智能农业机械

第六章智能化农业机械装备技术1具有测产功能的谷物联合收获机传统田间测产方法：单产量=总产量/地块亩数。精细农业田间测产方法：单产量=（谷物质量流量-水分含量+损失量）/（收割机行驶速度╳割幅宽度）。结构原理1DGPS接受装置2GPS接受装置3谷物湿度测量4谷物速度测量5谷物体积流量测量6谷物损失测量7转向角度测量8距离/速度测量9割幅测量2谷物联合收获机产量传感器和部件（1）谷粒流量传感器（2）谷粒湿度传感器（3）行驶速度传感器（4）收割台提升位置传感器（5）电子监控显示器（6）GPS全球卫星定位系统3产量图的形成4支持精细农作变量处方农业机械智能化农业机械IAM（IntelligenceAgriculturalMachine，或称智能控制系统下的农机具，ICS农机，IntelligenceControlSystem）支持“精细农业”的智能化农业机械：收获机械产量监示器与产量图自动生成系统，如自动控制精度平地机自动控制实现精密播种精细施肥精细施药精细灌溉精细变量施肥机装备有GPS的施肥机精确变量干粉混合施肥机1微处理器2田间地图3电液阀4商品肥料斗5计量轮6输送链7混合搅轮8注入泵9微肥斗10水平搅轮11竖直搅轮12刮（浆）板13分配头14输送管15文丘里管16鼓风机17空气多路歧管18杆管19喷嘴-反射管装备有GPS的自动喷药机械流量及雾滴大小调节的变压控制器基于区域传感器的精确田间虫害控制系统概念示意图流量及雾滴大小调节的变压控制器喷杆与摄像机的安装田间图像与控制响应实例图中水平线以上是处理过的图像部分，喷杆上12个喷嘴用标有数字的LED表示，当LED亮，相应的喷嘴动作变量播种机精密播种机示意图精细灌溉设备电子学用于农业机械装备的技术创新，可概括为如下5个基本领域：（1）提高机器作业的技术性能:过程监视、控制、诊断和通信。（2）实现节本增效和利于改善生态环境的农作:节约物资、能源消耗，降低作业成本以及减少对土壤、水体和动植物的污染。（3）过程的精确操作:及时获取过程信息，精确执行过程控制指令。（4）改善劳动者的操作条件:良好的人机接口，操作方便性。安全性和舒适性。（5）开发基于卫星定位系统实施精细农作的智能控制农业机械，支持农田作业的科学管理决策等。5国外农业机械智能化简况近几年来，一些发达国家不断将高新技术应用到农业机械上，使农业机械向智能化方向发展。（1）耕作机械智能化美国东伦敦综合技术学院土地管理系研制成功一种激光拖拉机。利用计算机系统导航装置，不仅能够准确无误地测定其所在位置及运行方向，使误差不超过25厘米，而且能够根据送入农场计算中心的电子图表，查找出该处土地的湿度、化学成分、排水沟位置和其它一些特点：准确计算出最佳种植方案要，所需种子、肥料和农药数量等。一人在室内荧屏前可操纵多台激光拖拉机进行耕作，耕作速度快，且可减少种子、肥料和农药消耗，节约生产成本50%，提高作物产量20%。（2）收获机械智能化美国农场装备制造商卫西·弗格森，在联合收割机上安装了一种产量计量器，能在收割作物的同时，准确收集有关产量的资料，并绘成各个田块的产量分布图。农场主可以利用这种产量分布图，来确定下一季的种植计划以及种子、化肥和农药在不同田块的使用量。（3）灌溉机械智能化美国内布拉斯加州的瓦尔蒙特工业股分有限公司和ARS公司开发出一种可实现农田自动灌溉的红外湿度计。该仪器被安装在环绕着农田的灌溉系统上后，可每6秒钟读取一次植物叶面湿度。当植物需水时，它会通过计算机发出灌溉指令，及时向农田灌水。（4）施药机械智能化澳大利亚推出一种能识别莠草的喷雾器。它在田间移动时，能借助专门的电子传感跑龙套，来区分庄稼和杂草，而只有当发现莠草时，才喷出除莠剂。这样，花费的除莠剂只有常规除草的1/10，减轻了对环境的污染。（5）挖土机械智能化美国匹兹堡一家公司研制成功一种超声波挖土机，在埋有电缆和管道的地方挖土时，可避免将电缆和管道挖坏。这种新型挖土机，使用超声波喷气流破碎土壤，然后用真空装置将土吸走，不会对电缆和管道造成损害。