从农业机械化到农业信息化、自动化与智能化

1、从农业机械化到农业信息化、自动化与智能化从农业机械化到农业信息化、自动化与智能化南京农业大学工学院南京农业大学工学院 姬长英姬长英农业机械化的成就农业机械化的成就v农业机械化是人类20世纪取得的最重要的工程技术成就之一v农业机械化使农业用工减少、成本下降、效率提高、抗灾能力增强，极大提高了农产品的生产能力农业机械化的局限性农业机械化的局限性v能源消耗增加、物质（机器、化学品等）投入的边能源消耗增加、物质（机器、化学品等）投入的边际效益下降、环境受到影响际效益下降、环境受到影响v由于机械固有的局限性，作业的质量和范围受到限由于机械固有的局限性，作业的质量和范围受到限制制v农业机械化并未改变以经验

2、为基础的传统农业管理农业机械化并未改变以经验为基础的传统农业管理方式方式 精确农业的发展使农业从以建立在经验基精确农业的发展使农业从以建立在经验基础上的粗放管理走向以现代科学技术为基础础上的粗放管理走向以现代科学技术为基础的精确定量管理的精确定量管理1 精确农业的基本思想与技术体系精确农业的基本思想与技术体系v 管理好复杂的农业系统；管理好复杂的农业系统；v 由经验型、定性化由经验型、定性化为主的粗放型农业为主的粗放型农业的现的现代农业发展方式转变；代农业发展方式转变；v 精细农作管理。精细农作管理。什么是精确定农业？什么是精确定农业？v精确农业不仅是一种技术体系，更重要的是，它本精确农业不仅

3、是一种技术体系，更重要的是，它本身是一种农业的哲学理念和战略思想身是一种农业的哲学理念和战略思想v精确农业的目标：最合理地利用农业生产资源和保精确农业的目标：最合理地利用农业生产资源和保护生态环境护生态环境v精确农业的思想依据：农业生产条件的空间差异性精确农业的思想依据：农业生产条件的空间差异性v精确农业的作业方式精确农业的作业方式:据作物个体或小群体的需要进据作物个体或小群体的需要进行作业行作业v精确农业的技术支撑：现代电子技术、计算机技术精确农业的技术支撑：现代电子技术、计算机技术等高新技术等高新技术,是信息技术和人工智能技术在大农业中是信息技术和人工智能技术在大农业中的宏观和微观应用的宏

4、观和微观应用 : v 按正确的时间按正确的时间v 以正确的数量以正确的数量v 在正确的地点在正确的地点v 用正确的方式用正确的方式v 正确利用投入（正确利用投入（营养、水、劳动、机器、营养、水、劳动、机器、技术、成本等）技术、成本等） 精确农业的基本思想经济要求经济要求法律要求法律要求环境要求环境要求减少投入减少投入车辆定位系统车辆定位系统地理信息系统地理信息系统农机控制与监视农机控制与监视优化控制系统优化控制系统精确农业系统精确农业系统管理信息系统管理信息系统地理信息系统地理信息系统决策支持系统决策支持系统作物栽培模型作物栽培模型田间历史数据田间历史数据经营效率改善经营效率改善较少环境投入较

5、少环境投入较少废弃物较少废弃物较高利润较高利润精确农业的核心技术 一个完整的精确农业体系应包括信息的采集、信息的处理、决策的生成及决策的执行等系统。其核心技术可概括为“7S” 。 精确农业的核心技术 一个完整的精确农业体系应包括信息的采集、信息的处理、决策的生成及决策的执行等系统。其核心技术可概括为“7S” 。 “7S”-精确农业的核心技术vGISGeographical Information System(地理信息系统)vGPSGlobal Positioning System（全球定位系统）或GNSSGlobal Navigation Satellite System（全球导航卫星系统）

6、 vRS（或RSS）Remote Sensing System（遥感系统）vSSSimulation System（模拟系统）vESExpert System（专家系统）vDSSDecision Support System（决策支持系统）vICSIntelligence Control System（智能控制系统）大田精确种植技术体系GIS: Geographical Information System,地理信息系统地理信息系统; GPS:Glodal Positioning System,全球定位系统全球定位系统;RSS: Remote Sensing System,遥感系统遥感系统;

