智能設備讓農民不再靠天吃飯
智能設備讓農民不再靠天吃飯
日期： 2005-02-21 來源：2005年02月16日 科技日報
中國農業(yè)機械化科學研究，顧名思義，就是研究現(xiàn)代農業(yè)生產所需要的機械和設備，因此，在數(shù)字農業(yè)專項的實施中，它有著重要的位置。因為，在普通老百姓的眼中，大型、智能化的農業(yè)機械，如聯(lián)合收割機、智能化的灌溉、飛機噴灑藥和施肥等，更能代表現(xiàn)代化。
“在2003年開始啟動的數(shù)字農業(yè)863專項中，我們的任務就是要將數(shù)字化的農業(yè)生產過程，可視化的表達、設計、控制、管理，體現(xiàn)在農業(yè)機械中。為此，我們進行了一系列的相關研究，并將有關成果綜合應用到機械產品之中，讓老百姓、特別是農民們感覺到，農業(yè)生產數(shù)字化的時代正向我們悄然走來。”張小超研究員對記者說。
農田信息采集系統(tǒng)讓農民重新認識作業(yè)的對象與環(huán)境
據(jù)張小超的介紹，農業(yè)田間數(shù)字化信息首先要將農田中產量分布、土壤養(yǎng)分分布、土壤水分分布等信息數(shù)字化，然后與播種、施肥、灌溉、收獲等機械生產過程的數(shù)字化結合起來，建立地域性概念，使有關作物變化全過程的抽象信息，得以進行直觀的可視化表達。在深入了解農作物與土壤信息的基礎上建立起來的農田信息采集系統(tǒng)，可獲取農作物從宏觀到微觀的實時監(jiān)測動態(tài)空間信息。
在中國農機院研制的聯(lián)合收割機上，裝備有全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，前者通過電子傳感器和衛(wèi)星來定位。配備了農田信息采集系統(tǒng)的聯(lián)合收割機，不僅可以在瞬間計算出糧食產量，而且在整個收獲季節(jié)，可以連續(xù)地記錄下每平方米土地的產量及其它信息，如蛋白、水分、硬度等。借助于專用的機載電腦，農民就可以繪制出各地塊產量的“數(shù)字”地圖和糧食品質的“數(shù)字”地圖。這些新的“數(shù)字”地圖為農業(yè)生產帶來的新的信息，經(jīng)過逐年的數(shù)據(jù)對比，就會發(fā)現(xiàn)同一地塊內肉眼所覺察不到的那些變化，這為以后選種、再生產提供了科學依據(jù)。
低空遙感系統(tǒng)為農民建立與大自然相協(xié)調的決策方法
“在數(shù)字農業(yè)體系中，專家決策系統(tǒng)是技術的重要環(huán)節(jié)，它是構成數(shù)字信息輸入與數(shù)字控制信號輸出的橋梁。”張小超說。因為數(shù)字農業(yè)技術要求農業(yè)生產各種過程的全面數(shù)字化，包括農業(yè)生產對象、環(huán)境參數(shù)、生產與控制技術、生產經(jīng)濟效益。因此，對各種生產過程的數(shù)字化只是手段，更重要的，是要找出各生產過程內在規(guī)律與外在關系的數(shù)學模型以及決策方法，從而為各種數(shù)字控制輸出奠定基礎。
實施數(shù)字農業(yè)的重要目標之一，是減少環(huán)境污染和改善生態(tài)環(huán)境，因此，將生產作業(yè)實施方案與農業(yè)生產的環(huán)境相融洽至關重要。“為此，我們研制的一個重要內容是低空遙感系統(tǒng)。例如，通過數(shù)字農業(yè)專用計算機視覺系統(tǒng)和地空遙感系統(tǒng)，對莊稼和雜草的信息進行自動識別，借助于模型庫、數(shù)據(jù)庫、知識庫、方法庫的專家決策支持系統(tǒng)，智能化的噴藥機械只有發(fā)現(xiàn)雜草時，才噴出除草劑。這樣，花費的除草劑只有常規(guī)的幾分之一，甚至更低，既降低了農業(yè)生產成本，又減輕了農藥對環(huán)境的污染。”
智能噴灌系統(tǒng)令作物感受人類智慧的動力
數(shù)字農業(yè)技術體系框架包括三個層面：基礎層、決策層和應用層。在農業(yè)田間生產領域中，應用層包括：耕作機械智能化、收獲機械智能化、灌溉機械智能化、施藥機械智能化以及加工過程智能化等。
張小超研究員談道，他們正在研制的數(shù)字化大型噴灌機，以各種全方位的、可靠的自動控制技術為支撐，采用人工智能控制技術對大型噴灌機需要的各種控制協(xié)調起來，如各跨同步行走自動控制、對地自動調速控制、GPS定位控制、計算機視覺自動導向自動控制，等等。在實際使用中，大型噴灌機數(shù)字化控制系統(tǒng)可以在控制室內實現(xiàn)全功能操作，并全程監(jiān)視噴灌機的運行狀態(tài)。系統(tǒng)所采用的遙測與遙控技術，可以讓農民在辦公室內遙控大型平移式噴灌機，實現(xiàn)無人化田間自動作業(yè)功能，“用專業(yè)術語說，即實現(xiàn)田間按指定區(qū)域、給定期望降雨量、進行自動變量作業(yè)的目標”。
“鋤禾日當午，汗滴禾下土。誰知盤中餐，粒粒皆辛苦。”這首詩，幾千年來一直是中國父母教育孩子的“經(jīng)典”。隨著數(shù)字農業(yè)的到來，它還能說服孩子們嗎？雖然，在中國特殊的國情下，完全的數(shù)字農業(yè)尚待時日。