（6）放牧机械智能化英国科学家设计出一种可代替人或犬放牧羊群的牧羊机器狗。它备有一架摄像机和一台计算机，可对羊群移动的情况进行分析。如果羊群显得不安定的话，其队形、速度和移动状况就会反映出来，牧羊机器狗便会在羊群移动，直到羊群安定下来。羊群不会受到惊扰。（7）采摘机器智能化法国科学家开发的摘苹果机器人，能辨别出苹果是否成熟。摘一只苹果仅需6秒钟，为人工采摘时间的一半。美国一家公司发明的一种采蘑菇的机器人，可按设定的蘑菇伞最小直很进行采摘，平均每6秒钟采摘一个蘑菇，且不会使蘑菇受损。6精细农业的实施与农业机械智能化农业的可持续发展要求实施精细农业。生态效益、环境效益、经济效益与社会效益的统一，在推进精细农业时才会更明显。先进的农业生产技术对农业机械提出了更高要求，农业机械的发展会促进农业技术层次的提高。实施精细农业和途径是发展智能化的农业机械。智能农业机械系统的组成A智能化农业机械的特点：(1)提高机器作业的技术性能过程监视、控制、诊断和通信。(2)实现节本增效和利于改善生态环境的农作。包括节约物资、降低作业成本和能源消耗，以及减少对土壤、水体和动植物的污染。(3)过程的精细操作。包括及时获取过程信息和精细执行过程控制指令。(4)改善劳功者的操作条件包括良好的人机接口以及操作方便性、文全性和舒适性。(5)开发基于卫星定位系统实施精细农作的智能控制农业机械，支持农田作业的科学管理决策等。B基于精细农业思想的农业机械智能化迄今支持精细农作的若干重要农业机械，如带产量图自动生成的用于小麦、玉米和大豆收获的谷物联合收割机，实施变量处方农作的谷物精密播种机、施肥机、施药机和灌溉设备在国外都已有若干类型的商品化产品，但仍需继续完善并扩大到更多的农机作业应用领域。今后，实施精细农业和发展智能化农业机械主要包括以下方面：(1)用于与作物收获机械配套的产量传感技术与带产量图白动生成系统软件的开发。(2)大中型拖拉机和自走型农业机械智能化技术状态实时诊断、监控与显示装置的开发。(3)实施定位处方农作和控制的施肥、施药、浇水、精播和栽植的移动作业机械的研究。(4)自走式农田土壤、病虫草害和作物苗情定位信息采集机械装备的开发研究。(5)农机作业信息高效处理、存储、传输、通信技术及其总线与接口的标准化。(6)CPS、GIS有关技术国产化、产业化和用于支持农业机械社会化服务的规划、组织、调度与辅助管理决策支持系统和农业机械田问导航、作业面积计量、引导定位作业和空间数据定位采样中的应用及软件开发。(7)采用上述智能化联合收割机支持易地收割，实施机群科学调度与管理的技术经济效果研究，以及在引进技术消化吸收基础上，加快国产联合收割机的智能化装备技术的自主开发。(8)研究试验带GPS接收机的智能化节水灌溉机械、植保机械和播种机械，尽快形成国产化的自主产品，为农机社会化服务体系提供新一代技术装备。农业工程21世纪的发展重点是农业的人工智能化和各种农业机器智能化系统的不断涌现。农业智能化技术的应用将直接推动农业机械向智能化、自动化方向发展。精细农作应用实践可根据不同国家、不同地区的社会和经济条件，围绕提高生产、节本增效和保护环境的目标，采用不同的技术组装方式，逐步提高作物生产管理的科学化与精细化水平。其中，建立一个完整的精细农作技术体系需要有多种技术知识和先进技术装备的集成支持。这为农业机械工程师提供了进行技术创新的机遇。C智能化的农业机械系统为了规范农业生产过程，农业机械采用智能化技术，以减少人为因素干扰。农业机械智能化系统主要由3部分组成：信息采集系统、决策判断系统和执行系统。利用各类传感器采集环境信息或作物信息，决策系统首先要输入关于农艺、土壤、植株、管理等方面的数据，作为判断的依据。实时信息输入后，经过处理作出决策，传输到执行机构(如图1所示)，实时数据输入智能化农业机械系统中。智能化农业机械完全依靠客观数据来作决策和动作，避免了由于人的判断能力和不同操作水平而带来的差异，也可减轻操作人员由于疲劳而带来的判断失误，这一点对于果蔬采摘和分级特别有意义。