn) 農 業(yè) 領 域 向 智 能 化 精 確 化 和 數 字 化 方 向 發(fā) 展 的 方 法 7 當 前 中 國 以 物 聯(lián) 網 和 大 數 據 為 主 的 農 業(yè) 信 息 技 術 應 用 發(fā) 展 迅 速 由 于 中 國 農 業(yè) 機 械 化 起 步 較 晚 與 信 息 化 融 合 度 還 較 低 與 國 外 發(fā) 達 國 家 相 比 還 存 在 差 距 農 業(yè) 機 械 與 信 息 技 術 融 合 是 現(xiàn) 代 農 業(yè) 發(fā) 展 的 必 要 手 段 能 夠 提 高 農 業(yè) 資 源 利 用 效 率 保 障 現(xiàn) 代 農 業(yè) 的 健 康 可 持 續(xù) 發(fā) 展 加 速 推 進 農 業(yè) 現(xiàn) 代 化 的 進 程 2 國 外 農 業(yè) 機 械 與 信 息 技 術 融 合 發(fā) 展 主 要 特 點 上 世 紀 九 十 年 代 美 國 德 國 日 本 等 經 濟 發(fā) 達 國 家 的 種 植 業(yè) 和 養(yǎng) 殖 業(yè) 已 進 入 高 度 機 械 化 階 段 農 業(yè) 機 械 已 向 自 動 化 信 息 化 和 智 能 化 方 向 發(fā) 展 8 在 農 機 現(xiàn) 代 化 和 信 息 化 方 面 擁 有 較 好 的 基 礎 和 技 術 積 淀 國 外 農 業(yè) 機 械 與 信 息 技 術 融 合 發(fā) 展 的 主 要 特 點 概 括 為 以 下 五 個 方 面 2 1 向 數 字 化 自 動 化 信 息 化 方 向 發(fā) 展 近 年 來 數 字 信 息 化 技 術 在 全 球 農 業(yè) 領 域 應 用 步 伐 加 快 農 業(yè) 機 械 化 生 產 與 信 息 技 術 深 度 融 合 先 進 的 農 業(yè) 信 息 智 能 感 知 技 術 和 智 能 農 機 發(fā) 展 迅 速 美 國 數 字 農 業(yè) 發(fā) 展 建 立 在 農 業(yè) 生 產 高 度 專 業(yè) 化 規(guī) 模 化 企 業(yè) 化 的 基 礎 上 信 息 化 技 術 滲 透 到 了 美 國 農 業(yè) 生 產 加 工 運 輸 銷 售 的 各 個 環(huán) 節(jié) 直 接 促 成 了 美 國 精 確 農 業(yè) 的 興 起 極 大 程 度 上 提 高 了 美 國 農 產 品 的 國 際 競 爭 力 自20 世 紀90 年 代 起 美 國 已 開 始 應 用 衛(wèi) 星 遙 感 等 數 字 農 業(yè) 技 術 對 大 田 作 物 進 行 生 產 全 周 期 的 監(jiān) 測 與 管 理 在21 世 紀 初 已 在 大 型 農 場 中 實 現(xiàn) 了 3S 技 術 即 遙 感 Remote Sensing RS 地 理 信 息 系 統(tǒng) Geographic Information System GIS 和 全 球 定 位 系 統(tǒng) Global Positioning System GPS 以 及 網 絡 信 息 服 務 智 能 機 械 系 統(tǒng) 的 綜 合 應 用 9 美 國 科 研 部 門 和 大 型 農 機 企 業(yè) 已 經 將 網 絡 通 訊 電 子 計 算 機 及 衛(wèi) 星 遙 感 等 現(xiàn) 代 信 息 技 術 應 用 到 大 型 農 機 具 上 實 現(xiàn) 拖 拉 機 等 農 機 的 自 動 避 障 自 主 作 業(yè) 路 徑 規(guī) 劃 等 自 動 化 智 能 化 農 業(yè) 機 械 作 業(yè) 生 產 機 械 化 輔 以 管 理 信 息 化 越 來 越 多 的 勞 動 力 被 替 代 下 