农业智能化（通用12篇）
农业智能化 篇1
传统农业向现代农业转变是农业发展的必然趋势。农业生产是个资源消耗巨大的行业。我国人口众多, 人均能源、水利资源和土地资源明显不足。相关数据显示, 当前我国化肥、农药利用率均不足35%, 农村能源利用率约为25%。资源的不合理消耗不仅导致资源的浪费, 也导致人类居住环境和生态环境遭受严重破坏。因此, 在现代农业生产过程中提高农业生产的资源利用, 发展低碳农业十分必要。发展高效、智能化农业机械和设备, 有利于新能源、水资源、肥料及农药等资源的充分利用。电子信息、机—电—液技术、分子生物学、自动控制等现代新技术发展智能化农业生产技术和机械设备的运用, 对发展低碳农业意义重大。
一、智能化农业简介
1. 智能化农业的定义
人类从感觉到记忆到思维这一过程, 称为“智慧”, 智慧的结果就产生了行为和语言, 将行为和语言的表达过程称为“能力”, 两者合称“智能”。所谓智能化农业, 我们可以定义为:在动态环境下, 先进的农业技术通过电子信息技术的逻辑运算、传导、传递, 发出适宜指令指挥科研仪器、农业机械来完成正确的动作, 从而实现农业生产和管理的智能化。智能化农业包涵农业专家系统、农业智能化控制系统和农作物智能化机械。
2. 实现智能化农业的优点
(1) 为植物提供最优化生长条件为作物提供一个最有利的生长条件, 最大限度地提高作物产量, 是人们长期以来追求的目标。为此, 需要随时掌握有关信息, 并及时对有关信息进行分析处理和决策。这类工作由人来做既费力又不及时, 机器进行处理最适合, 因为只有机器才可能连续地工作。但要想由机器来完成这些工作, 就需要机器有收集分析信息、推理和决策的能力, 即必须具有智能化。
(2) 降低成本为了最大限度地减少投入、增加产出, 以求得农业生产的最佳效益, 人们必须准确及时地了解作物生长的需求, 探讨农业生产各种投入与产出的关系, 随时根据作物情况和作物生长环境对生产进行调整。这种调整, 必须通过智能化机器来实现。
(3) 保护环境近年来人们对环境及资源的保护越来越关注, 例如对农业化学药品使用的谨慎态度, 使一些作物的栽培措施也发生了变化。例如, 在人们用了多年化学除草剂之后, 有回到机械除草的趋势。有效的机械化除草方式需要智能化的机器。
(4) 提高农业全程机械化水平智能化技术的应用, 可使目前难于实施机械化的项目实现机械化作业, 从而使机械化整体水平得到提高, 相关机械的性能更加完善。
3. 智能化农业的发展趋势
从20世纪80年代以来, 有关农业的智能化技术研究不断增多, 但大都处在研究阶段。其中研究和应用得最多的是视觉和图像处理系统。此外, 神经网络系统、决策支持系统也已在农业生产方面得到了广泛应用。总起来看, 虽然大部分的智能化农业研究尚处于基础的阶段, 如各种传感元件的研究, 各种信息的收集、分析、处理方法的研究及各种模型和决策系统的研究等。但智能化技术在农业上的应用日渐广泛。近几年来, 随着农业科研水平的不断提高和IT技术的进步, 配方施肥、调亏灌溉节水技术等不断提出, 变量施肥、精量播种等技术正在被应用。智能化农业不但可以减少浪费、节约资源, 更重要的是节省人力、降低成本。面对日益严峻的国际竞争。可以预测, 智能化农业是我国现代农业的发展方向。
二、智能化农业生产技术
1. 智能化农业生产技术以农业专家系统为核心
它是一种拥有高层次、多方面农业专家知识、并能模仿人类的推理过程, 在计算机或其他智能终端上以形象、直观的方式向使用者提供各种农业问题咨询服务。农业专家系统不仅可以保存、传播各类农业信息和农业知识、而且能把分散的、局部的单项农业技术综合集成起来, 经过智能化的信息处理, 能针对不同的土壤和气候、作物生理特性、生长特性等环境条件, 给出系统性和应变性强的各类农业问题的智能化综合解决方案, 为农业生产全过程提供高水平的服务, 从而促进农业规划化或智能化生产。
2. 智能化农业生产技术包括基于信息和知识的农田作物生产经营管理技术
它既需要利用先进的田间信息采集技术, 以获得农田小区作物产量和影响作物生长主要因素的空间分布信息, 又需要对这些信息进行处理, 运用农业科学知识制定农田与作物栽培管理决策, 指导分布式定位处方农作, 以实现资源高效利用和可持续发展的优化目标。如GPS、GIS技术用于作物管理主要包括3方面功能:一是产量监测;二是样本采集;三是投入计划。通过测试分析田间多种样本得到相关的数据信息, 并以状态分布图的形式表示出存在的“空间差异”, 采用“可变量施用”技术来满足不同区域, 甚至平方米范围内的作物生长的实际需要, 从而实现合理投入、提高效益和保护环境的目标。
3. 智能化农业生产和管理是现代农业、低碳农业的必然趋势
针对我国人均种植面积小、一年两熟甚至一年多熟的种植特点, 实施不同作物的间作套种, 实施田间管理的定时、定点、定位施肥、灌溉、植保很有必要。利用智能化的农业机械实现智能化农业生产和管理是现代农业、低碳农业的必然趋势。
三、国内外智能化农业机械设备现状
机械化农业是一种高产出、集约型的生产模式, 它极大地提高了劳动生产率和土地产出率。但是简单的、传统的机械化方式却存在能源浪费、功能简单等问题。因此, 现行的机械化农业有待于提升和改造, 节能型智能化农机的开发、利用十分必要。农业机械作业的精确化与高效益, 将进一步推进农业生产的高度现代化, 进一步提高农业装备的自动化、智能化水平, 使农业资源的利用更精确、高效和科学合理。在未来农业生产中智能化农机将会越来越重要。
1. 国外智能化农机技术现状
目前欧、美、日等发达国家农业已基本实现全面机械化, 智能化农机技术也具有相当高水平。20世纪90年代中期, 美国就将应用于海湾战争的卫星导航系统安装在农业机械上, 从而领导美国农业机械在世界上率先走向了高科技、高性能、智能化。作为世界上最大的农机制造企业之一的美国约翰·迪尔公司制造的农机在作业时, 利用配备的信息收集仪器和发送仪器会对作业状况进行检测, 然后发送到卫星上, 卫星对信息进行分析、储存后, 进行电脑作图, 把土地的产量、肥药情况、湿度等进行绘图, 发给农民, 使农民对第二年的耕作有精确的估计。
纽荷兰公司的电动拖拉机技术在农业机械清洁能源利用方面处于领导地位, 其“NH2”拖拉机的传统的燃烧室发动机被氢燃烧室所替代, 氢燃烧室产生的电流驱动电动马达为拖拉机提供能量。
德国芬特公司 (FENDT) 的拖拉机和克拉斯公司 (CLAAS) 谷物联合机已装置了若干个标准的电子控制单元 (Electronic Control Unit, 缩写ECU) 。它实际上已是一个带有独立处理信息与控制功能的计算机智能控制终端, 是针对农业机械使用环境专门设计的通用微型作业计算机 (Job Computer) , 具有统一标准设计的接口和采用了现场控制局域网络 (Controller Area Network, 缩写CAN) 技术及其网络通信协议。
机器的若干重要部件采用了独立的带微处理器的ECU, 由设置于驾驶室带液晶显示的用户总线虚拟仪器终端控制器进行作业工况的显示和输入控制指令。机组上所有独立的电子控制设备均具有标准的输入/输出接口, 挂接到标准总线上按规定协议进行通信和控制。总线上还留有插接端口可与外部计算机连接, 对总线系统设备进行诊断或实施系统扩展 (Expansion On Line, 缩写EOL) 。
农机机组的ECU, 正在由早期的专用控制器设计向通用控制器方向发展。这样, 一个标准的ECU即可用于与不同类型的农机部件和不同厂商的产品配套使用。随着机器工作幅宽和作业速度不断提高, 机器中的控制器数量不断增加, 机组自动导向也引入到了大型拖拉机和自走式农业机械。美国伊科德 (EC—DA) 公司的拖拉机的精确制导系统可辅助驾驶, 使拖拉机在田间直行, 利用先进的固态陀螺仪和GPS接收信号使拖拉机自动保持左右误差不超过20 mm。精确制导技术能够使农民在完全黑暗的夜间或在大雾中驾驶拖拉机、联合收获机工作成为可能。
2. 我国智能化农机技术发展现状
我国的农机智能化近年来有了较大的发展。但是和国外发达国家相比在农机具智能化方面差距还非常大, 智能化机具很少、智能化程度低, 目前在精准农业和联合收获机械方面有一定的研究和应用。由中国农机院主持的、正在实施中的国家863计划中, 已列入了如山地姿态智能调控动力底盘等智能化农机的研究内容。
四、智能型农业机械在现代农业中的应用
1. 动力机械的智能化
动力机械的智能化包括农用拖拉机、大型自走式农机 (联合收获机、植保机械等) 在行走、操控、人机工程等方面。利用GPS自动导航、图像识别技术、计算机总线通信技术等汽车航天技术来提高机器的操控性、机动性和人员舒适水平。