7、SS: Simulation System,模拟系统模拟系统;ES: Expert System,专家系统专家系统; DSS: Decision Support System,决策支持系统决策支持系统;ICS: Intelligence Control System,智能控制系统智能控制系统;自动信息采集自动信息采集GPSGISRS传感技术传感技术前前 3S集集成成田田 间间状态图状态图人工人工采集采集ESSSDSS后后 3S集集成成决策生成决策生成指令生成指令生成决策实施决策实施农田对策农田对策图作业图作业指令集指令集 I C S 农农 机机明白纸明白纸常规农机常规农机 GNSS定位与导航G

8、IS分析处理田间数据RS获取农业生产信息ES解决农业生产问题SS分析作物需求储存物质结构物质茎根叶面积转化比例光合作用维持生长光照生理辐射土壤水分蒸腾水分存在水分胁迫作物模型排水蒸发降水DSS帮助人们进行农业生产决策用户 人机接口 问题处理系统(PPS)模型库管理系统方法库管理系统方法库数据库管理系统知识库管理系统模型库数据库知识库ICS决策实施ICS和前和前3S及后及后3S的关系的关系前3S（信息3S）集成的作用是及时采集田间信息，经过信息处理形成小区情况分布图，该图应能反映田间状态（肥、水、病虫、产量）的斑块不均匀分布情况。后3S（智能3S）集成的作用是及时生成优化了的决策，它的支撑技术包

9、括专家系统（知识模型）、模拟系统（数学模型）和决策支持系统（从多方案中优选或综合，得出决策）。决策的表达形式可以是农田实时处理图或指令IC卡。ICS是具体的实施者。农田精确种植体系中农田精确种植体系中ICSICS种类种类具有测产功能的谷物联合收获机精密变量播种机精确变量施肥机精确变量喷药机精确变量灌溉机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机测产原理v传统测产 单产=总产重量/地块亩数vPA测产单产=谷物流量-水分含量+损失量行驶速度*实际割幅ICS和前和前3S及后及

10、后3S的关系的关系前3S（信息3S）集成的作用是及时采集田间信息，经过信息处理形成小区情况分布图，该图应能反映田间状态（肥、水、病虫、产量）的斑块不均匀分布情况。后3S（智能3S）集成的作用是及时生成优化了的决策，它的支撑技术包括专家系统（知识模型）、模拟系统（数学模型）和决策支持系统（从多方案中优选或综合，得出决策）。决策的表达形式可以是农田实时处理图或指令IC卡。ICS是具体的实施者。农田精确种植体系中农田精确种植体系中ICSICS种类种类具有测产功能的谷物联合收获机精密变量播种机精确变量施肥机精确变量喷药机精确变量灌溉机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能

11、的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机测产原理v传统测产 单产=总产重量/地块亩数vPA测产单产=谷物流量-水分含量+损失量行驶速度*实际割幅ICS和前和前3S及后及后3S的关系的关系前3S（信息3S）集成的作用是及时采集田间信息，经过信息处理形成小区情况分布图，该图应能反映田间状态（肥、水、病虫、产量）的斑块不均匀分布情况。后3S（智能3S）集成的作用是及时生成优化了的决策，它的支撑技术包括专家系统（知识模型）、模拟系统（数学模型）和决策支持系统（从多方案中优选或综合，得出决策）。决策的表达形式可以是农田实时处理图或指令IC卡。ICS是具体的实施者。农田精确种植体系中农田精确种植体系中

12、ICSICS种类种类具有测产功能的谷物联合收获机精密变量播种机精确变量施肥机精确变量喷药机精确变量灌溉机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机测产原理v传统测产 单产=总产重量/地块亩数vPA测产单产=谷物流量-水分含量+损失量行驶速度*实际割幅测产收获机系统组成测产收获机系统组成v行驶监测系统v产量实时监测系统v机载计算机系统实际位置和行驶轨迹监测行驶速度监测谷物流量监测 谷物湿度监测 谷物损失监测割幅监测田野之星其它专用软件ICS和前和前3S及后及后3S的关系的关系前3S（信息3S）集成的作用是及时采集田间信息，经过