來 農 業(yè) 生 產 效 率 進 一 步 提 高 德 國 大 型 農 場 均 配 有 多 樣 性 的 農 業(yè) 機 械 設 備 來 滿 足 生 產 需 要 農 場 經 營 者 素 質 普 遍 偏 高 管 理 非 常 現(xiàn) 代 化 從 德 國 現(xiàn) 代 農 業(yè) 發(fā) 展 的 應 用 來 看 主 要 集 中 在 計 算 機 知 識 模 型 雜 草 自 動 識 別 以 及 病 蟲 害 的 診 斷 監(jiān) 控 等 多 項 技 術 德 國 政 府 對 于 農 業(yè) 機 械 化 極 其 重 視 農 機 企 業(yè) 也 十 分 重 視 農 業(yè) 機 械 的 現(xiàn) 代 化 生 產 比 如 科 樂 收 公 司 CLAASGroup 擁 有 多 條 高 度 智 能 化 的 生 產 線 這 些 生 產 線 上 每 一 道 工 序 都 可 通 過 射 頻 識 別 Radio Frequency Identification RFID 技 術 進 行 全 程 追 溯 隨 著 越 來 越 多 高 科 技 技 術 在 農 機 上 的 應 用 企 業(yè) 設 置 專 門 的 技 術 培 訓 中 心 對 駕 駛 操 2陳 學 庚 等 農 業(yè) 機 械 與 信 息 技 術 融 合 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 與 方 向 Vol 2 No 4 作 人 員 的 操 作 技 能 進 行 培 訓 提 高 了 農 機 設 備 效 能 的 發(fā) 揮 10 日 本 為 應 對 農 業(yè) 資 源 環(huán) 境 與 勞 動 力 短 缺 的 困 境 并 提 高 農 業(yè) 競 爭 力 重 點 推 進 現(xiàn) 代 信 息 與 通 訊 技 術 在 家 庭 農 場 作 業(yè) 中 的 應 用 實 現(xiàn) 農 業(yè) 生 產 的 自 動 化 與 智 能 化 逐 步 形 成 了 較 為 成 熟 的 適 度 規(guī) 模 經 營 型 精 細 化 農 業(yè) 生 產 模 式 11 比 如 井 關 農 機 公 司 ISEKI CO LTD 與 政 府 聯(lián) 合 研 發(fā) 了 新 型 智 能 插 秧 機 這 種 插 秧 機 可 以 通 過 傳 感 器 確 定 行 駛 路 線 即 便 是 遇 到 淤 泥 也 能 自 動 調 整 方 向 此 外 為 了 防 止 過 量 施 肥 影 響 作 物 品 質 這 種 插 秧 機 可 以 通 過 土 壤 電 導 率 測 量 傳 感 器 檢 測 土 壤 的 深 度 及 有 機 質 含 量 從 而 實 現(xiàn) 插 秧 與 變 量 施 肥 同 步 為 解 決 農 戶 精 準 農 業(yè) 技 術 應 用 成 本 高 農 戶 經 營 分 散 等 問 題 日 本 農 業(yè) 協(xié) 會 為 農 民 生 產 農 產 品 進 行 產 前 產 中 產 后 的 全 程 服 務 并 促 進 精 準 農 業(yè) 技 術 的 普 及 與 利 用 2 2 信 息 技 術 廣 泛 應 用 于 農 業(yè) 機 械 設 計 與 生 產 制 造 環(huán) 節(jié) 2 2 1 數 字 化 設 計 智 能 制 造 的 關 鍵 是 數 字 化 設 計 與 制 造 數 字 化 設 計 技 術 是 指 通 過 產 品 描 述 為 基 礎 的 數 字 化 設 計 平 臺 在 產 品 的 開 發(fā) 和 應 用 過 程 中 建 立 以 信 息 技 術 為 基 礎 的 數 字 化 計 算 機 產 品 模 型 12 不 斷 對 開 發(fā) 方 式 持 續(xù) 優(yōu) 化 達 到 使 設 計 成 型 的 機 械 設 備 更 具 實 用 