智能化动力机械驾驶室中, 都有一台或数台计算机, 具有统一标准设计的接口, 可用与不同类型的农机具配套使用。传统驾驶室中的仪表盘正迅速由电子监视仪表取代, 并逐步由单一参数显示方式向智能化信息显示终端过渡, 从而大大改善了人机交互界面。它可在屏幕上按操作者的需求通过屏幕菜单任意选择显示机组中不同部分的终端信息, 调用数据库信息, 显示数据、图形、语音等多媒体信息。
2. 工作机械的智能化
工作机械的智能化包括播种机、施肥机、整地机械、田间管理机等作业机械的智能化作业。如激光平地、变量施肥、喷药、机具作业状态监控、故障报警等。可起到提高效率、节约化肥、农药和水资源, 降低成本;保护生态环境, 减少土壤、水体、动植物遭受污染。
装有产量传感器等部件的谷物收获机, 可以自动计量累计产量, 再根据作业幅宽 (估计或测量) 换算为对应时间间隔内作业面积的单位面积产量, 从而获得对应小区的空间地理位置数据 (经、纬度坐标) 和小区产量数据。而谷物流量传感器通常是安装在脱粒、分选、清粮过程后的净粮输出部件上, 要反映作物田间对应位置的产量计量数据, 需要考虑到收获机的结构尺寸内物流工艺设计, 作业速度等多种因素, 通过建立数学模型来作出估计。
变量施肥机主要用于测产施肥。通过电子地图提供的处方信息, 对地块中的肥料撒施量进行定位控制调整。美国Ag-Chem仪器装配公司生产的施肥系统可进行干式或液态肥料的撒施。它通过电子地图内叠存的数据库处方, 可同时分别对磷肥、钾肥和石灰的施用量进行调整。该设备用气动或气流方法可将干肥料喷撒到22 m的幅宽, 并配备有4个分离的肥料仓, 两个为微型营养物或除草剂料仓, 另两个为化学品料罐, 它可实时配制8种不同成份的混合肥料。
精确变量喷药机可以利用棕色土壤和绿色作物叶子能反射不同波长的光波, 可用于辨别土壤、作物和杂草。利用反射光波的差别, 可用于鉴别缺乏营养或感染病虫害的作物叶子。变量施加除草剂有两种方法, 一种是利用杂草检测传感器, 随时采集田间杂草信息, 通过变量喷撒设备的控制系统, 控制除草剂的喷施量;另一种是事先用杂草传感器绘制出田间杂草斑块分布图, 然后综合处理方案, 绘出杂草斑块处理电子地图, 由电子地图输出处方, 通过变量喷药机械实施。研究表明, 通过处方变量投人, 可使除草剂的施用量减少40%~60%。
精确变量播种机根据不同地块的播种期土壤墒情, 土地生产能力 (参考产量图) 等条件的变化, 精确变量播种机可以进行播种量、开沟深度、施肥量的调控。美国依阿华州生产的“ACCU-PLANT”可编程的播种机控制系统, 可附加在各类播种机上, 它由液力传动系统, 微处理器和雷达测量地速传感器组成。液力传动系统利用拖拉机上的定量泵驱动液力马达。液力马达的转速可由步进电机控制, 它的输出轴通过链条传动与播种机的播种量计量轴相连接。通过步进电机控制液力马达的转速, 便可调整播种量。有些条播机还附有同时撒施肥料、杀虫剂和除草剂的撒施装置, 由于这些机构的驱动轴与播种机计量机构连接在一起, 其撒施量可以随同播种量变化的大小同时进行调整。
精确变量灌溉设备比漫灌可以大量节约用水, 并且省工、省时。利用调整喷灌机械的行驶速度、喷口大小和喷水压力等都能进行喷水量的控制, 可以根据地块和作物的要求, 进行适时适量地施水, 这些控制在利用微机后都容易实现。国外的自动灌溉管理系统可在几周前根据不同的作物生长期、土壤和地貌情况的要求, 编写灌溉程序软件。喷灌机械可以自动地按程序发出的指令, 在规定的时间, 按不同地块的要求, 洒入不同的人工降雨量。该系统加上遥控装置后, 能够存储数据, 通过个人计算机和通信网络, 可实现在远处的控制室内进行灌溉管理。如在大型平移式喷灌机械上加设GPS定位系统, 也可实现利用存放在地理信息系统中的信息和数据, 通过处方, 实现人工降雨的变量投人。在国外, 常把喷水和施肥、喷撒农药结合进行。
3. 农机具管理智能化
农机具管理智能化包括机具配置、机具状态、实时调度的智能化。充分发挥农业机械的作用实际上是一个系统工程, 在一个农场、一个区域甚至全国形成一个高效的管理网络, 进行信息采集、传递、存储和状态分析, 根据作物生长情况、气候变化合理调度, 真正发挥农机的效率。
欧洲一些大农场, 已开始建立和使用农场办公室计算机与移动作业机械间通过无线通信进行数据交换的管理信息系统。这可以使农场管理调度中心计算机可以直接调用读入各个田间作业机械智能终端存储的作业数据, 存入农场计算机的数据库中。由于农场计算机中具有比移动作业机强大得多的信息存储、处理功能、专家知识库和管理决策支持系统, 因此通过计算机处理后, 制定详细的农事操作方案和导航作业计划后, 通过无线通信数据链路传回到田间移动作业机。由于微电子和计算机技术的迅速发展, 现代农业机械已广泛采用自动监测和自动控制技术, 装备有各种传感器和由微处理器组成的监控器和显示板。由于自动控制的需要, 采用了机械、电子和液压控制的先进技术, 操作更为简便。驾驶员可根据数据的显示, 适当调整作业的负荷和作业速度, 使机组能在较佳的工况下运行。此外, 由于采用多种先进传感技术和微处理器用以采集和处理各种数据, 经过软件的运算和处理, 完成诸如作业面积、耗油率、产量计算、统计和友好的人机界面显示等智能化功能。
美国CASE公司于1996年提出先进农作系统 (Advanced Farming Systems, 缩写AFS) 技术思想, 其基本思路是在充分认识农田内作物产量与作物生长环境因素的空间分布差异性的基础上, 实施定位处方农作, 从而达到科学发挥土壤潜力、节约投入、提高产出—投入比、减少环境污染的目的。
智能化农业机械需要有不同类型的信息采集传感器, 适于农机工作环境和结构设计的控制执行器, 高性能的电子控制器和相应的软件支持, 需要建立拖拉机、农业机械各部件电子控制单元间的通信、接口设计标准。这些都需要机械、电子、信息管理等多种学科的集成支持。
五、我国智能化农业及机械的发展趋势分析和建议
智能化农业的发展将随着社会对低碳生活的重视不断发展。我国由于地少人多、生态环境恶劣, 更需要尽快发展节能高效的智能化农业。
1. 研究适于我国的农业机械装备、种植特点的智能农机
围绕提高生产、节本增效和保护环境的目标, 急需研究适于我国的农业机械装备、种植特点的智能农机, 如适合异地作业的带产量图自动生成的小麦、玉米和大豆收获的谷物联合收割机, 可检测缺苗断垄的、可实施变量的谷物精密播种机、施肥机、施药机和灌溉设备等。
2. 研制实用的田间自动导航的拖拉机与自走式农业机械
应尽快研制实用的田间自动导航的拖拉机与自走式农业机械, 使农艺上的行间管理、打药除草、间作套种等技术实现机械化作业。
3. 发展电动拖拉机、电动联合收获机
发展电动拖拉机、电动联合收获机, 为低碳型农业提供技术支撑。与普通燃油车辆相比, 电动车辆具有零排放、低噪音、高效率、易操作等优点, 是解决燃油车辆所面临各种问题的最佳替代方案。长期以来, 电动车辆的研究一直受到人们的广泛重视, 各国政府和许多大公司相继投入大量资金用于电动车辆, 特别是电动汽车的研发, 并取得了巨大的进步。与电动汽车的快速发展相比, 电动拖拉机的发展则显得十分缓慢, 在我国电动拖拉机几乎是空白。
4. 利用3G网络技术, 为现代农业管理提供技术支撑
以3G手机为终端, 利用网络技术进行小区域 (本农场或一块地) 农机的使用信息采集、下载、传输、处理等管理, 形成数据积累, 对现代农业管理提供技术支撑。
农业智能化 篇2
合作协议书
甲方：南京未来星传感技术有限公司
乙方：江苏省农业科学院
一、合作内容
根据南京市经济和信息化委通知：南京市2010年物联网产业应用示范工程项目申报，围绕南京市现代农业发展的需求，充分发挥和利用双方优势，整合双方技术资源，共同开展基于物联网的农业智能化示范项目的合作。
二、合作方式
1.甲方作为主报单位、乙方作为参加单位共同申报南京市2010年物联网产业应用示范工程项目。
2.双方互派技术人员组成项目工作小组。由甲方负责召集和研究有关事宜
三、双方任务和职责
1．南京未来星传感技术有限公司
①主持基于物联网技术的智能农业产业化项目实施方案制定和实施。
②负责项目中针对智能农业应用的物联网技术融合、系统方设设计和物联网系统的网络平台建设实施、维护。
③物联网信息管理系统应用、物联网综合示范网络平台设计。
④项目所需相关传感设备的配置、采购、安装、集成应用及其维护。项目推广的市场化运作方式、服务模式、运行机制研究和市场开拓。
北京：设施农业植入“智能芯片” 篇3
但是，农业物联网技术的应用促成了上述问题的解决。实时自动采集温室内环境参数和生物信息参数，通过物联网智能灌溉控制系统进行灌溉控制；通过智能化施药系统，提高药液的附着，减少损失和污染；通过智能施肥系统，实现水肥一体精准施入，提高肥料利用率，实现对土壤水分的精确控制……这便是农业物联网技术在北京夏黎城设施农业生产合作社的应用，这里也是北京市设施农业物联网应用示范工程核心区示范基地之一。
