1-汪懋华(精细农业发展研究中的关键科学技术问题 )

1、1精准农业中与信息相关的若干重大科学问题 精细农业发展研究中的关键科学技术问题 汪懋华 中国农业大学现代精细农业系统集成研究重点实验室2010. 3. 13 陕西 杨凌2一. 精细农业 (Precision Agriculture) 基于信息和知识管理好复杂的农业系统； 由经验型、定性化为主的粗放型农业向知识型、精细化管理的现代农业发展方式转变； 基于差异性信息实施精细农作管理。3 中华民族传统农业“精耕细作”的实践4CPUSingle Wheel Hoe 自古以来人们孜孜以求的是： 基于信息和经验提炼知识，凭知识谋划决策 数据 信息 知识 智慧决策 Data Information know

2、ledge wisdom 5土地分散经营体制下的跨界农作传统农作 精细农作 植物工程按小区差异进行农作管理Manage farming by Zone 信息时代的现代农田精耕细作技术 - 基于差异性信息实施精细农作管理6 精细农业实践的 5 条规则 : 按正确的时间 以正确的数量 在正确的地点 用正确的方式 正确利用投入（营养、水、劳动、机器、技术、成本等） 实施基于空间与时间差异性的农业生产系统科学管理！ At the Right Time In the Right Amount At the Right Place In the Right Manner to Use Right Inpu

3、t For the management of spatial & temporal variability in agricultural production systems7二、发展的回顾 1980s 初：Sit-Specific Soil Management (SSSM)Site-Specific Crop Management (SSCM) 1990s 初、中期： 全球卫星定位系统的民用化，3S 技术、计算机辅助决策支持技术发展的驱动 “Precision Agriculture” or “Precision Farming” 农业机电一体化装备技术的发展, 催生了现代精细农业技术

4、体系的形成与发展8农业装备智能化与多功能化 9101112现代农业装备中的电子通信总线系统ISOBUS-communicationDGPS-receiverTractor-ECUImplementindicatorSensors /implementsISOBUS-terminalData-loggerAuernhammer et al. 200413ISO 11783 网络结构14E708109.1992N6174171.085E708109.0152N6174171.1E708109.4525N6174171.101E708109.3803N6174171.11115智能化农业机械研究的发

5、展16精细林业精细农业精细园艺精细种植精细养殖 “精细农业” 理念实践的拓展17 “精细园艺” 基于小区或个体信息的园艺与果树农作管理18“精细养殖” 基于动物个体编号自动识别的计算 机饲养管理信息系统需要多少精饲料？产奶量多少？有瘸腿奶牛吗？那头牛在发情？综合健康情况？那里可以找带着条牛？19“精细加工” 品质监测，过程调控，资源精细利用， 精细储运、包装与产品增值“精细经营” 市场需求预测，精打细算，过程管理，决策分析20 国际学术活动的发展： 2007 2nd ACPA(Pyeongtaek, Korea) 2009 3rd ACPA(Beijing, China) 1st ACPA(T

6、oyohashi, Japan)2003 Management Committee(Suwon, Korea)1992 SSCM, Minnesota1994 SSM, Minnesota1996 3rd ICPA1998 4th ICPA2002 6th ICPA2006 8th ICPA2004 7th ICPA2000 5th ICPA2008 9th ICPA, Colorado1997 1st ECPA, UK1999 2nd ECPA, Den2001 3rd ECPA, Fran2003 4th ECPA, Ger2005 5th ECPA, Swede2007 6th ECPA

7、, Greece2009 7th ECPA, Netherlands20 2011 4rd ACPA(HOKKAIDO, Japan)2010 10th ICPA, Colorado, USA2011 8th ECPA 21三、PA 科学名词的讨论 精准农业? 精确农业? 精密农业? 精细农业?Precision Farming (PF) ; Precision Agriculture (PA) 22Precision Production密歇根大学“精细制造项目联合会主席”杰弗里.莱克教授谈精细思维“Precision是一种哲学思想，一种理念，一种思维方式。对 Precision 的理解，不