性 創(chuàng) 新 性 并 有 效 降 低 模 型 應 用 的 一 種 新 型 產 品 開 發(fā) 技 術 在 現(xiàn) 代 數 字 化 設 計 中 產 品 模 塊 化 設 計 虛 擬 仿 真 與 虛 擬 試 驗 驗 證 知 識 工 程 技 術 Knowl edge Based Engineer KBE 基 于 PDM PLM ProductData Management ProductLifecycle Man agement 的 協(xié) 同 設 計 等 相 關 技 術 在 國 外 已 經 開 始 應 用 為 提 升 新 穎 性 與 創(chuàng) 新 性 提 高 農 機 產 品 研 發(fā) 效 率 國 外 如 愛 科 AGCO 約 翰 迪 爾 John Deere 久 保 田 Kubota 等 農 機 巨 頭 公 司 在 新 產 品 開 發(fā) 的 不 同 階 段 普 遍 采 用 創(chuàng) 新 設 計 理 論 和 方 法 數 字 化 設 計 技 術 也 得 到 廣 泛 應 用 這 些 農 機 企 業(yè) 的 產 品 開 發(fā) 模 式 也 從 集 中 式 轉 向 分 布 式 特 別 是 產 品 全 生 命 周 期PDM 管 理 系 統(tǒng) 和 基 于 網 絡 的 產 品 描 述 模 型 的 應 用 逐 漸 建 立 了 以 PDM PLM 為 支 撐 結 合 高 端 工 程 技 術 的 優(yōu) 質 產 品 研 發(fā) 體 系 和 知 識 積 累 平 臺 13 采 用 現(xiàn) 代 數 字 化 設 計 技 術 不 僅 提 高 了 產 品 技 術 水 平 而 且 縮 短 了 產 品 開 發(fā) 周 期 降 低 了 開 發(fā) 成 本 2 2 2 先 進 制 造 技 術 農 業(yè) 裝 備 使 用 可 靠 性 和 耐 用 度 不 足 是 中 國 農 業(yè) 機 械 的 薄 弱 環(huán) 節(jié) 也 是 中 國 農 業(yè) 裝 備 在 國 際 上 話 語 權 不 強 的 主 要 因 素 先 進 制 造 技 術 在 各 個 國 家 高 端 農 機 生 產 中 的 作 用 十 分 重 要 是 促 進 農 機 創(chuàng) 新 能 力 和 制 造 水 平 加 快 當 今 世 界 現(xiàn) 代 農 業(yè) 建 設 步 伐 的 關 鍵 國 外 農 機 企 業(yè) 特 別 關 注 產 品 的 使 用 可 靠 性 和 耐 用 度 14 重 點 研 發(fā) 了 農 機 部 件 的 金 屬 材 料 加 工 工 藝 以 及 關 鍵 部 件 的 精 密 制 造 技 術 用 汽 車 生 產 加 工 的 技 術 去 制 造 農 機 具 的 部 件 和 裝 備 在 發(fā) 達 國 家 農 機 企 業(yè) 車 間 內 高 柔 性 的 自 動 無 人 生 產 線 先 進 的 制 造 產 業(yè) 線 已 成 為 主 要 生 產 手 段 自 動 焊 接 及 精 密 裝 配 機 器 人 精 密 鍛 造 等 先 進 技 術 應 用 廣 泛 先 進 的 制 造 技 術 如 敏 捷 制 造 并 行 技 術 虛 擬 制 造 技 術 和 智 能 制 造 技 術 的 應 用 可 以 充 分 保 證 制 作 過 程 的 一 致 性 實 現(xiàn) 生 產 環(huán) 節(jié) 全 程 可 追 溯 智 能 化 生 產 線 制 造 模 式 柔 性 化 制 造 技 術 的 敏 捷 化 幫 助 提 高 生 產 制 造 質 量 效 率 和 安 全 性 高 度 智 能 化 的 制 造 加 工 系 統(tǒng) 使 得 員 工 僅 僅 通 過操縱軟件程序等即可輕松地完成生產加工任務 2 3 畜 牧 機 械 信 息 化 發(fā) 展 迅 速 2 3 1 飼 