作物生产智能化研究进展.doc

作物生产智能化研究进展背景：农业机械化使农业生产的效率得到了很大的提高，并且使农业生产成本下降、用工减少，但制约农业生产的一些难题至今尚未解决。主要原因有：机械本身固有的局限性，如机械无法辨别气味、颜色等。所有的农业机械都是为在特定条件下从事某项工作而设计的，因此适应性差。为了解决这些问题，近年来，电子技术和自动化技术被大量用于农业和农业机械领域。智能技术在农业上应用的日益广泛，为农业的进一步发展奠定了基础，同时也给人们提供了许多新的研究方向。智能化仪器、设备和机器的普遍采用将给农业生产带来崭新的局面。现代农业智能化包含了育种育苗、植物栽种管理、土壤及环境管理、农业科技设施等多个方面实施程序化和计算机软件的参与。所以根据作物生产过程，依次简述智能化栽培技术，智能化耕作技术，智能化喷灌技术，智能化收获技术。（1） 智能化栽培技术作物智能栽培学就是将系统分析原理和信息技术应用于作物栽培学研究，着重以作物栽培智能决策支持系统来指导作物生产管理，是一门以现代计算机技术和信息科学与传统的作物栽培学相结合的新兴的交叉学科。其核心和基础的研究内容是作物生长系统的计算机模拟模型及智能化决策支持系统，关键是将生长模型的预测功能、专家系统的推理决策功能、资源环境系统的信息管理功能相融合，对不同环境下的作物生长状况作出实时预测并提供优化管理决策，实现作物生产的高产、高效、优质、持续发展。例：我国的芽苗菜智能化生产通过环控设备与控制计算机系统来实现，具有产量高、周期短，效益高，节约劳动力等特点。（2） 智能化耕作技术采用高度自动化和智能化的作业机械不仅具有操作舒适性和安全性,而且能提高工作效率,保证作业质量,降低生产成本。各种传感技术、遥感技术及电子和计算机技术在农机上的应用,为拖拉机的自动化和智能化提供了技术支持和保障。因此,自动化、智能化是未来拖拉机尤其是大中型拖拉机发展的必然趋势。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，利用激光计算机导航装置，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机中心的电子图表，查打出该处土地的湿度、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，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、化肥和农药消耗，节约生产成本50%，提高作物产量20%。上海交通大学研制了基于全球定位技术( GPS)的智能变量播种、施肥、旋耕复合机,并在上海市松江泖新农场投入使用。该机集合了23 台机器的功能,收割、播种、施肥可同步进行,适用于小麦、水稻、大豆、油菜等多种作物, 并且操作简便, 通过一个电脑触摸屏,就可实现精准耕作。英国开发的带有电子监测系统( EMS) 的拖拉机具有故障诊断和工作状态液晶显示功能,EMS 可严密地控制机器各主要功能的变化,可以控制耕作以及播种的宽度、深度等 。朱新涛等 利用Fischertechnik 构件设计了智能耕地拖拉机模型,并根据其功能设计了控制程序。基于LLWin3. 0 软件平台,模型能够根据所输入的不同程序进行不同地块的耕作和以不同的耕作方式进行作业,并且根据所输入的参数,能够精确控制耕地的深度,能够自动识别障碍物,当遇到障碍物时停止作业并发出报警声,从而使拖拉机实现了自动化、智能化耕地作业。（3） 智能化喷灌技术智能化喷灌技术在农业中的应用,不仅可以提高生产效率,还可以节约成本,降低污染,是智能化农业机械的重要组成部分。美国内布拉斯加州的瓦尔蒙特工业股份有限公司和ARS 公司开发出一种能实现农田自动灌溉的红外湿度计,安装在环绕着一片农田的灌溉系统上后,每6s 可读取1 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。德国Dammer 等推出一种能识别莠草的喷雾器。它在田野移动时,能借助专门的电子传感器来区分庄稼和杂草,当发现只有莠草时,才喷出除莠剂,可以节省除莠剂24.6 % ,从而减轻了对环境的污染。我国应用光机电一体化技术、自动化控制等技术完成了“果园自动对靶喷雾机”的设计和制造。该机应用靶标自动探测器和喷雾控制系统,通过对果树上、中、下3 个部位的自动探测,成功地实现了对果树靶标的定向确喷雾,有效地避免了果树空挡之间的无效喷雾,提高了农药的有效利用率,有效利用率达55 % ,减少了农药浪费。利用高压静电装置使喷头喷出的雾滴带上静电,荷电雾滴在电场作用下,可有效地附着在果树叶子表面,进一步提高了雾滴的有效沉积率,减少了因细小雾滴飘移造成的农药浪费和环境污染。（4） 智能化收获技术智能收获机械指水果采摘、粮食收割等机械。美国学者Schertz 和Brown 于1968 年首先提出应用机器人技术进行果蔬的收获,1983 年第一台西红柿采摘机器人在美国诞生。之后，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，比人工节省一半时间。美国一家公司发明一种采蘑菇机器人，可按的蘑菇伞最小直径进行采摘，平均每6 秒钟采摘一个蘑菇，还不会使蘑菇受损。据估计，在未来，智能化的农业机械会越来越多，智能化的程度也会起来越高。采摘机器人由机械手、末端执行器、移动机构、机器视觉系统以及控制系统等构成。机械手的结构形式和自由度直接影响采摘机器人智能控制的复杂性、作业的灵活性和精度。移动机构的自主导航和机器视觉系统解决采摘机器人的自主行走和目标定位,是整个机器人系统的核心和关键。日本研制了自动控制半喂入联合收割机。其车速自动控制装置可以利用发动机的转速检测行进速度、收割状态,通过变速机构,实现车速的自动控制,当喂入脱粒室的量过大时,车速会自动变慢。作物喂入深度全自动调节机构,可以保证作物穗部在脱粒室内的合理长度,可减轻脱粒负荷和脱粒损失。 国内研制方面,石家庄试验成功了装着“天眼”、“触角”和“心脏”的智能化收割机,“天眼”就是全球定位系统“, 触角”由速度传感器、割台传感器和冲量传感器组成“, 心脏”是被安装在驾驶室内带屏幕的主控单元。在收割过程中,土地的土壤质地、肥力、产量、杂草病虫害、经纬度等信息,通过装在该收割机上的这些先进技术设备传到远方的控制中心进行分析,科研人员就可据此对农业生产进行决策。 智能收获机械具有节约人力,胜任危、难、险、单调、繁琐的工作等优点,主要应用于田间作业、园林生产和在线分级,潜在应用包括果蔬的采摘、林木的修剪等,具有广泛的应用前途。在保证良好性能的前提下,应向高效、大型、大功率、大割幅、大喂入量和高速发展。 作物生产的智能化不仅仅只是这四种技术，随着计算机及信息技术的发展，智能化已经渗透于农业生产的各个方面。例如：智能化温室技术，智能化除草技术等，甚至一些智能