北京市设施农业物联网应用示范工程以设施蔬菜生产综合管理与病虫害防控为切入点，集中示范应用了一批具有自主知识产权的物联网技术产品，初步建设了5000亩设施农业物联网技术核心应用示范区、两万亩直接带动示范区和5万亩辐射带动区，建设了基地、市两级设施农业物联网应用服务体系。设施农业物联网应用示范项目的实施，为京郊设施农业生产基地带来了可观的效益。
据测算，通过物联网技术的应用，核心示范区蔬菜产量平均提高约10%，5000亩核心区基地每年增收1600万元以上，节约投入人工成本1250万元，肥、水、药等节支显著。
农机智能化正带来“农业革命” 篇4
在农机领域, 智能化技术正在使得农机从形态到功能发生翻天覆地的变化, 无人机、自动插秧机、农机作业精细化管理平台等, 既有单个的智能农机产品, 也有农业智能化系统和平台。随着智能化技术通过多种方式影响农机和农业, 一场全新的“农业革命”正被掀起。
智能农机显身手
日前, 有媒体报道称, 我国国产水稻直播机迈入智能化行列。据悉, 水稻种植机械化是水稻生产全程机械化中最为薄弱的环节, 其研究也是农业科技界重点关注的动态。而农业部南京农业机械化研究所种植机械化团队充分利用已有的技术沉淀, 成功研制出国内首台33行大型智能化气力集排式水稻直播机, 并在江苏省盐城市临海农场四机场进行试验。据悉, 该项目是在中国农科院创新工程专项经费资助下完成的, 该装备的成功研制填补国内大型气力式智能化水稻直播技术空白。资料显示, 该装备采用折叠式机架, 作业幅宽8米, 作业速度可达10千米/小时, 作业效率75亩/小时至100亩/小时, 播种作业仅由机手一人即可完成, 可适应大型农场及其他规模化种植主体作业要求。
不仅仅是水稻种植机械化, 今年, 农业生产大量使用的拖拉机也成为智能化载体。据悉, 在山东等地, 拖拉机安装上北斗导航系统, 实现拖拉机的自动调整和自动驾驶, 把北斗导航系统应用在农业机械上, 它的直线度误差在每百米±2.5cm, 比GPS (全球定位系统) 更精准, 北斗导航农机应用系统适用于整地、开沟、起垄、播种、插秧、施肥、收获等多环节。
此外, 智能化触角也已伸到农业生产中常见的植物嫁接上。据悉, 我国是世界上最大的设施栽培国家, 农业对机械化嫁接有迫切需求, 特别是以日光温室为代表的具有中国特色的保护地蔬菜栽培和塑料大棚的发展尤为迅速。现实需求刺激科学技术的快速发展。资料显示, 中国农业大学在我国开展自动化嫁接技术研究工作的时间较早, 先后研制成功自动插接法、自动旋切贴合法, 填补我国自动化嫁接技术的空白, 形成具有我国自主知识产权的自动化嫁接技术。例如, 利用传感器和计算机图像处理技术, 实现嫁接苗子叶方向的自动识别、判断。嫁接机器人能完成砧木和穗木的取苗、切苗、接合、固定、排苗等嫁接过程的自动化作业, 操作者只需把砧木和穗木放到相应的供苗台上, 其余嫁接作业均可由机器自动完成, 从而大大提高作业效率, 减轻劳动强度。
智能化农业创新无穷
除单个农机产品的智能化外, “智能+农业”正在形成农业智能化系统和生态。例如, 在宁夏灵武市, 为加快现代农业发展, 适应新形势下农机化发展的目标要求, 2016年, 该市农业机械化推广服务中心在7个农机合作社装配北斗农机作业精细化管理平台。资料显示, 该系统主要功能有北斗定位、实时测亩、农机作业监控、面积统计分析、作业面积和质量核查、农机调度等。系统的应用能及时直观掌握示范区农机分布、有效监控农机作业质量和状态、农机手作业情况等信息, 对突发事件采取及时有效的应对措施, 在关键农时或自然灾害天气前后实施精准调度、集中抢收抢种, 提高农机作业效率和土地利用率, 有效解决农村劳动力紧缺问题。
其实, 不论是智能农业还是农机智能化, 背后都需要打造强大的支持系统。正是在系统和生态建设方面, 已吸引越来越多企业和资本参与。新闻报道显示, 今年3月10日, 在全国农业机械及零部件展览会上, “e田科技”首批200台AGlink智能设备交付国内农机巨头雷沃重工的收割机用户。据了解, 该智能设备是“e田科技”公司为收获机械量身打造, 通过在收割机上安装该设备, 农机手不仅能实现农机故障的自动诊断、预警, 实时监控作业面积及收获情况, 还能通过智能手机APP应用程序, 与农机厂家的服务指挥系统互联, 便于售后服务系统实时查看作业农机位置, 实现对服务车辆的调度和管理, 保障服务的高效、精准。此外, “e田科技”的大数据分析平台还能综合统计分析作业农机的相关作业数据, 可为农机厂家、政府部门等及时提供全国各地的农业作业进度及跨区作业趋势, 为农业生产的科学有效组织提供精准的大数据支撑。
而在云南, “互联网+现代农业”创新方向上, 正在连点成线, 连线成面, 连面成系统, 并进一步打造智能化农业的全新生态。
农机和农艺相结合
农机的智能化进程持续加快, 必将带来农业整体生态的大变革。据悉, “十三五”时期, 科技部等有关部门将“智能农机装备”列入优先启动的重点科研专项, 涉及支持农机11个支持方向49个项目, 预计支持资金将达到20亿元。2016年度首批启动包括农机作业信息感知与精细生产管控应用基础研究任务、智能农业动力机械研发任务、粮食作物高效智能收获技术装备研发任务、经济作物高效能收获与智能控制技术装备研发任务等4个支持方向19个项目。农机智能化高歌猛进。
农业大棚智能检测环境系统 篇5
农业大棚智能检测环境系统
作者：王峰萍 王佳
来源：《现代电子技术》2012年第14期
摘 要：介绍了以 STC89C52单片机为核心的光照和温度控制系统的工作原理和设计方法。系统由TSL2561光传感器和 DS18B20温度传感器采集数据传输给控制器，通过外围设备 LCM12864显示现场光照度和温度值，并设计上位机程序，通过串口通信实时获取光照度和温度，所采集的数据放入到Access数据库当中，然后从数据库读出光照度和温度的值，通过曲线显示到PC机上，进行实时曲线监控。同时，系统具有温度和光强报警功能。
浅谈物联网在智能农业的相关应用 篇6
【摘 要】随着计算机科学技术的迅猛的发展，农村信息化成为一种趋势，物联网技术成为智能农业的关键技术之一，本文主要阐述了物联网与智能农业的相关内容，并分析了物联网在智能农业应用的必要性。
【关键词】物联网；智能农业；应用；
【中图分类号】F287.6 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0173-02
1、物联网的概述
物联网是新一代信息技术，英文名“The Internet of things”。顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。
2、智能农业系统概述
2.1 智能农业系统架构
智能农业系统的总体架构分为传感信息采集、视频监控、智能分析和远程控制四部分。如图1所示。
（1）数据采集系统。主要负责温室内部光照、温度、湿度和土壤含水量以及视频等数据的采集和控制。温度包括空气温度、浅层土壤温度（土下2 cm）、深层土壤温度（土下5 cm）三种；湿度主要包括空气的湿度、浅层土壤含水量（土下2 cm）、深层土壤含水量（土下5 cm）三种。数据传感器的上传采用ZigBee和RS485两种模式。根据传输方式的不同，温室现场部署分为无线版和有线版两种。无线版采用ZigBee发送模块将传感器的数值传送到ZigBee节点上；有线版采用电缆方式将数据传送到RS485节点上。无线版具有部署灵活，扩展方便等优点；有线版具有高速部署，数据稳定等优点。
（2）视频采集系统。该系统采用高精度网络摄像机和全球眼系统进行紧密融合，系统的清晰度和稳定性等参数均符合国内相关标准。
（3）控制系统。该系统主要由控制设备和相应的继电器控制电路组成，通过继电器可以自由控制各种农业生产设备，包括喷淋、滴灌等喷水系统和卷帘、风机等空气调节系统等。
（4）无线传输系统。该系统主要将设备采集到的数据，通过3G网络传送到服务器上，在传输协议上支持IPv4现网协议及下一代互联网IPv6协议。
（5）数据处理系统。该系统负责对采集的数据进行存储和信息处理，为用户提供分析和决策依据，用户可随时随地通过电脑和手机等终端进行查询。
2.3系统特点
（1）涉及技术门类多。系统融合了3G、HTTP、宽带、物联网、传感器等国内前沿技术，具备开展商业运营的能力。
（2）可扩展性强。管理控制与媒体流分离的架构设计，消除系统平台形成瓶颈的缺陷，使得系统能够支持大容量部署。
（3）可靠性高。系统从硬件到软件实现冗余设计，无单点故障，提高系统的可靠性。
（4）安全性好。系统具有完整的端到端鉴权、加密体系以及用户行为的审计记录功能，最大程度的保证监控网络和用户使用安全。