13、信息处理形成小区情况分布图，该图应能反映田间状态（肥、水、病虫、产量）的斑块不均匀分布情况。后3S（智能3S）集成的作用是及时生成优化了的决策，它的支撑技术包括专家系统（知识模型）、模拟系统（数学模型）和决策支持系统（从多方案中优选或综合，得出决策）。决策的表达形式可以是农田实时处理图或指令IC卡。ICS是具体的实施者。农田精确种植体系中农田精确种植体系中ICSICS种类种类具有测产功能的谷物联合收获机精密变量播种机精确变量施肥机精确变量喷药机精确变量灌溉机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机测产原理v传统测产 单产=

14、总产重量/地块亩数vPA测产单产=谷物流量-水分含量+损失量行驶速度*实际割幅测产收获机系统组成测产收获机系统组成v行驶监测系统v产量实时监测系统v机载计算机系统实际位置和行驶轨迹监测行驶速度监测谷物流量监测 谷物湿度监测 谷物损失监测割幅监测田野之星其它专用软件ICS和前和前3S及后及后3S的关系的关系前3S（信息3S）集成的作用是及时采集田间信息，经过信息处理形成小区情况分布图，该图应能反映田间状态（肥、水、病虫、产量）的斑块不均匀分布情况。后3S（智能3S）集成的作用是及时生成优化了的决策，它的支撑技术包括专家系统（知识模型）、模拟系统（数学模型）和决策支持系统（从多方案中优选或综合，得

15、出决策）。决策的表达形式可以是农田实时处理图或指令IC卡。ICS是具体的实施者。农田精确种植体系中农田精确种植体系中ICSICS种类种类具有测产功能的谷物联合收获机精密变量播种机精确变量施肥机精确变量喷药机精确变量灌溉机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机测产原理v传统测产 单产=总产重量/地块亩数vPA测产单产=谷物流量-水分含量+损失量行驶速度*实际割幅测产收获机系统组成测产收获机系统组成v行驶监测系统v产量实时监测系统v机载计算机系统实际位置和行驶轨迹监测行驶速度监测谷物流量监测 谷物湿度监测 谷物损失监测割幅监

16、测田野之星其它专用软件谷物联合收获机实时测量传感系统谷物联合收获机实时测量传感系统GPS接收装置DGPS接收装置谷物湿度测量谷物密度测量体积流量测量损失测量转向角度测量距离速度测量割幅测量ICS和前和前3S及后及后3S的关系的关系前3S（信息3S）集成的作用是及时采集田间信息，经过信息处理形成小区情况分布图，该图应能反映田间状态（肥、水、病虫、产量）的斑块不均匀分布情况。后3S（智能3S）集成的作用是及时生成优化了的决策，它的支撑技术包括专家系统（知识模型）、模拟系统（数学模型）和决策支持系统（从多方案中优选或综合，得出决策）。决策的表达形式可以是农田实时处理图或指令IC卡。ICS是具体的实施

17、者。农田精确种植体系中农田精确种植体系中ICSICS种类种类具有测产功能的谷物联合收获机精密变量播种机精确变量施肥机精确变量喷药机精确变量灌溉机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机测产原理v传统测产 单产=总产重量/地块亩数vPA测产单产=谷物流量-水分含量+损失量行驶速度*实际割幅测产收获机系统组成测产收获机系统组成v行驶监测系统v产量实时监测系统v机载计算机系统实际位置和行驶轨迹监测行驶速度监测谷物流量监测 谷物湿度监测 谷物损失监测割幅监测田野之星其它专用软件谷物联合收获机实时测量传感系统谷物联合收获机实时测量传

