世界农业信息技术与智能装备发展现状--赵春江

世界农业信息技术与智能装备发展现状赵春江国家农业信息化工程技术研究中心[e-mail]2012年8月2012年农业工程学会--内蒙先进传感器技术精准作业技术与智能装备农业智能机器人技术农业物联网技术与装备农业信息技术与智能装备的前沿活跃领域农业信息服务技术环境信息感知技术生命信息感知技术1、先进农业传感器技术随着传感器技术的不断发展，可检测对象范围也随之不断扩展，先进传感器技术也出现了许多新的分支作物养分、生理信息监测技术作物生态形态模拟虚拟技术作物病害草害监测预警技术土壤养分、理化信息检测技术农业环境温室气体检测技术农药残留检测技术先进传感器技术目前国内外研究主要采用图像处理技术，光谱分析技术，以及多光谱和高光谱成像技术等进行作物病虫害、草害进行检测。植物病虫害、草害检测与预警预报技术目前，国内外应用光谱技术、多光谱成像技术、高光谱成像技术等进行植物生理信息检测进入快速发展阶段。植物养分、生理信息快速动态监测技术对作物生长过程中光照、叶温、水势、径流、干鲜物重、叶片形态、叶密度等生态信息的实时动态感知技术还比较缺乏，植物三维形态虚拟模拟技术以及与植物生理生态信息结合的模型技术还比较缺乏。植物生态信息及三维形态虚拟模拟技术土壤含水率的测量方法主要有直接法和间接法两种。其中直接法主要采用烘干手段进行，耗时费力，无法实现快速信息获取的需要。间接法主要包括电阻法、介电法、光谱分析法等。土壤水分信息快速动态感知传感技术土壤理化信息包括pH值、电导率、土地面积、有机质等。检测方法主要包括光谱分析法、电流-电压四端法、GPS等。土壤理化信息快速感知技术土壤有害物质主要包括重金属、农药残留等。目前，国内外检测方法和技术需要对样本进行复杂的预处理，检测过程费时费力、需要消耗大量的化学试剂。土壤有害物信息快速检测技术6CommercialCropSensorsMultiplereflectancesensoroptions:•GreenSeeker®systemdistributedbyTrimbleAg.•OptRx®systemdistributedbyAgLeader.•CropSpec®systemdistributedbyTopconPositioningSystems..AdaptedfromJohnShanahan,DuPontPioneer2003-1-42003-1-42003-1-410IntegrationandEconomicsPhase•Smartsampling,sensing,anddecisionmaking•Integratedinformation•Optimizeeconomicyield基于传感测定技术的小麦变量施肥产业化现状就世界范围来讲，许多不同功能的先进传感器技术已经被开发成产品，投入农业传感器市场。如光合作用测量系统、气体分析仪、温湿度传感器、土壤测量系列传感器、气象测量系列传感器等著名传感器生产厂家包括美国LI-COR公司、Decagon公司、Dynamax公司、英国Technologica公司、日本美能达公司等。日本美能达公司的SPAD502田间作物叶绿素速测仪，单价在人民币1.5万左右，单在我国该款产品销售量达到500台/年，销售额近千万元。2、精准作业技术与智能装备精准作业技术机载田间信息采集技术精准作业导航与控制技术决策模型与处方生成技术精准实施技术装备1996-current“PrecisionAgriculture”1992“SoilSpecificCropManagement”1994“Site-SpecificManagementforAgriculturalSystems”11stICPAParticipants:450from37countries(China-14)；Paper:210；KeynoteSpeaker:2OralPresentaion:182Poster58RSRSApplicationsinPARSApplicationsforFieldCropsCanopySensingforCropManagementProximalSensingforCropParametersFlurosensingforCropManagementProximalSensingforSoilPropertiesHyperspectralRSApplicationsinAgMachineVisionandImagingApplicationstoPAFieldCropManagingIn-SeasonCropVariabilityPrecisionNutrientManagementSensorApplicationsinManagingIn-SeasonCropVariabilityInformationmanagement&simulationInformationManagementinPAModelingandGeostatisticsPAapplcationProfitability,SustainabilityandAdoptionofPAPrecisionAtoZforPractitionersGlobalProliferationofPAandItsApplicationsIntellgentequipmentEng.Tech.andAdvances:EquipmentEng.Tech.andAdvances:SensorsGuidance,RoboticsandAutomationSoil,Nutrient,WaterPrecsionManagementManagingSpatialVariabilityinSoilsSpatialVariabilityinSoilSpatialWaterManagement.Eng.Tech.andAdvances:WaterSoilAnalysisforPrecisionNutrientManagementPrecisionLaserLevelingApplicationsPAinhorticultureandanimalmanagementPrecisionHorticulturePrecisionConservationandCarbonManagementPrecisionCropProtectionEmergingIssuesinPAPrecisionDairyandLivestockManagementAdoptionofPAinUSASource:2007PrecisionAgriculturalServicesDealershipSurveyResultsbyDept.ofAgriculturalEconomicsPurdueUniversity:2009PrecisionAgriculturalServices,DealershipSurveyResultsUseofPrecisionTechnologies机载田间信息采集技术澳大利亚自行式采集系统美国农作物多参数监测系统解决方式：采用多种传感器组合搭建多功能信息采集平台在实施精准作业的过程中，农作物生长环境信息的高密度快速采集是提高决策效果的重要保证国产导轨式性状测量系统ProximalRemoteSensing精准作业导航与控制技术拖拉机视觉导航行走拖拉机辅助驾驶农田作业机械导航主要有辅助导航和自动导航两种类型。根据导航系统工作原理又可分为机器视觉导航、GPS姿态传感器导航和多传感器融合导航等多种类型。自动驾驶仪决策模型与处方生成技术作物生产管理决策支持技术的研究，集中在作物生长模拟模型及作物管理专家系统方面，目前RS和GIS等空间信息技术已经被引入进来，参与决策管理。各种电子监视、控制装置已应用于复杂农业机械上，光机电液一体化的信息、控制技术在农业装备中的应用，有效提高了农业装备的作业性能和操作性能精准实施技术装备水稻插秧作业机械化变量施肥精确喷药装备精准作业的智能装备迅速向大型、高速、复式作业、人机和谐与舒适性设计方向快速发展，国外先进智能农业装备始融合现代微电子技术、仪器与控制技术、信息技术，加速向智能化、机电一体化方向快速发展。•RTKNetworks(实时动态全球定位系统网络)•ImplementGuidance(农具自动导航系统)•PrecisionSpray(精密喷雾控制)•CabConsolidation(操作平台合并和简化)•WaterManagement(水资源管理)•MultipleVehicleCoordination(多机协调作业）•AutonomousSystem(自主系统）3、农业智能机器人技术农业智能机器人技术是缓解农业劳动人口短缺、提高农业劳动生产率的重要手段农业智能机器人技术信息获取与目标识别技术规划导航技术作业机构关键部件与系统包含色彩、纹理信息的机器视觉技术成为农业机器人环境建模技术的重点。生物信息探测技术与传统主动探测技术的配合使用，也将成为信息获取技术的新发展方向信息获取技术充分利于视觉信息的导航测量将是农业机器人研究的重要方向。另外，适应农业环境的3维甚至高维导航算法也将成为新的热点。规划导航技术柔性末端执行器和模块化轻型机械臂将会是未来研究的主要方向。作业机构技术荷兰是在花卉种植业中运用机器人技术最广泛的国家。全国70％的花卉生产面积采用温室栽培，应用了现代化温室设备，使花卉生产中的温度、湿度、光照、施肥、喷药等实现了智能自动控制，播种、移栽、采收、分级、包装等生产环节全部实现了机器人机械化作业荷兰的花卉种植业据挤奶机器人供应商利拉伐统计，目前全球有30多个国家，超过8000个牧场已经在使用挤牛奶机器人。畜牧业中的农业机器人农业机器人产业化已经在某些领域取得突破日本、韩国在播种、嫁接方面研制了机器人产品，并已经推向市场。日韩的种苗培育机器人国外农业机器人战略性新兴产业欧洲在FP7的资助下，成立了“ICT-AGRI”组织，吸纳了遍布欧洲各国的18个科研机构，专门组织开展农业机器人相关的研究活动日本政府正在大力鼓励和推行农业机器人的研究和推广工作，目标是在2025年普及农业机器人的使用美国在2007年组织了“EngineeringsolutionsforSpecialtyCropsChallenges”研讨会，农业机器人是其中的重要内容美国时代周刊评出2007年最佳发明（机器人类）丹麦的Hortibot除草机器人地区发展不均衡：欧美国家，特别是以荷兰、美国等为代表的国家已经取得了一定的产业化成果。亚洲国家中，日本和韩国也在农业机器人的产业化道路上处于领先的地位。其他国家则没有出现明显的农业机器人产业化案例。领域发展不均衡：畜牧业领域、花卉种植领域和种苗培育领域，是农业机器人产业化程度最高的领域。其他领域的农业机器人，产品的性能距离实用化还比较遥远。产业化现状：农业生产方式向工业化生产方式看齐2010年澳大利亚开发的大型自动化挤奶机器人系统以色列ESHETEILON公司果实大小分选机凡是农业机器人产业化程度较高的领域，都有着与工业生产相近的生产方式。种苗培育类机器人果蔬采收类机器人畜牧业类机器人农产品检测加工包装机器人NationalRoboticsEngineeringCenter(NREC),CarnegieMellonUniversity4、农业物联网技术与装备农业物联网技术产业链可以细分为标识、感知、信息传输和信息处理四个环节，每个环节的关键技术分别为RFID、传感器、无线传输网络和智能芯片。标识感知信息传输信息处理主要负责将存储有物理静态信息的电子标签嵌入到物体中，以供识别关键技术：RFID使用各种传感器实时动态采集农业作物、产品的信息，传送给网络层。关键技术：传感器通过无线或有线网络将信息传递给后台处理系统。关键技术：移动网、无线网络处理平台对传递来的海量数据进行相应分析和处理。关键技术：