（5）兼容性强。采用国际标准，专门设计了多种终端接入和网络协议的协商功能，可以兼容多种编码格式。
（6）超准确性。系统对于关键的控制部分采用先进的控制算法，保证了系统的准确性。
（7）通用性好。系统支持多种终端和操作系统。
（8）计费灵活。系统具有完善的后台支撑系统和灵活的计费方式。
3、物联网运用于智能农业的必要性
物联网是以感知、识别、传递、分析、测控等技术手段实现智能化活动的新一代信息化技术，其特征是通过传感器等方式获取物理世界的各种信息，结合互联网、移动通信网等网络进行信息传送与交互，采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提高对物质世界的感知能力，实现智能化决策和控制。因此，物联网在农业领域的广泛应用，既是智能农业的重要内容，也是现代农业的强大技术支撑，同时，智能农业的发展也将为物联网技术在农业领域的应用提供无限广阔的市场。
3.1 物联网技术是智能农业的重要组成部分
智能装备是农业现代化的一个重要标志，物联网等技术是实现农业集约、高效、安全的重要支撑。这些技术在农业中广泛应用，可实现农业生产资源、生产过程、流通过程等环节信息的实时获取和数据共享，以保证产前正确规划而提高资源利用效率；产中精细管理而提高生产效率，实现节本增效；产后高效流通并实现安全追溯。农业物联网技术的发展，将会解决一系列在广域空间分布的信息获取、高效可靠的信息传输与互联、面向不同应用需求和不同应用环境的智能决策系统集成的科学技术问题，将是实现传统农业向现代农业转变的助推器和加速器，也将为培育物联网农业应用相关新兴技术和服务产业发展提供无限商机。农业物联网在提升农业智能化水平，推动农业现代化进程中将具有广阔应用前景。
3.2 物联网技术推动农业信息化、智能化
农业智能化 篇7
关键词：轨道运输,农业生产系统,智能化,混联机构
0 引言
随着新农村建设在全国范围内的覆盖,农村人口的居住结构由分散式转型为聚集式,农村的耕地区域也相应聚拢,农村耕地的集中经营概念被提出[1]。科学、机械耕作是农业现代化的最基本特征,耕地集中经营是科学、机械化耕作的重要前提。建设新农村,实现城乡一体化,提高农村经济发展水平,要推进耕地集中经营[1]。新农村建设下的农田集中经营,离不开农业智能化生产装备和技术的支持。
目前,我国农业种植生产中广泛使用的设施不适合于高度智能化的环境调控,必须部署智能化关键技术的研发工程[2]。农业智能化生产不仅将农民从繁重的农业劳动中解放出来,而且能实现农产品的高产、优质、高效、安全。目前,农业智能化生产面临两大重要技术难题: ①传统农业生产中播种、施肥采摘和收割使用的农用机械,缺乏统一的自动化农业作业平台,从现代化农业建设和“精细农业”的角度考虑,我国的农业生产应构建一体化的运输和作业平台,在平台上搭载各种农用机械和农业运输装置,从而实现无人化操作和远程监控[3]; ②我国偏远地区的农产品市场销售渠道窄、信息流通缓慢,从农业物联网的角度考虑,我国推出了“互联网+ ”行动计划,开发网络化、数字化、智能化等技术,在农业生产中推动移动互联网、农业物联网与现代农业结合,有利于实现农产品信息的开放化和共享化。
基于上述背景,提出基于轨道运输的农业智能化生产系统的设计方案。
1 整机结构及工作原理
1. 1 整机结构
基于轨道运输的农业智能化生产系统包括地轨系统、空轨系统、拍摄与交易系统、采摘与喷灌系统、收割与施肥系统。农场的四周铺设地轨和空轨系统:地轨系统包括横向基轨、纵向基轨及纵向辅轨; 空轨系统包括横向基轨、纵向基轨、横向辅轨及轨道支架。采摘与喷灌系统包括采摘机、喷灌机、地轨运输小车、三自由度机械手、空轨小车、控制系统、网上控制平台及移动控制终端; 收割与施肥系统包括收割机、肥料混合播撒机、地轨运输小车、控制系统、网上控制平台及移动控制终端; 拍摄检测与在线交易系统包括X向航拍小车、Y向航拍小车、Z向航拍小车、控制系统、网络操作系统、客户界面及农场主界面。农业智能化生产系统的关键运输部件分布图如图1 所示。
1.地轨系统2.空轨系统3.地轨运输小车4.三自由度机械手和空轨小车5.航拍小车
1. 2 工作原理
地轨运输小车、航拍小车搭载安装在地轨系统上,地轨系统具有两自由度,纵向辅轨沿横向基轨的水平移动和地轨运输小车沿纵向辅轨的纵向移动。收割机、肥料混合播撒机搭载安装在地轨运输小车上。空轨小车和航拍小车搭载安装在空轨系统上,采摘机、喷灌机搭载安装在空轨小车上,空轨系统的各单轨间均通过弯轨过渡,便于实现设备的变轨。
2 肥料混合播撒机
2. 1 振动混合机构的构造
基于并联机构拓扑结构理论优选了混联机构3 -SOC{ - Ri1/ / Ri2/ / Ri3- } - P( i = 1 ~ 3。其中,R为转动副,P为移动副,/ /表示平行。作为振动混合机构[4],其由机型为3 - SOC{ - Ri1/ / Ri2/ / Ri3- } 的并联机构串联一个移动副构成,如图2 所示。其中,定平台R11/ / R21/ / R31,动平台R13/ / R23/ / R33。
3-SOC{-Ri1//Ri2//Ri3-}-P
支路的方位特征POC集为
并联机构的POC集为
其中,t2表示沿着空间2 个方向的移动; r1( / /R11) 表示平行于R11轴线的转动。
由式( 2) 可以得知并联机构的自由度为3,既两平移一转动。因此,可将R11、R21、R31作为主动副,输入回转运动驱动动平台沿X、Y方向平移和绕Z方向的回转。振动混合机构Z向的振动是通过两台偏心振动电机的同步反向运动合成实现垂直方向的往复振动[5]。
2. 2 振动混合机构的结构设计
振动混合机构主要由振动漏斗、中位激振电机、动平台、并联振动支链、静平台及驱动电机组成,如图3 所示。并联振动支链由3 条相同的运动链RRR均匀布置,定平台上的3 个主动副R11、R21、R31由3 个普通旋转电机驱动。两台中位激振电机平行安装在动平台上,控制两台激振电机的同步反向旋转,运动合成后产生Z向振动[6]。
1.振动漏斗2.中位激振电机3.静平台4.驱动电机5.并联振动支链6.动平台
2. 3 肥料混合播撒机整机结构
肥料混合播撒机由分箱储料仓、流量控制装置、支撑架、振动混合机构、播撒装置、微处理器和田间地图组成,如图4 所示。整机高度约0. 8m,长0. 6m,宽0. 6m。分箱储料仓安装在支撑架的顶板上,并通过柔性布套与振动混合机构连接。流量控制装置安装在分箱储料仓的下底面,且位于柔性布套中,振动混合机构的动平台通过4 根悬挂弹簧悬挂在支撑架上,静平台安装在支撑架的中板上,播撒装置通过柔性布套与振动混合机构连接[7]。农田各局部所需的肥料比率及单位面积用量,事先编程存入微处理器中,根据扫描田野地图,计算机将信息送往流量控制装置以控制肥料的播撒[8]。肥料混合播撒机的主要功能是根据土壤特性和农作物的需要,对肥料进行自动化的科学混施。
1.分箱储料仓2.支撑架3.流量控制装置4.振动混合机构5.播撒装置6.微处理器7.田间地图
3 地轨运输小车
地轨运输小车包括驱动电机、轨轮、纵板、横梁和搭载板,如图5 所示。驱动电机为伺服电机,数量为4个,其输出轴与轨轮相连接。轨轮与地轨系统的单轨配套使用。地轨运输小车的搭载板上左右各安装一个肥料混合播撒机,且纵板和横梁上均设有螺纹孔,用于安装和搭载多种农用机械。
1.驱动电机2.轨轮3.纵板4.横梁5.搭载板
4 三自由度机械手和空轨小车
空轨小车吊装在空轨系统的单轨上,用于搭载采摘机、喷灌机,三自由度机械手也安装在空轨小车上,辅助采摘机、喷灌机生产作业,如图6 所示。三自由度机械手采用串联机械臂设计,能产生绕空间X、Y、Z轴的旋转运动。对于承载量大、精度要求高的作业环境,应该采用并联机械臂,如基于Delta机构的并联机械臂。三自由度机械手也以可搭载在地轨运输小车上使用。
1.空轨系统单轨2.空轨小车3.三自由度机械手
5 航拍小车
航拍小车包括车架、底板、1 对承重轮、1 对行走驱动轮、1 对行走辅助轮、1 对驱动电机、无线控制盒、相机连接杆及航拍相机,如图7 所示。航拍小车的相机连接杆采用可伸缩杆设计,上连接杆的顶端设有滑块,安装在底板的矩形滑槽中,下连接杆底端连接有圆形转盘,圆形转盘可饶垂直轴线实现360°的回转。航拍相机安装在圆形转盘上。航拍小车的行走驱动轮由1 对型号相同驱动电机来驱动。
1.车架2.行走辅助轮3.无线控制盒4.行走驱动轮5.驱动电机6.底板7.航拍相机8.相机连接杆9.空轨(地轨)系统单轨10.承重轮
6 拍摄与交易系统设计