草 生 產 機 械 發(fā) 達 國 家 十 分 注 重 畜 牧 業(yè) 的 發(fā) 展 飼 草 業(yè) 的 經 濟 產 值 和 種 植 面 積 已 領 先 糧 食 作 物 成 為 農 業(yè) 領 域 中 的 最 大 產 業(yè) 15 發(fā) 達 國 家 的 畜 牧 業(yè) 產 值 占 農 業(yè) 產 值 比 重 一 般 在60 以 上 飼 草 生 產 機 械 化 已 經 成 為 畜 牧 業(yè) 產 業(yè) 化 的 重 要 發(fā) 展 方 向 16 發(fā) 達 國 家 飼 草 生 產 的 主 要 環(huán) 節(jié) 實 現(xiàn) 了 全 面 機 械 化 信 息 技 術 大 量 應 用 于 飼 草 機 械 使 得 飼 草 機 械 的 智 能 化 程 度 不 斷 提 高 處 于 領 先 地 位 的 主 要 3Vol 2 No 4 智 慧 農 業(yè) 中 英 文 S m a r t A g r i c u l t u r e 是 美 國 德 國 法 國 意 大 利 日 本 等 發(fā) 達 國 家 17 18 圖1 a 所 示 的 是 德 國KroneBiG X 1180 自 走 式 青 貯 飼 料 收 獲 機 配 備 了 大 功 率 發(fā) 動 機 寬 幅 割 臺 集 自 動 導 航 石 頭 和 金 屬 探 測 切 段 長 度 自 調 和 籽 粒 破 碎 等 功 能 于 一 體 代 表 了 青 貯 飼 料 收 獲 機 的 先 進 技 術 水 平 和 未 來 發(fā) 展 趨 勢 19 BiGX1180 配 置 獨 立 式 靜 液 壓 四 輪 驅 動 獨 立 的 車 輪 懸 架 帶 來 了 極 大 的 靈 活 性 位 于 割 臺 中 央 的 傳 感 器 臂 可 探 測 兩 行 作 物 之 間 的 距 離 引 導 機 器 自 動 對 行 后 沿 壟 前 進 在 割 臺 收 割 器 兩 側 配 置 有 距 離 傳 感 器 通 過 實 時 調 整 割 臺 位 置 和 運 動 方 向 確 保 割 茬 高 度 一 致 在 割 臺 中 央 的 光 學 傳 感 器 能 測 量 作 物 水 分 根 據 作 物 的 不 同 含 水 量 來 自 動 調 整 切 碎 長 度 實 現(xiàn) 相 同 壓 實 狀 態(tài) 下 的 同 等 青 貯 質 量 6 個 喂 入 輥 裝 置 配 備 有 石 頭 和 金 屬 探 測 器 遇 石 頭 或 金 屬 物 時 割 臺 及 喂 入 裝 置 可 實 現(xiàn) 自 動 停 機 駕 駛 員 還 可 以 調 整 檢 測 的 靈 敏 度 裝 備 產 量 計 量 系 統(tǒng) 可 以 獲 得 每 塊 地 的 計 量 和 總 的 收 獲 量 并 打 印 成 文 件 Easyload 是Krone 的 自 動 填 充 系 統(tǒng) 具 有 基 于 相 機 的3D 圖 像 分 析 技 術 如 圖1 b 所 示 可 方 便 地 對 與 收 割 機 一 起 行 走 的 拖 車 進 行 飼 料 填 充 該 系 統(tǒng) 允 許 操 作 員 選 擇 各 種 填 充 策 略 在 未 來 該 系 統(tǒng) 能 實 現(xiàn) 控 制 收 割 機 后 向 拖 車 的 自 動 填 充 20 飼 草 機 械 上 信 息 化 技 術 的 應 用 減 輕 了 傳 統(tǒng) 作 業(yè) 方 式 的 勞 動 強 度 提 高 了 勞 動 生 產 率 是 實 現(xiàn) 飼 草 產 業(yè) 現(xiàn) 代 化 的 基 礎 和 保 障 2 3 2 飼 料 加 工 機 械 化 法 國KUHN 公 司 是 世 界 著 名 的 牧 草 收 獲 和 飼 喂 攪 拌 農 機 生 產 商 現(xiàn) 成 為 田 間 農 業(yè) 耕 作 機 