中國農業(yè)機械化科學研究，顧名思義，就是研究現(xiàn)代農業(yè)生產所需要的機械和設備，因此，在數(shù)字農業(yè)專項的實施中，它有著重要的位置。因為，在普通老百姓的眼中，大型、智能化的農業(yè)機械，如聯(lián)合收割機、智能化的灌溉、飛機噴灑藥和施肥等，更能代表現(xiàn)代化。
“在2003年開始啟動的數(shù)字農業(yè)863專項中，我們的任務就是要將數(shù)字化的農業(yè)生產過程，可視化的表達、設計、控制、管理，體現(xiàn)在農業(yè)機械中。為此，我們進行了一系列的相關研究，并將有關成果綜合應用到機械產品之中，讓老百姓、特別是農民們感覺到，農業(yè)生產數(shù)字化的時代正向我們悄然走來。”張小超研究員對記者說。
農田信息采集系統(tǒng)讓農民重新認識作業(yè)的對象與環(huán)境
據(jù)張小超的介紹，農業(yè)田間數(shù)字化信息首先要將農田中產量分布、土壤養(yǎng)分分布、土壤水分分布等信息數(shù)字化，然后與播種、施肥、灌溉、收獲等機械生產過程的數(shù)字化結合起來，建立地域性概念，使有關作物變化全過程的抽象信息，得以進行直觀的可視化表達。在深入了解農作物與土壤信息的基礎上建立起來的農田信息采集系統(tǒng)，可獲取農作物從宏觀到微觀的實時監(jiān)測動態(tài)空間信息。
在中國農機院研制的聯(lián)合收割機上，裝備有全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，前者通過電子傳感器和衛(wèi)星來定位。配備了農田信息采集系統(tǒng)的聯(lián)合收割機，不僅可以在瞬間計算出糧食產量，而且在整個收獲季節(jié)，可以連續(xù)地記錄下每平方米土地的產量及其它信息，如蛋白、水分、硬度等。借助于專用的機載電腦，農民就可以繪制出各地塊產量的“數(shù)字”地圖和糧食品質的“數(shù)字”地圖。這些新的“數(shù)字”地圖為農業(yè)生產帶來的新的信息，經(jīng)過逐年的數(shù)據(jù)對比，就會發(fā)現(xiàn)同一地塊內肉眼所覺察不到的那些變化，這為以后選種、再生產提供了科學依據(jù)。
低空遙感系統(tǒng)為農民建立與大自然相協(xié)調的決策方法
“在數(shù)字農業(yè)體系中，專家決策系統(tǒng)是技術的重要環(huán)節(jié)，它是構成數(shù)字信息輸入與數(shù)字控制信號輸出的橋梁。”張小超說。因為數(shù)字農業(yè)技術要求農業(yè)生產各種過程的全面數(shù)字化，包括農業(yè)生產對象、環(huán)境參數(shù)、生產與控制技術、生產經(jīng)濟效益。因此，對各種生產過程的數(shù)字化只是手段，更重要的，是要找出各生產過程內在規(guī)律與外在關系的數(shù)學模型以及決策方法，從而為各種數(shù)字控制輸出奠定基礎。
實施數(shù)字農業(yè)的重要目標之一，是減少環(huán)境污染和改善生態(tài)環(huán)境，因此，將生產作業(yè)實施方案與農業(yè)生產的環(huán)境相融洽至關重要。“為此，我們研制的一個重要內容是低空遙感系統(tǒng)。例如，通過數(shù)字農業(yè)專用計算機視覺系統(tǒng)和地空遙感系統(tǒng)，對莊稼和雜草的信息進行自動識別，借助于模型庫、數(shù)據(jù)庫、知識庫、方法庫的專家決策支持系統(tǒng)，智能化的噴藥機械只有發(fā)現(xiàn)雜草時，才噴出除草劑。這樣，花費的除草劑只有常規(guī)的幾分之一，甚至更低，既降低了農業(yè)生產成本，又減輕了農藥對環(huán)境的污染。”
智能噴灌系統(tǒng)令作物感受人類智慧的動力
數(shù)字農業(yè)技術體系框架包括三個層面：基礎層、決策層和應用層。在農業(yè)田間生產領域中，應用層包括：耕作機械智能化、收獲機械智能化、灌溉機械智能化、施藥機械智能化以及加工過程智能化等。
張小超研究員談道，他們正在研制的數(shù)字化大型噴灌機，以各種全方位的、可靠的自動控制技術為支撐，采用人工智能控制技術對大型噴灌機需要的各種控制協(xié)調起來，如各跨同步行走自動控制、對地自動調速控制、GPS定位控制、計算機視覺自動導向自動控制，等等。在實際使用中，大型噴灌機數(shù)字化控制系統(tǒng)可以在控制室內實現(xiàn)全功能操作，并全程監(jiān)視噴灌機的運行狀態(tài)。系統(tǒng)所采用的遙測與遙控技術，可以讓農民在辦公室內遙控大型平移式噴灌機，實現(xiàn)無人化田間自動作業(yè)功能，“用專業(yè)術語說，即實現(xiàn)田間按指定區(qū)域、給定期望降雨量、進行自動變量作業(yè)的目標”。
“鋤禾日當午，汗滴禾下土。誰知盤中餐，粒粒皆辛苦。”這首詩，幾千年來一直是中國父母教育孩子的“經(jīng)典”。隨著數(shù)字農業(yè)的到來，它還能說服孩子們嗎？雖然，在中國特殊的國情下，完全的數(shù)字農業(yè)尚待時日。