拍摄与交易系统包括X向航拍小车、Y向航拍小车、Z向航拍小车、控制系统、网络操作系统、客户界面、农场主界面。控制系统控制航拍小车的移动,镜头的伸缩、旋转和切换等动作; 网络操作系统在互联网上对控制系统进行实时在线控制; 客户界面包括发出请求模块、登陆模块、实操模块、对话模块和交易模块; 农场主界面包括处理客户请求模块、授权模块、在线监控模块、导游模块、对话模块和交易模块。客户向农场主发出观看请求,农场主授权后,客户在线登陆系统后,可选择导游模块,也可选择实操模块,如图8 所示。实操模块包括X向位移操作手柄、Y向位移操作手柄、Z向位移操作手柄、3D虚拟在线导航路线图及放大缩小按钮,如图9 所示。
7 采摘、喷灌、收割和施肥系统
在农产品需要施肥、喷灌、采摘和收割时,农场主通过移动控制终端登陆网上控制平台,调度收割机、肥料混合播撒机、地轨运输小车、采摘机、喷灌机及空轨小车进行作业; 同时,调整航拍小车的位置,对农产品的施肥、喷灌、采摘和收割的作业过程进行远程监控,如图10、图11 所示。
8 结论
1) 提出了基于空轨和地轨系统的农业智能化生产系统,并在轨道系统上搭载地轨运输小车和空轨小车,从而为农用机械提供统一的搭载作业平台。
2) 基于并联机构拓扑结构理论,优选振动混合机构的机型为混联3RRR - P,设计了四自由度肥料混合播撒机,与地轨运输小车搭配使用。
3) 基于航拍小车、地轨运输小车及空轨小车构建了农产品拍摄与交易系统、采摘与喷灌系统及收割与施肥系统,实现了农产品的智能化生产和远程操控。
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农业排灌智能表箱 篇8
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农业智能化 篇9
关键词：智能化,效益化,科技队伍,现代农业
1 智能化现代农业科技队伍建设的重要性
1.1 保护粮食安全的需要
民以食为先, 足粮安天下, 关建在人才。发展智能化现代农业, 推进粮食生产, 确保粮食安全底线, 必须建立高端农业科技队伍, 才能扎实推进智能化、品牌化、信息化、洁净化农业的建设, 才能全面实现农村小康目标, 有利于农业上质量、上效益、上档次, 才能提高市场竞争力。因此建立智能化现代农业科技队伍十分必要。
1.2 提高农民素质, 促进成果转化的需要
当前, 粮食生产结构性矛盾和增产不增收的问题突出, 实行技术创新、品牌创新、模式创新, 进行集约化、规范化、绿色化、模式化、智慧化的产业发展, 走农超对接、订单农业之路, 给农民吃上“放心丸”、种上放心粮, 增加农民收入。各级政府要加大资金投入, 扶持智能化现代农业的发展, 实行“基地+龙头+农民+科技”生产模式, 抓精细加工、搞活流通, 十分有利于农业产业化经营, 有利于提高农业附加值, 促进有机农业快速发展。
1.3 现代农业产业化经营的需要
巴中品牌优势极为突出, 绿颂米业和龙头面业为龙头的粮食产业化链条基本形成, 全面推行了农粮合作, 走出了农业产业化经营的“一书三合同”新路子, 农民按订单生产, 科技承包保产保效, 龙头企业支付技术服务费, “反哺”科技发展。巴中绿颂米业、龙头面业各有年产10万t的优质粮食生产和加工能力, 生产的优质大米分别注册为“绿颂”牌绿翠大米、翡翠大米、“龙头”牌绿稷大米, 龙头牌系列面业, 已获国家A级绿色食品认证, 是推进和提升农业生产质量, 创新品牌的需要。
2 当前农业科技队伍中存在的主要问题
2.1 决策领导认识有偏差
据30个乡镇调查显示, 有27个乡镇领导对农技推广工作不够重视, 占调查总数的90%, 表现为政治上过问少、生活上关心少、农业创新上探讨少、工作上问得少、资金上支持少的“五少”现象极为普遍。个别乡镇甚至拍卖或占用了乡镇农技站资产, 而今是无资金、无场地、无示范基地的“三无站”较多, 约占84.6%。
2.2 自身认识的偏差
在调查的乡镇中就有24个乡镇不能正确处理经营与技术推广、创新与示范、培训与技术服务的关系, 而大部份乡镇农技站长下派到村任第一支部书记, 忽视了“三农”服务和技术推广, 专业倒置。
2.3 综合技术能力弱化
自人、才、物下放乡镇, 体制不顺, 人心散乱, 改行跳槽有增不减, 技术员凝聚力受到冲击, 而今的乡镇农技站是“上无片瓦、下无立针之地”, 有名无实, 对农民迫切需要的服务确朿手无策, 远远达不到智能化、洁净化、品牌化的现代农业发展要求。
2.4 资金投入不足
而今农技站“财政养人, 无钱打仗”, 卷尺都无钱购买, “测产凭经验、千粒重常数算”。试验示范无场地、测产无手段, 培训无方法, 始终停留在原始、粗放层面, 不能有效发挥公益性职能, 由“无场地、无资金、无办公地点、无示范基地、养保医保费工资扣交”的影响, 导至人才大量流失, 有的成了“空壳站”。如巴州区乡镇有23名高级农艺师因无岗位未得到聘任和利用, 农业科技创新、先进技术推广、成果转化应用等受到严重影响。
2.5 主体管理不统一
按照农技推广法的要求, 乡镇农技站的“人、财、物”归县 (区) 农业局统管, 便于培训、考核和下达技术创新任务。在具体实施中, 乡镇人民政府片面认为乡镇农技站由县统管后, 会影响地方政府工作, 对移交工作有很大的抵触情绪, 不支持, 并设阻找茬。
2.6 责任不明确
乡镇农技站虽然通过整改, 但效果不够理想, 优化配置还不够, 构建智能化新型农技站朿手无策, 履职不到位, 农技推广偏离本职。表现在岗不服务, 在编不在岗, 专职变兼职, 亊业岗位行政化, 突出问题表现为“三多三少”, 即非专业性工作多、经营挣钱时间多、下派任第一村支部书记人员多, 产前产中产后服务少、新成果推广应用少, 技术培训和技术推广少。
3 主要思考
在智能化现代农业科技队伍建设上, 立足农技推广现有矛盾和问题, 以建设现代农业科技队伍为导向, 建立改革创新机制, 改进推广方式, 切实把智能化现代农业科技队伍建成面向集约化、智能化、品牌化、洁净化的现代新体系, 具有持续发展能力的现代农业科技的创新队伍。
3.1 强化信息服务建设
技术信息服务不仅是助推智能化现代农业的一种技术工具, 也是一种新型生产力的核心要素, 融入智慧农业产业化经营体系的价值链, 可以提高决策农业和综合生产能力, 为未来农业带来发展思路、经营管理、技术模式等方面变革, 为打造自动化、标准化、智能化、洁净化、集约化、模式化精准农业提供有利条件。把乡镇农技站建成物联网、技联网, 集感知、传输、控制、生产和服务一体化的智能化现代信息技术服务体系。使农民轻点鼠标就详知绿色防控病虫、配方施肥、模式化种植等技术, 手机一打开就得知生产、加工, 产品销往何处, 让生产供销衔接, 畅通无阻, 信息技术将为智能化现代农业插上雄健有力的腾飞之翅。
3.2 立足现有, 创新示范
一是明确定位, 在科技创新上, 以产业链为轴, 完善创新, 努力提升农业发展整体能力;二是明确职责, 首先要协调配合, 明确岗位职责, 拓展共性技术的创新, 抓好集成与示范、全力开展创新高效田、创新户、创新品牌的示范与“三农”服务。
3.3 突岀主体, 创新服务
一是强化衔接, 乡镇农技站要主动与县 (区) 技术推广衔接, 重点解决健全机构、改善条件、增强活力, 提高服务能力等问题, 依托高产创建项目, 创新基地建设, 把基地建成高效农业试验田、农民培训操作示范田、农民回乡创业观摩田、智能化现代农业样板田和领导决策农业参考田。二是强化成果转化, 按照集约化、品牌化、洁净化农业生产要素, 进行建点、生产经营、土地流转、专业技能, 以及组织化、社会化技能服务。一要建立复合型农民培训体系;二要制定优惠政策、项目倾斜, 大力扶特、加大投入, 为成果转化创造条件;三要积极构建成果转化专业乡、村、社, 使成果转化规模更大、范围更广、层次更深、档次更高、模式更新, 使农业生产质量更高、效益更好。
4 强化政策保障
4.1 落实优惠政策
政府部门严格执行四川省人力资源和社会保障厅2006年工资改革文件规定“乡镇农技站继续实行连续工作8年固定一级工资、上浮一级工资”的政策, 以及农技推广法实施“从亊农技推广工作30年, 其中乡镇20年 (女15年) 退休增加10%的标准工资”法规。
4.2 强化培育主体
地方政府, 要加大投入, 培育服务主体, 大力发展立体多元、形式多样、竞争充分的社会服务体系, 全力推行合作式、订单式、承包式、托管式等多元合作服务模式, 为农业生产提供“保姆式“的公仆服务。
4.3 建立创新服务机制
农业智能化 篇10
我国是农业大国, 仅用占世界7%的耕地养活了几乎占世界1/5的人口, 因此农业是我国国民经济的基础, 是生命之本。农业的快速发展会对我国国民经济产生直接的影响。因此, 提高农业劳动生产率, 降低农业劳动者工作强度, 改善农业生产环境, 已成为当前农业发展的重中之重。随着科学技术的不断进步, 农业的发展也早已告别了传统的单纯依靠手工和农业机器的生产模式, 越来越多的先进技术手段被引入到农业生产过程中, 使农业的生产方式正逐步向远程自动化控制的方向发展。目前, 以计算机测控技术为核心的智能化监测系统已经在农业生产中得到了成功应用, 尤其体现在对农业温室的自动监测与管理上。智能化监控在温室控制中的应用现状与发展前景值得深入探讨。