械 精 密 播 種 機 牧 草 機 械 飼 料 攪 拌 機 與 植 保 機 械 的 大 型 綜 合 性 農 機 具 制 造 商 23 KUHN 的 SPV 系 列 自 走 式 飼 料 攪 拌 機 具 有 取 料 頭 下 降 速 度 的 電 子 控 制 及 液 壓 攪 龍 優(yōu) 化 管 理 系 統(tǒng) 取 料 頭 在 青 貯 料 堆 藏 表 面 的 下 降 速 度 可 以 根 據 所 裝 載 作 物 的 密 度 進 行 自 動 調 整 可 以 保 持 纖 細 作 物 的 顆 粒 大 小 均 勻 從 機 械 方 面 來 看 減 小 了 機 器 結 構 上 的 應 力 同 時 保 護 液 壓 回 路 以 防 達 到 壓 力 峰 值 攪 龍 獨 立 于 其 他 機 器 組 件 能 夠 在 達 到 所 需 的 料 位 時 開 始 攪 拌 因 此 能 夠 保 持 青 貯 等 纖 細 作 物 的 纖 維 度 指 標 同 時 可 以 存 儲 并 控 制 不 同 日 糧 的 攪 拌 時 間 從 而 降 低 了 過 度 攪 拌 的 風 險 攪 龍 轉 速 和 發(fā) 動 機 轉 速 實 際 上 由 所 選 的 模 式 決 定 自 動 攪 龍 轉 速 管 理 能 夠 對 油 耗 進 行 全 面 控 制 在 駕 駛 輔 助 方 面 可 以 對 功 能 順 序 進 行 編 程 在 飼 喂 模 式 下 為 駕 駛 員 提 供 輔 助 2 3 3 犢 牛 飼 喂 機 德 國Urban 公 司 生 產 的Calfmom U40 自 動 犢 牛 飼 喂 機 可 以 自 動 為 牛 犢 配 制 加 熱 飼 喂 的 牛 奶 還 配 置 了 自 動 添 加 藥 物 系 統(tǒng) 24 飼 喂 機 上 裝 有 質 量 傳 感 器 可 以 對 剩 余 奶 量 進 行 精 確 稱 量 可 以 對 牛 犢 飲 用 的 進 程 進 行 監(jiān) 測 飼 喂 機 上 先 進 的 飼 喂 管 理 系 統(tǒng) 可 以 讓 飼 養(yǎng) 員 直 觀 地 用 電 腦 控 制 犢 牛 飼 喂 犢 牛 飼 喂 機 配 備 犢 牛 自 動 飼 養(yǎng) 軟 件 管 理 系 統(tǒng) 記 錄 每 頭 犢 牛 的 個 體 飼 喂 信 息 并 進 行 數 據 分 析 還 配 置 了 電 腦 式 操 作 顯 示 終 端 可 方 便 進 行 犢 牛 注 冊 檢 查 機 器 設 置 等 操 作 飼 喂 管 理 系 統(tǒng) 具 備 隨 意 個 體 保 留 三 種 飼 喂 模 式 可 設 置8 種 進 料 曲 線 飼 喂 方 案 便 于 針 對 不 同 犢 牛 情 況 設 置 不 同 飼 喂 方 案 更 加 貼 合 犢 牛 的 生 長 發(fā) 育 2 4 注 重 資 源 節(jié) 約 和 環(huán) 境 保 護 信 息 化 促 進 農 業(yè) 可 持 續(xù) 發(fā) 展 農 業(yè) 機 械 化 與 信 息 化 的 融 合 發(fā) 展 有 利 于 促 進 農 業(yè) 生 產 成 本 節(jié) 約 和 生 態(tài) 環(huán) 境 保 護 現(xiàn) 代 農 業(yè) 生 態(tài) 環(huán) 境 問 題 主 要 指 人 們 對 自 然 環(huán) 境 的 干 預 和 農 業(yè) a 飼 料 收 獲 機 b 與 拖 車 協(xié) 作 的 飼 料 填 充 圖1 KroneBiGX1180 自 走 式 青 貯 飼 料 收 獲 機 21 22 Fig 1 KroneBiGX1180self propelledsilageharvester 4陳 學 庚 等 農 業(yè) 機 械 與 信 息 技 術 融 合 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 