18、感系统GPS接收装置DGPS接收装置谷物湿度测量谷物密度测量体积流量测量损失测量转向角度测量距离速度测量割幅测量谷物联合收获机传感系统谷物联合收获机传感系统v谷物流量监测v谷物湿度监测v谷物损失监测v割幅监测光电式英国RDS机械冲击式纽荷兰TX64射线式麦赛福格森公司电容式电感式超声波式冲击式ICS和前和前3S及后及后3S的关系的关系前3S（信息3S）集成的作用是及时采集田间信息，经过信息处理形成小区情况分布图，该图应能反映田间状态（肥、水、病虫、产量）的斑块不均匀分布情况。后3S（智能3S）集成的作用是及时生成优化了的决策，它的支撑技术包括专家系统（知识模型）、模拟系统（数学模型）和决策支持

19、系统（从多方案中优选或综合，得出决策）。决策的表达形式可以是农田实时处理图或指令IC卡。ICS是具体的实施者。农田精确种植体系中农田精确种植体系中ICSICS种类种类具有测产功能的谷物联合收获机精密变量播种机精确变量施肥机精确变量喷药机精确变量灌溉机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机测产原理v传统测产 单产=总产重量/地块亩数vPA测产单产=谷物流量-水分含量+损失量行驶速度*实际割幅测产收获机系统组成测产收获机系统组成v行驶监测系统v产量实时监测系统v机载计算机系统实际位置和行驶轨迹监测行驶速度监测谷物流量监测 谷

20、物湿度监测 谷物损失监测割幅监测田野之星其它专用软件谷物联合收获机实时测量传感系统谷物联合收获机实时测量传感系统GPS接收装置DGPS接收装置谷物湿度测量谷物密度测量体积流量测量损失测量转向角度测量距离速度测量割幅测量谷物联合收获机传感系统谷物联合收获机传感系统v谷物流量监测v谷物湿度监测v谷物损失监测v割幅监测光电式英国RDS机械冲击式纽荷兰TX64射线式麦赛福格森公司电容式电感式超声波式冲击式精确变量施肥机ICS和前和前3S及后及后3S的关系的关系前3S（信息3S）集成的作用是及时采集田间信息，经过信息处理形成小区情况分布图，该图应能反映田间状态（肥、水、病虫、产量）的斑块不均匀分布情况。

21、后3S（智能3S）集成的作用是及时生成优化了的决策，它的支撑技术包括专家系统（知识模型）、模拟系统（数学模型）和决策支持系统（从多方案中优选或综合，得出决策）。决策的表达形式可以是农田实时处理图或指令IC卡。ICS是具体的实施者。农田精确种植体系中农田精确种植体系中ICSICS种类种类具有测产功能的谷物联合收获机精密变量播种机精确变量施肥机精确变量喷药机精确变量灌溉机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机测产原理v传统测产 单产=总产重量/地块亩数vPA测产单产=谷物流量-水分含量+损失量行驶速度*实际割幅测产收获机系统

22、组成测产收获机系统组成v行驶监测系统v产量实时监测系统v机载计算机系统实际位置和行驶轨迹监测行驶速度监测谷物流量监测 谷物湿度监测 谷物损失监测割幅监测田野之星其它专用软件谷物联合收获机实时测量传感系统谷物联合收获机实时测量传感系统GPS接收装置DGPS接收装置谷物湿度测量谷物密度测量体积流量测量损失测量转向角度测量距离速度测量割幅测量谷物联合收获机传感系统谷物联合收获机传感系统v谷物流量监测v谷物湿度监测v谷物损失监测v割幅监测光电式英国RDS机械冲击式纽荷兰TX64射线式麦赛福格森公司电容式电感式超声波式冲击式精确变量施肥机ICS和前和前3S及后及后3S的关系的关系前3S（信息3S）集成的

23、作用是及时采集田间信息，经过信息处理形成小区情况分布图，该图应能反映田间状态（肥、水、病虫、产量）的斑块不均匀分布情况。后3S（智能3S）集成的作用是及时生成优化了的决策，它的支撑技术包括专家系统（知识模型）、模拟系统（数学模型）和决策支持系统（从多方案中优选或综合，得出决策）。决策的表达形式可以是农田实时处理图或指令IC卡。ICS是具体的实施者。农田精确种植体系中农田精确种植体系中ICSICS种类种类具有测产功能的谷物联合收获机精密变量播种机精确变量施肥机精确变量喷药机精确变量灌溉机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获