1 智能化监控在农业生产中的应用
随着近年来生活水平的不断提高, 居民物质生活的不断改善, 温室大棚的种植也越来越多。在传统的技术条件下, 温室大棚自动化程度比较低, 温度和湿度大都是要通过人来读取后, 再与额定温度相比来分析大棚内的温度是否合适, 若温度过高, 要对大棚进行降温处理;温度过低, 则采取升温措施。完全由人工来进行这些操作浪费了大量的时间和人力, 尤其是随着农业产业规模的不断扩大, 农产品在大棚中培育的品种越来越多, 对于数量较多的大棚, 单纯使用人工很难顾及到所有的参数是否合适, 这种传统的参数控制措施就显现出了明显的弊端。然而, 若在大棚的生产中引入农业智能化监控系统, 就能够实现对大棚的温度、湿度、光照、空气和土壤等多因素的实时监控, 在出现异常情况时能够报警, 及时将第一手信息反馈给管理员。智能化监控结果准确、快速, 节省了大量的人力和物力[1]。
与传统的生产方式相比, 在温室中采用智能化监控系统具有以下优势: (1) 能够实时准确地监控温室大棚内的各种环境参数; (2) 可以通过数据的分析, 自动控制给养设施, 为作物的生长随时补给, 保证作物生长环境的稳定性; (3) 可以获得各种作物能够良好生长的全部指标[2]; (4) 为远程学习作物的生长提供了便利; (5) 降低了工作量及成本, 实现了利益最大化。
除了对温室大棚的重要作用, 智能化监控对室外农业环境的监控也是非常重要的。利用监控系统及信息传感技术, 对土壤、温度、湿度、光照、空气质量、土壤养分含量、太阳辐射照度、风向、p H值、降雨量, 以及实地的现场图像等数据进行实时的监控及采集工作, 再将这些信息通过网络反馈到接收器上, 由专业人士对这些重要参数进行分析和后续的决策管理。例如对光照的监控, 智能化监控能根据作物的不同特点, 每天给予其不同的光照强度;对温度和湿度的监控, 可以通过温度、湿度变送器和控制仪进行合理的调节;对土壤的监控, 则通过土壤水分分析仪来完成对土壤水分的调节[3]。
2 智能化监控在农业生产中的发展前景
在传统农业的历史长河中, 农民“面朝黄土, 背朝天”, 用原始的落后的工具辛苦劳作, 才能获取果实。而应用智能化监控, 农民坐在操作系统前, 只需轻轻点击鼠标, 就能远程准确地控制种植基地的湿度、光照等重要生产要素, 实现调温、加湿和供养等操作。历经不断的改革和变迁, 农业劳动方式由原始的简单劳作到现代的全程机械化, 我国农业发生着翻天覆地的变化。
早在20世纪70年代, 国外的智能化监控技术就开始以较快的速度发展 (特别是欧美发达国家) 。但鉴于当时水平的限制, 对于生态环境的影响因素还只能采用单因子控制, 即对湿度、温度、二氧化碳和光照进行单独控制的方法。随着计算机技术的不断发展, 20世纪80年代改进为利用计算机进行多因素综合控制的方法, 此方法是将作物在不同生长时期所需要的参数条件输入计算机程序, 当其中的某个因素发生变化时, 系统就会自动发出信号并进行相应的调整, 保证了作物生长环境的稳定性。
随着科学技术的进一步发展, 智能化控制技术也在紧跟步伐, 不断地进行改进创新。人工智能的广泛应用研究也在紧锣密鼓地进行中。越来越多的系统监控软件用于管理、决策和咨询, 利用遥测网络等技术进行远程的控制、诊断和管理, 准确地提供各类信息, 真正做到了机器值班、远程监控的完全自动化。
智能化监控也存在着一定的问题, 例如对环境因子的的控制水平和精度及稳定性方面都还有一定缺陷, 尤其是在对温度的控制上, 目前多采用传统的调节方式, 具有一定的局限性;监控系统的价格普遍较高, 市场上还没有形成系统的产品体系进行推广, 软件、硬件的选择较少, 也在一定程度上阻碍了产业的发展;同时, 此领域还缺乏高水平、高层次的技术人才与管理人才。
智能化监控的发展方向主要体现在以下几个方面: (1) 提高环境的控制水平, 加强环境因子的控制精度和稳定性, 尽量采取多因素的控制方法进行控制, 多开发适合环境特点的控制监控系统; (2) 开发新型的计算机管理系统, 加强对用户界面的研发, 提高监控管理水平; (3) 降低产品成本, 推出系统化配套设施; (4) 利用网络实现信息的搜集整理及分析, 开发后续服务软件来进行网上产品交易, 为产品的推广提供多种渠道。
3 结语
现代技术智能化监控系统推动农业发展的力量已显而易见。在科技快速升级和新型农业不断发展的时代, 广大农业生产者对智能化监控技术产生了强大的需求, 加大智能化监控技术的发展是农业生产迫在眉睫的要求。在我国农业发展的征程中, 智能化监控必将扮演越来越重要的角色。
参考文献
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农业智能化 篇11
关键词：传感器；单片机；无线发送；无线接收
中图分类号：TP212.9；S126文献标志码：A 文章编号：1002-1302（2014）11-0424-04
随着经济的不断发展，在农业大棚中种植蔬菜水果已经得到普及[1]。利用传感器采集室温、空气湿度、土壤湿度、光照强度等农作物生长状态相关参数，结合作物生长所需最佳条件，可将室内温度、湿度、光照、水量、肥量、气压等因素综合调节到最佳状态，形成大棚农业环境监测系统。大棚农业环境监测系统可采用有线和无线通信的方式，有线通信技术虽然具有设备操作性好、抗干扰能力强等优点[2]，但大棚内的数据采集大多在广阔的空间内进行，需要密布传感器节点，这就导致大棚内线缆纵横交错，棚内作业不便，灵活性和扩展性能差，系统安装及维护成本高；同时因实际应用环境潮湿、高温、土壤及空气具有较强的酸碱性，易导致通信电缆的老化。因此，无线智能多功用农业装置对节省人力物力有着重要意义。
1系统原理
设计的无线智能多功用农业监测装置的原理框架图如图1所示。系统分为数据采集终端和数据处理终端，其中数据采集终端包括单片机最小系统、传感器电路、无线发射电路；数据处理终端包括无线接收电路，单片机最小系统、矩阵键盘显示电路、控制接口、TTL转USB接口及PC上位机等。系统工作原理是：空气湿度传感器和土壤湿度传感器测量输出电压，经过模数转换为数字量后存入单片机中；空气温度传感器和光照传感器都直接将数字量输出给单片机，单片机接收测量数据后经无线发射电路发射。在数据处理终端，单片机对无线接收到的数据进行处理，通过LCD1602显示出来，并将数据依照通信协议经TTL转USB接口上传给PC上位机，上位机则根据数据绘制相关测量项的数据曲线，并保存在数据库中；同时单片机连续地扫描矩阵键盘，可通过矩阵键盘输入
和查看各测量项阈值。
2硬件电路设计
2.1单片机最小系统设计
数据采集终端和数据处理终端都选用单片机STC89C52，单片机最小系统[3]由STC89C52单片机、时钟电路、复位电路组成，主要对各个模块进行调度控制。STC89C52单片机是一种低功耗的8位CMOS微控制器，兼容51系列单片机，内部具有8kB的FLASH程序存储空间、256B的内部RAM、32个可编程I/O口线、3个16位的定时/计数器、全双工UART串行接口、内置看门狗定时器、双数据指针。时钟电路采用内部时钟，在单片机的XTAL1和XTAL2引脚之间接1个11.0592MHz的外部晶振，选择2个30pF的瓷片电容，串接在晶振两脚帮助晶振起振，内部时钟频率为11.0592MHz。复位电路采用手动加上电自动复位方式，既具有上电自动复位的功能，又能够通过小按钮手动复位。
2.2数据采集电路的设计
数据采集电路主要由STC89C52单片机最小系统、各种传感器、模数转换电路和Si4432芯片构成的无线发射模块等组成。
2.2.1空气湿度传感器空气湿度传感器选择ATM1001，输出量为电压，经由ADC0809模数转换为数字量传输到STC89C52R单片机。空气湿度传感器连接电路如图2所示，4个管脚分别为Vcc、GND、Vout、NULL，其中Vcc接5V直流电源，GND为电源地，Vout与模数转换ADC08091脚（即IN3）相连，NULL悬置。空气湿度传感器ATM1001输出电压与相对湿度的对应关系见表1。
由表1可知，ATM1001空气湿度传感器的输出电压（U0）与空气相对湿度（RH）有良好的线性关系，计算公式为：RH=（U0/0.3）×100%。但空气相对湿度达到100%时，ATM1001空气湿度传感器的电压输出值为3V；而ADC0809采用的是+5V的单电源基准电压，最大湿度电压未能达到ADC0809芯片的满量程，最大数字输出量为153，因此湿度归一化处理公式为：RH=（ADC/153）×100%。