與 方 向 Vol 2 No 4 現(xiàn) 代 科 技 成 果 的 應 用 帶 來 的 資 源 浪 費 和 環(huán) 境 破 壞 傳 統(tǒng) 農 業(yè) 機 械 的 作 業(yè) 方 式 智 能 化 水 平 低 如 施 藥 或 施 肥 機 械 多 采 用 不 間 斷 恒 量 噴 藥 或 施 肥 作 業(yè) 模 式 造 成 農 藥 飄 移 和 土 壤 板 結 的 生 態(tài) 污 染 問 題 嚴 重 影 響 到 農 業(yè) 的 可 持 續(xù) 發(fā) 展 上 世 紀 八 十 年 代 以 來 各 個 國 家 對 資 源 高 效 利 用 的 現(xiàn) 代 智 能 農 業(yè) 裝 備 愈 發(fā) 重 視 25 26 多 類 型 高 精 度 的 傳 感 器 廣 泛 應 用 于 土 壤 養(yǎng) 分 探 測 變 量 施 藥 的 植 保 機 械 等 已 經 成 為 現(xiàn) 代 農 業(yè) 機 械 發(fā) 展 的 主 要 趨 勢 2 4 1 土 壤 養(yǎng) 分 探 測 精 準 施 肥 的 一 個 基 本 要 求 是 首 先 要 取 得 詳 盡 的 土 壤 及 作 物 養(yǎng) 分 信 息 精 準 土 壤 采 樣 技 術 是 獲 取 土 壤 養(yǎng) 分 信 息 的 重 要 手 段 主 要 將 農 田 土 壤 進 行 網 格 劃 分 以 一 個 地 段 內 各 單 元 網 格 采 取 土 壤 養(yǎng) 分 測 定 值 為 依 據 結 合 土 壤 供 肥 特 性 農 作 物 需 肥 規(guī) 律 和 肥 料 田 間 效 應 繪 制 農 田 精 準 施 肥 處 方 圖 現(xiàn) 在 的 精 準 土 壤 采 樣 方 法 主 要 有 土 樣 化 驗 和 土 壤 信 息 傳 感 器 采 集 系 統(tǒng) 兩 種 基 于 土 樣 化 驗 的 施 肥 技 術 主 要 對 土 壤 中 的 有 機 質 pH 值 等 進 行 檢 測 技 術 人 員 配 制 出 不 同 土 壤 類 型 的 最 佳 施 肥 模 式 提 升 耕 地 綜 合 生 產 能 力 保 障 農 業(yè) 的 可 持 續(xù) 發(fā) 展 目 前 美 國 測 土 配 方 已 覆 蓋 了80 以 上 耕 地 面 積 實 現(xiàn) 了 全 國 范 圍 內 養(yǎng) 分 綜 合 管 理 27 其 他 發(fā) 達 國 家 如 以 色 列 英 國 及 荷 蘭 等 國 也 很 重 視 土 壤 化 驗 施 肥 技 術 28 由 于 土 樣 化 驗 在 大 面 積 土 地 調 查 中 的 效 率 太 低 于 是 國 外 研 發(fā) 了 車 載 土 壤 電 導 率 測 量 系 統(tǒng) 與 此 同 時 國 外 也 在 研 發(fā) 各 種 土 壤 養(yǎng) 分 在 線 實 時 測 量 傳 感 器 美 國VerisTechnologies 公 司 的iScan 多 參 數 土 壤 理 化 性 質 測 繪 系 統(tǒng) 可 以 通 過 實 地 原 位 測 量 土 壤 的 電 導 溫 度 和 濕 度 值 此 系 統(tǒng) 適 用 于 精 準 農 業(yè) 土 壤 調 查 及 土 地 利 用 規(guī) 劃 等 領 域 29 利 用 GPS 定 位 和 數 據 處 理 測 繪 軟 件 繪 制 出 土 壤 理 化 性 質 分 布 圖 全 面 反 映 土 壤 鹽 堿 度 土 壤 肥 力 根 系 深 度 土 壤 表 層 溫 度 等 重 要 信 息 通 過 測 定 土 壤 具 體 參 數 了 解 土 壤 肥 力 信 息 及 是 否 有 金 屬 污 染 為 土 地 生 產 能 力 及 產 量 預 測 提 供 重 要 依 據 與GPS 信 息 相 