24、机测产原理v传统测产 单产=总产重量/地块亩数vPA测产单产=谷物流量-水分含量+损失量行驶速度*实际割幅测产收获机系统组成测产收获机系统组成v行驶监测系统v产量实时监测系统v机载计算机系统实际位置和行驶轨迹监测行驶速度监测谷物流量监测 谷物湿度监测 谷物损失监测割幅监测田野之星其它专用软件谷物联合收获机实时测量传感系统谷物联合收获机实时测量传感系统GPS接收装置DGPS接收装置谷物湿度测量谷物密度测量体积流量测量损失测量转向角度测量距离速度测量割幅测量谷物联合收获机传感系统谷物联合收获机传感系统v谷物流量监测v谷物湿度监测v谷物损失监测v割幅监测光电式英国RDS机械冲击式纽荷兰TX64射线式

25、麦赛福格森公司电容式电感式超声波式冲击式精确变量施肥机精确变量施肥机精确变量施肥机ICS和前和前3S及后及后3S的关系的关系前3S（信息3S）集成的作用是及时采集田间信息，经过信息处理形成小区情况分布图，该图应能反映田间状态（肥、水、病虫、产量）的斑块不均匀分布情况。后3S（智能3S）集成的作用是及时生成优化了的决策，它的支撑技术包括专家系统（知识模型）、模拟系统（数学模型）和决策支持系统（从多方案中优选或综合，得出决策）。决策的表达形式可以是农田实时处理图或指令IC卡。ICS是具体的实施者。农田精确种植体系中农田精确种植体系中ICSICS种类种类具有测产功能的谷物联合收获机精密变量播种机精确

26、变量施肥机精确变量喷药机精确变量灌溉机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机测产原理v传统测产 单产=总产重量/地块亩数vPA测产单产=谷物流量-水分含量+损失量行驶速度*实际割幅测产收获机系统组成测产收获机系统组成v行驶监测系统v产量实时监测系统v机载计算机系统实际位置和行驶轨迹监测行驶速度监测谷物流量监测 谷物湿度监测 谷物损失监测割幅监测田野之星其它专用软件谷物联合收获机实时测量传感系统谷物联合收获机实时测量传感系统GPS接收装置DGPS接收装置谷物湿度测量谷物密度测量体积流量测量损失测量转向角度测量距离速度测量割

27、幅测量谷物联合收获机传感系统谷物联合收获机传感系统v谷物流量监测v谷物湿度监测v谷物损失监测v割幅监测光电式英国RDS机械冲击式纽荷兰TX64射线式麦赛福格森公司电容式电感式超声波式冲击式精确变量施肥机精确变量施肥机精确变量施肥机精确变量喷药机精确变量喷药机ICS和前和前3S及后及后3S的关系的关系前3S（信息3S）集成的作用是及时采集田间信息，经过信息处理形成小区情况分布图，该图应能反映田间状态（肥、水、病虫、产量）的斑块不均匀分布情况。后3S（智能3S）集成的作用是及时生成优化了的决策，它的支撑技术包括专家系统（知识模型）、模拟系统（数学模型）和决策支持系统（从多方案中优选或综合，得出决策

28、）。决策的表达形式可以是农田实时处理图或指令IC卡。ICS是具体的实施者。农田精确种植体系中农田精确种植体系中ICSICS种类种类具有测产功能的谷物联合收获机精密变量播种机精确变量施肥机精确变量喷药机精确变量灌溉机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机具有测产功能的谷物联合收获机测产原理v传统测产 单产=总产重量/地块亩数vPA测产单产=谷物流量-水分含量+损失量行驶速度*实际割幅测产收获机系统组成测产收获机系统组成v行驶监测系统v产量实时监测系统v机载计算机系统实际位置和行驶轨迹监测行驶速度监测谷物流量监测 谷物湿度监测 谷物损失监测割幅监测田野之星其它专用软件谷物联合收获机实时测量传感系统谷物联合收获机实时测量传感系统