2.2.2土壤湿度传感器土壤湿度传感器的原理是电容两端的电压随电容介质改变而变化，当介质为空气时，两端输出电压最大；而当传感器插入湿润的泥土中时，介质的导电性较好，两端电压就会随着湿度的增大而降低。土壤湿度传感器采用YL-69，呈倒U形，两极采用加宽的感应铜箔，表面采用镀镍方式，可以更好地防止生锈，提升导电性能，延长使用寿命。输出一端接地，一端與ADC0809模数转换电路2脚（即IN4）相连，同时加5.1Ω电阻与5V电源相连，以增强抗干扰性能。
2.2.3光照强度传感器光照强度传感器采用ROHM原装BH1705FVI的数字模块GY30，I2C总线结构，光照度范围为0～65535lx，内置16bA/D转换器，直接输出数字量，接近于视觉灵敏度的分光特性，可对光照亮度进行1lx的高精度测量。模块内部包含通信电平转换，可与5V单片机I/O引脚直接相连。光照强度传感器连接电路如图3所示。
图3中的4个管脚为Vcc、SCL、SDA、ADDR，其中Vcc接3～5V直流电源，SCL为I2C总线时钟引脚，SDA为I2C总线数据引脚，ADDR为BH1750I2C设备地址引脚，GND为电源地。
2.2.4空气温度传感器空气温度传感器采用数字空气温度传感器DS18B20，采用独特的单线接口方式，在与微处理器连接时仅需要1条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯[2]。测温范围-55～125℃，固有测温误差0.5℃[4-5]，工作电源为3～5V（直流）；完成测量后，测量结果以9～12位数字量方式串行传送给单片机。
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2.2.5模数转换电路ADC0809模数转换电路如图4所示。空气湿度和土壤湿度传感信号可接入IN0～IN7，可将空气湿度和土壤湿度传感模拟信号变为数字信号送给单片机处理。ADC0809允许最多8路输入电压，转换数据由8位并行口输出，输出数字量范围为0～255，基准模数转换电路采用8位模数转换芯片ADC0809，芯片转换速率可达130μs/次，工作电压+5V，输入电压0～5V，工作时钟频率为500kHz，时钟由单片机定时中断提供。
2.3无线收发电路的设计
无线发射和接收均采用SiliconLabs公司Si4432芯片构成的模块[6]，该芯片集成具有-118dBm的超高灵敏度，可提供极佳的链路质量，在扩大传输范围的同时将功耗降至最低，工作频段范围为240～960MHz，最高输出功率可达+20dBm，在最大功率设置条件下，开阔通信距离可达1km或更远。Si4432内部集成了天线分集、休眠唤醒定时器、64B收发FIFO等功能；同时，Si4432芯片还具有跳频和信道信号强度评估功能。其外围电路仅需要1个30MHz晶振及几个电阻、电容、电感等[4]。Si4432射频连接电路如图5所示，其中单片机与Si4432芯片通过标准的串行接口（SPI）相连，通过SPI口配置Si4432内部寄存器和实现数据的读写；Si4432的TX引脚为射频信号发送端，RX引脚为差分信号接收端，射频信号的发射和接收端通过RF开关芯片UPG2214与天线相连。
2.4数据处理终端的设计
数据处理终端主要包括Si4432芯片构成的无线接收模块[7]、STC89C52单片机最小系统、LCD1602液晶显示电路、4×4矩阵键盘电路、控制接口、TTL转USB接口[8]及PC上位机等。
LCD1602是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，由若干个5×7或者5×11点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示1个字符，每位之间有1个点距的间隔，每行之间也有间隔[9]；LCD1602显示的内容为16×2，即可以显示2行、每行16个字符的液晶模块。
矩阵键盘用于阈值输入和查看。按键数量大于4个时，可将键盘接成矩阵键盘电路，工作原理是在单片机P口高四位送1，低四位送0，然后不断循环检测高四位是否为1，若为1，说明无按键按下，若其中有1位为0，说明有按键按下，并且通过行列扫描的方式可以获取按键所在的行和列，从而推算出所按的按键，并执行相应的按键处理程序。
3软件设计
3.1数据采集终端程序设计
数據采集终端程序包括主程序、模数转换子程序、无线发送子程序等。主程序初始化之后，循环执行光照强度、空气温度、空气湿度、土壤湿度和无线发送子程序。
进入模数转换子程序后，单片机给ADC0809芯片的ALE管脚1个下降沿锁存地址，然后START管脚在1个下降沿后开始转换，并等待EOC管脚变高电平后，将OE管脚拉高，从ADC0809的8位并行口取出转换结果存入单片机的缓冲区中。当完成光照强度、空气湿度、空气温度、土壤湿度采集后，数据存入发送缓冲数组，并进行格式转换后开启发送，发送采用串口发送，工作方式选择方式1，数据位有9位，波特率选择9600Bd。发送过程是依次发送地址、数据长度、采集数据、生成校验位并发送，返回主程序。
3.2数据处理终端程序设计
数据处理终端程序包括主程序、键盘扫描子程序、阈值输入子程序、无线接收中断子程序等。
数据处理终端主程序流程见图6，可以看出，数据处理终端初始化之后，显示开机界面，调用键盘扫描子程序，调用阈值输入子程序；键盘扫描完毕且退出阈值子程序后，读取接收成功标志位，标志位等于“1”，表示成功接收正确的数据，则将缓冲区数据存入测量值数组中，然后显示测量值，将测量数据通过USB口上传至PC上位机，并返回键盘扫描循环接收处理；标志位等于0，表示未能成功接收，则重新读取接收标志位。
[FK（W19][TPLGL6.tif][FK）]
键盘扫描子程序：使用4×4矩阵键盘，用于阈值输入和阈值查看；键盘扫描子程序可分为：判断按键事件程序、获取键值程序以及去抖动程序。进入子程序运行时，先拉低矩阵键盘4个端口的电平，执行判断按键事件程序，轮流扫描键盘其他4个端口，端口低，为有键按下的触发信号，当发现有任何一个按键按下，首先要延时进行消抖操作以防止按键误触和按键次数误判，消抖之后扫描到按键依然按下则获取按键键值，等待按键释放，然后返回按键值。
阈值输入子程序流程见图7，与键盘扫描子程序相配合，主要负责光照强度、空气温度、空气湿度、土壤湿度等测量项上下限的输入、保存以及查看，当扫描到键盘有按键按下时，读取键值，判断键值等于15时进入阈值显示界面显示阈值；判断键值大于9、小于13时，进入阈值输入步骤；键值等于10、11、12、13时，分别进入空气湿度、土壤湿度、光照强度、空气温度的阈值输入界面，首先输入最低值，再按14号键确认输入，然后输入最大值，再按14号键确认输入，完成一次阈值输入流程，跳出子函数。当有键按下并且按键值大于9时，进入阈值查看和阈值输入子程序，其中当按键值等于15时查看4组阈值；按键值小于15大于9之间的4个键位（10、11、12、13键位）分别代表1个测量项阈值输入指令。
无线接收中断子程序流程如图8所示。当串口收到数据，触发中断进入中断程序，在中断程序中，首先校验接收到的第1位地址数据，地址正确时才继续接受之后的数据，完成数据接收后，生成校验位并与接收到的校验位作对比，相等时存入缓存数组中。
用C语言编写数据采集终端程序和数据处理终端程序，在keil4环境下进行编译[10]，通过后分别下载到2片单片机STC89C52中。
4试验分析
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将所有单元电路在Proteus平台上仿真，通过后设计制作PCB板[11]，将下载程序的单片机与其他元器件焊接在PCB板上，上电，进行功能测试。可借助串口调制助手调试无线收发过程，先发送1组固定数据，在发送语句之前插入1句上传语句，在接收端将接收的数据上传至串口调制助手显示出来，若收到该上传语句，可判断发送程序发送成功。检查LCD1602电路，连接无误后，下载1段与显示无关的程序到单片机，调节液晶对比度使之显示正常。在无线模块调试完成后，将数据采集终端和数据处理终端配合进行整体联调，将数据采集部分放置在野外环境，对光照强度、空气温度、空气湿度、土壤湿度等进行采集，并将采集数据进行无线传输，开阔无线传输距离可达数百米，最远可达1km。数据处理终端可实现数据无线接收、被测参量阈值可输入、查看和报警，数据经TTL转USB接口可上传给PC上位机，上位机则根据数据可绘制相关测量项的数据曲线，并可保存在数据库中。
5结论
无线智能多功用农业监测装置可实现空气湿度、空气温度、光照强度和土壤湿度的实时采集和无线传输，被测参量阈值可输入和查看、数据可上传PC上位机并可绘制相关测量项的数据曲线，为农业自动化提供了一种解决方案。此外，本装置可增加摄像头和自动阀门[12]，可监控并了解农场现状，实现自动灌溉。