8、能仅仅停留在对工具和方法的理解。它不是一套可以硬性拷贝的工具，而是一种灵活的理念以及与之相关的一系列可用来帮助您持续改进的强有力工具。您必须理解这种理念，再学习使用这套工具，之后构筑自己的 Precision System”。 经济日报，2002.2.20 我们面对的是要建设现代农业产业工程体系的问题。工程绝不仅仅是科学的简单应用和堆砌，工程除了要懂得基础科学的基本原理、理论和方法之外，还必须善于处理好科学要素、技术要素、经济要素、管理要素、社会要素、环境要素等多要素的集成、选择和优化。23四、精细农业实践中的关键科学问题 农业资源、环境与生产过程管理信息快速获取先进传感与控制技术 农用地、农

9、田土壤与水环境参数快速获取先进传感技术； 作物苗情空间分布信息快速实时采集与测量技术； 农业物料流量、品质实时计量测量技术； 农用物资与产品品质参数实时快速测量装备技术； 农业生态环境空间分布参数监控测量技术； 动物个体生理、产能、疾病与群体环境参数实时测量技术；低成本、快速性、可靠性、适应性、易用性、 智能化，微小型，低功耗 !24 面对的科学问题：基于物理、化学、材料、电子、精密加工等科学原理，电化学、膜技术、光谱分析、超声、计算视角、纳米技术、微电子机械、微流体控制等科学技术基础, 探索农业环境,生命信息与机械控制的奥秘： 土壤肥力、SOM、盐碱度、重金属、动物病毒、致病细菌、根区土层理

10、化参数、农业活动碳排放测量方法与装备; 植物与动物生命信息感知机理与信息处理； 农田空间信息采集航空遥感、无人机与农机机载近地遥感新型装备与快速数据处理方法； 基于现代工程数学方法（ANN、GA、模糊数学、小波变换、 卡尔曼滤波、状态空间法.) 的软测量（soft sensor)，资源、环境与生物系统模式识别技术; 基于微纳米的高致病病毒与细菌快速检测生物传感器、嗅觉、味觉传感器研究; 现代农业装备智能工况监测、远程诊断与控制、农业恶劣环境下应用的机器人控制理论与精密控制装备。252. 物联网在精细农牧业领域应用关键科学问题资源 农地整治重大工程远程监管；基本农田数量、等级、利用效率、环境质量

11、网络化管理;农用水资源管理环境 农田土壤、地表与地下 水环境、光热、小气候生产 大田作物生产：土壤理化参数、水、肥、保、苗. 设施农业: 生物环境控制与管理信息系统 养殖生产: 个性化生理、健康、喂养监测管理 农产品与食品 产地环境、产品储存、物流、营销 农业装备 服务作业调度、远程工况监测与诊断服务 农用物联网 感知层、网络层、应用层关键科学问题26 传感器：集聚式传感器节点; 移动式传感器节点(车载、便携）; 分布式固定传感器节点关键科学问题；微小型智能传感器 - 低功耗MCU、无线通信芯片、内存能力 广域空间传感器节点部署、节能模式与控制；节点通信多跳自组织、节点远程故障诊断、信道可靠性

12、与标准化、安全部署与微小型化科学问题； 农村与农业应用空间地理信息基础设施与智能移动终端、农用航空器与无人机遥感与智能化数据处理技术、农用嵌入式和Web-GIS、与低成本农用移动终端关键技术与新兴产业化服务模式问题； RFID 在动物个性化管理与食品链溯源系统关键科学问题； 农业应用无线传感器网络（WSN、VSN、BSN)科学问题； 农用物联网服务平台，基于互联网等新技术和具备数据收集与远程控制功能的M2M、平台中间件及其标准化科学问题.面对的科学问题273. 农业产业链过程管理信息智能处理与知识生成科学问题 农业网络信息智能搜索与数据挖掘； 信息资源共享与标准化科学技术； 农业资源、环境与生物系统模拟模型，虚拟现实与智能决策支持系统，基于语义的计算（Meaning-Based Computing)与知识生成的智能引擎； 云计算、虚拟化与云服务平台建设与服务运营模式； 精细农业系统集成、数据标准化与技术经济评价方法 28 建设现代农业需要利用ICT技术革命的成果，促进信息化与农业现代化的融合，应用信息技术改造传统农业具有重大的现实意义，并将为建设现代农业，推进社