結 合 可 繪 制 田 地 土 壤 成 分 空 間 分 布 圖 方 便 制 定 精 準 施 肥 處 方 圖 從 而 實 現(xiàn) 田 間 的 變 量 施 肥 對 提 高 經 濟 效 益 以 及 減 少 環(huán) 境 污 染 等 具 有 重 要 意 義 2 4 2 變 量 施 藥 變 量 施 藥 技 術 是 采 用 全 球 導 航 衛(wèi) 星 系 統(tǒng) Global Navigation Satellite System GNSS GIS 或 實 時 傳 感 器 技 術 獲 取 農 田 分 塊 區(qū) 域 內 病 蟲 草 害 的 差 異 性 并 制 定 不 同 區(qū) 域 的 目 標 施 藥 量 通 過 調 節(jié) 壓 力 或 流 量 大 小 等 不 同 控 制 方 式 實 現(xiàn) 按 目 標 施 藥 量 進 行 噴 藥 作 業(yè) 30 與 傳 統(tǒng) 的 大 面 積 均 勻 噴 施 技 術 相 比 變 量 噴 施 技 術 能 夠 提 高 農 藥 利 用 率 降 低 作 業(yè) 成 本 并 減 少 環(huán) 境 污 染 變 量 噴 霧 機 在 國 外 精 準 農 業(yè) 技 術 中 應 用 逐 漸 成 熟 是 現(xiàn) 代 植 保 機 械 的 重 要 發(fā) 展 方 向 美 國 歐 盟 和 日 本 等 國 在 施 藥 技 術 上 結 合 信 息 化 技 術 可 實 現(xiàn) 精 密 高 對 靶 性 及 定 量 施 藥 平 均 農 藥 利 用 率 在50 以 上 31 澳 大 利 亞 昆 士 蘭 科 技 大 學 研 發(fā) 出 一 款 自 動 除 草 和 施 肥 的 機 器 人 Agbot II 圖2 它 身 上 搭 載 先 進 的 機 器 視 覺 自 動 識 別 系 統(tǒng) 可 精 確 分 辨 雜 草 與 作 物 在 雜 草 檢 測 和 分 類 上 的 總 體 成 功 率 超 過90 32 Agbott II 采 用 太 陽 能 供 電 更 加 有 利 于 節(jié) 能 環(huán) 保 節(jié) 省 農 民 預 算 此 外 Agbot II 搭 載 的 先 進 傳 感 器 軟 件 和 其 他 電 子 設 備 可 以 使 機 器 實 現(xiàn) 自 動 導 航 對 作 物 和 雜 草 進 行 檢 測 和 分 類 并 針 對 不 同 類 別 的 雜 草 自 動 選 擇 機 械 剪 除 或 化 學 施 藥 的 方 式 來 精 確 除 草 除 此 以 外 該 機 器 人 也 可 以 用 于 精 準 施 肥 在 未 來 的 版 本 中 該 機 器 人 還 可 以 在 執(zhí) 行 操 作 時 反 饋 有 關 土 壤 和 作 物 的 健 康 以 及 病 蟲 害 等 數 據 信 息 2 5 向 控 制 智 能 化 操 作 自 動 化 和 駕 駛 舒 適 化 方 向 發(fā) 展 農 業(yè) 機 械 裝 備 通 過 不 斷 改 進 提 高 再 創(chuàng) 新 其 質 量 水 平 也 不 斷 提 升 農 業(yè) 機 械 上 采 用 高 度 自 動 化 的 智 能 化 輔 助 裝 置 不 僅 可 以 提 高 田 間 工 作 效 5Vol 2 No 4 智 慧 農 業(yè) 中 英 文 S m a r t A g r i c u l t u r e 率 節(jié) 約 運 營 成 本 增 強 駕 駛 員 的 舒 適 感 受 而 且 能 提 高 產 品 在 國 際 市 場 上 的 聲 譽 和 市 場 競 爭 力 控 制 智 能 化 操 作 自 動 化 和 駕 駛 舒 適 化 是 精 準 農 業(yè) 智 能 裝 備 發(fā) 展 的 重 要 方 向 2 5 1 控 制 智 能 化 國 外 著 名 農 機 企 業(yè) 產 品 大 多 采 用 基 于ISO 11783 的ISOBUS 農 用 機 械 串 行 控 制 和 數 據 通 信 標 準 總 線 技 術 此 標 準 詳 細 規(guī) 定 了 智 能 農 機 的 控 制 系 統(tǒng) 網 絡 整 體 架 構 功 能 ECU Electronic Control Unit CAN Controller Area Network 總 線 通 信 及 任 務 控 制 器 結 構 等 總 線 技 術 的 發(fā) 展 實 現(xiàn) 了 農 業(yè) 機 械 控 制 器 之 間 的 信 息 共 享 為 農 機 裝 備 的 控 制 智 能 化 提 供 了 重 要 基 礎 34 科 樂 收 公 司 的 自 動 轉 向 系 統(tǒng)GPS PILOT 配 有 集 成10 4 英 寸 的 觸 摸 屏 和 雙 頻 接 收 器 的S10 終 端 還 具 有 操 作 自 動 轉 向 系 統(tǒng) 可 控 制 接 入ISOBUS 的 機 具 等 功 能 約 翰 迪 爾 公 司 的ISOBUSTIM 拖 拉 機 工 具 管 理 系 統(tǒng) 可 以 同ISOBUS 設 備 結 合 控 制 拖 拉 機 自 動 轉 向 該 系 統(tǒng) 為 即 插 即 用 模 塊 可 在 多 臺 機 器 上 移 植 使 用 也 可 對 現(xiàn) 有 系 統(tǒng) 進 行 升 級 在 植 保 機 械 的 控 制 智 能 化 方 面 加 拿 大 NORAC 公 司 設 計 了 一 種 能 使 噴 桿 根 據 地 形 輪 廓 自 動 進 行 調 整 的UC5 噴 桿 控 制 系 統(tǒng) 35 其 裝 載 的 超 聲 波 傳 感 器 可 對 高 度 變 化 迅 速 做 出 反 應 可 在 復 雜 地 形 作 業(yè) 中 保 持 噴 桿 的 離 地 高 度 使 噴 頭 維 持 在 最 佳 的 噴 灑 位 置 進 行 均 勻 施 藥 減 少 農 藥 在 噴 藥 過 程 中 的 漂 移 UC5 控 制 系 統(tǒng) 的 識 別 模 式 有 三 種 分 別 為 土 壤 模 式 農 作 物 模 式 和 混 合 模 式 三 種 模 式 可 隨 時 切 換 來 感 應 土 壤 面 或 農 作 物 高 度 自 動 進 行 噴 桿 高 度 調 整 此 外 系 統(tǒng) 包 含 主 動 旋 轉 角 度 控 制 組 件 使 得 噴 霧 機 在 變 化 多 端 的 地 形 上 駕 駛 旋 轉 和 控 制 中 心 部 分 也 會 增 加 兩 翼 的 起 升 速 度 這 個 控 制 系 統(tǒng) 有 效 降 低 了 駕 駛 者 的 工 作 壓 力 和 疲 勞 程 度 當 在 不 平 坦 的 農 場 地 形 上 噴 藥 時 可 不 用 注 重 地 形 的 實 時 變 化 從 而 將 更 多 精 力 放 在 噴 藥 工 作 和 安 全 作 業(yè) 上 大 大 提 高 了 工 作 效 率 和 作 業(yè) 安 全 性 2 5 2 操 作 自 動 化 目 前 農 業(yè) 裝 備 的 衛(wèi) 星 導 航 技 術 起 到 了 作 業(yè) 過 程 中 的 輔 助 駕 駛 作 用 能 減 輕 操 作 員 疲 勞 使 得 操 作 變 得 自 動 化 約 翰 迪 爾AutoTrac 自 動 導 航 系 統(tǒng) 可 以 安 裝 在 各 種 農 機 裝 備 上 進 行 田 間 作 業(yè) 比 如 用 于 整 地 播 種 施 藥 收 獲 等 作 物 全 周 期 的 田 間 作 業(yè) 起 到 按 壟 作 業(yè) 或 走 直 線 的 效 果 提 高 了 操 作 便 利 性 最 新StarFire6000 接 收 器 使 用 的SF3 衛(wèi) 星 差 分 信 號 精 度 為 2 5 c