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农业智能化 篇12
党的十八大和新世纪以来指导“三农”的第10 个中央一号文件都明确地提出了要落实新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化“四化同步”的发展战略。2013 年3 月份, 中共中央政治局常委、国务院总理李克强先后到江苏、上海考察时也强调: 以扩大开放释放改革红利, 以农业现代化支撑新型城镇化, 而城镇化建设被看作是我国经济未来的增长点以及稳定和提升GDP的动力。显然, 发展农业现代化将处于“四化”协调发展中的不可忽视的位置。
2007 年的中央一号文件也曾对新时期农业现代化的内涵进行过全面阐释, 即“用现代物质条件装备农业, 用现代科学技术改造农业, 用现代产业体系提升农业, 用现代经营形式推进农业, 用现代发展理念引领农业, 用培养新型农民发展农业。”目前, 我国农业现代化的发展方向是: 着力构建集约化、专业化、组织化、社会化相结合的新型农业经营体系, 在新型工业化、信息化、城镇化的拉动影响下, 加快中国特色农业现代化步伐的建设步伐; 同时, 在高效、低耗、高品质、高土地产出, 实现经济规模效益、社会效益和生态效益的统一上也大做文章。可以看出, 在这样的宏观阐述指引下, 如何落实到具体的、实实在在的、落地的技术层面上, 则是接下来科研工作者们要重点关注的问题。
基于此, 为了理清发展农业现代化的内涵, 有必要将这个农业现代化大系统划分出几个层面。笔者认为, 发展农业现代化要有大概念、大空间、大思维。基于以上阐述, 按照递阶大系统架构[1], 可以初步地勾画出农业系统及其现代化的3 层体系, 如图1 所示。图1 中, 底层为农业生产系统, 包括各种大田、温室、养殖、种植及农产品加工等; 中层为农业支持系统, 包括规模经营、融资、服务、物流及仓储、劳动力分配及培训等; 高层为农业决策系统, 包括农业整体系统的决策与布局、政策支持、国民经济与农业资源宏观管理等。这3 个层面的内容和发展是彼此关联的。在这个农业现代化大系统中, 底层的农业生产和加工是农业体系的最终产出渠道, 因而是农业系统的基础和根本。笔者认为: 发展农业现代化更应该注重这个层面的现代化发展和科技提升。这个层面的技术进步可以直接影响到整体农业系统的现代化进程。
基于此, 本文不谈农业的适度规模经营及金融和政策问题, 也不谈农民进城和土地流转问题, 也不谈提高农民科技教育和培训等中层和高层问题, 而是着重谈在底层的农业生产与加工过程中技术的提升对发展农业现代化的支撑。
1 农业现代化的内涵及架构
农业现代化是指把传统农业转变为现代农业, 建立起广泛采用现代生产工具、现代科学技术和现代经济管理方法的农业生产体系。其中包括[2]:
1) 农业生产手段现代化。运用先进设备代替人的手工劳动, 特别是在产前、产中和产后各个环节中大面积采用机械化、自动化作业, 大大降低农业劳动者的体力强度, 提高劳动生产率。
2) 农业生产技术科学化。把先进的科学技术广泛应用于农业, 提高农业生产的科技水平和农产品的科技含量, 提升农产品品质和农产品国际竞争力, 降低生产成本, 保证食品安全。
3) 农业经营方式产业化。转变农业增长方式, 主要是大力发展农业产业化经营, 使农产品生产、加工、流通诸环节有机结合, 形成种养加、产供销、贸工农一体化的经营格局, 提高农业的经营效益, 增强农业抵御自然风险和市场风险的能力。
4) 农业服务社会化。形成多种形式的农业社会化服务组织, 在整个农业生产经营过程的各个环节中都有社会化服务组织提供专门服务。
5) 农业产业布局区域化。各地面向国际国内两个市场, 根据自身的资源、地理和环境条件, 发展各具特色的并有一定规模的农业支柱产业和拳头产品, 形成优势农产品产业带, 提高农产品的市场竞争力和市场占有率。
6) 农业基础设施现代化。既有利于增强农业抗御各种自然灾害的能力, 又有利于农业资源的高效利用, 农业发展后劲大为增强。
7) 农业生态环境现代化。推进农业现代化建设必须用现代化的手段保护生态环境, 不但不能在农业生产过程中破坏生态环境, 而且要大力发展生态农业和环境友好型农业, 使农业生态环境变得更优更美。
8) 农业劳动者现代化。要提高农业劳动者的综合素质, 主要是提高农业劳动者的思想道德素质和科技文化素质, 使农业劳动者熟悉农业生产的相关政策和法律知识, 掌握2 ~ 3 项农业实用新技术, 提高劳动技能, 以适应发展现代农业的需要。
9) 农民生活现代化。增加农民收入, 让农民物质生活和精神生活过得更加美好, 这是农业现代化的一个重要目标。
上述9 种论述农业现代化的内容均能够在图1 的3 层结构中找到对应层面, 如1, 2, 6, 7 点可以对应于底层的农业生产和加工层面。
综上所述, 发展农业现代化有许多关键点, 如人力资源、科学技术、资金投入、智力因素等; 但综合分析后, 还是要回到根本的问题上, 即要在底层大做文章—利用高科技改善农业基础设施, 提高农业过程的科技含量, 在生产和加工手段以及设施上彻底提升技术水平, 让科技显示出巨大能动力。
2 农业科技含量的实质
从传统农业到现代化农业的转变过程中, 毫无疑问, 在全球信息化浪潮中, 农业信息化起了助推器的作用。中国科学院中国现代化研究中心2012 年发布的《中国现代化报告2012———中国农业现代化研究》这样描绘农业现代化的第四次浪潮: “受高技术、信息革命和生态革命的影响, 世界农业前沿深刻变化。信息革命引发农业的信息化浪潮。生态革命引发生态农业、持续农业、有机农业和绿色农业等的兴起。高技术包括生物技术等的发展, 丰富了农业的技术选择, 扩展了农业的发展前景……。梳理一下近一个世纪以来农业科技的发展, 可以看出有两个并行发展的分支: 一个是农业信息化的发展, 它经历了电脑农业、数字农业、精准农业, 目前有专家认为其朝着智慧农业 ( Wisdom Agriculture) [3]方向发展; 另一个是农业智能自动化的发展, 其经历了农业机械化与电气化、农业简单自动化、到农业工厂化, 目前向着智能农业 ( Intelligent Agriculture) [4 - 6]方向发展。稍有知识的人士都知道, 以上这两个发展的阶段不同, 立足点和发展目标也不同, 但殊途同归, 如图2 所示。特别是进入21 世纪后, 许多的技术相互交融与融合, 故二者的发展也是相辅相成的, 它们对农业科技的进步与农业现代化发展都必将起到至关重要的作用。因此可以说, 农业科技含量的绝大部分存在于这两个方面。
按照以上农业3 层大系统构架划分, 就我国目前农业信息化的发展看, 其更多地表现在对农业信息的“软处理”上, 如中层的农业经营、管理与社会服务, 大量的应用基于数据库的信息管理和处理系统、云服务等。基于此, 农业信息化可以看成为是农业大系统中的“软件与信息支持系统”, 而智能农业的最新内涵则包含两个层面: 一是更多地涉及到农业生产加工系统中的各种“硬件及控制”层面[7 - 8], 如各种自动化的调控设备、农用智能装置、农业机械化自动化设备、农用传感器与检测装置、信号处理仪器及相关网络等, 这些关系到农业系统产出的环节, 因此可以看成为农业系统的“硬件与驱动系统”; 二是智能农业还涉及到农业复杂大系统的宏观智能调控与管理。这里的智能农业跳出了具体的生产环节的智能自动化调控概念, 而更多的是基于云计算和大数据处理构建出的复杂大系统调控架构, 并与农业信息化融合, 构建宏观大系统的调控“大脑”, 在更高层面上处理农业。大系统的智能、有效的运行问题包含复杂大系统的建模、智能调控算法、调控手段与网络、通讯手段等, 是关乎“大系统控制”的问题, 而不是单单农业信息所能驾驭的问题。此时, 如果将农业体系看成一个相对可控的“闭环”大系统, 那么农业信息化是这个闭环控制大系统的信息流, 而智能农业则是对农业大系统3 层内容进行全面智能调控, 并对产出做最终驱动的系统硬件及智能运算手段。此时, 对农业系统的调控可以用图3 来描述。
笔者认为, 农业信息化进步还不能完全做到让农业系统的最终产出就是高效、低耗、生态和安全的。农业信息化的实现离不开具体的调控设备和操作系统, 而具体的调控设备和系统也离不开信息化的支持。但无论如何, 如果农业信息化只做到提供信息、对信息加工处理及显示的地步, 而具体到大田、温室、养殖、加工等生产过程的操作层面上还需要人通过手动实施的话, 那么农业信息化的成果只能是做到50% 。
因此, 智能农业中的控制及技术必将发挥主导的作用: 结合智能装备和检测手段, 通过控制核心设计加上智能的推理, 可以做到尽可能地减少人的参与, 实现自动化处理各个农业生产过程并提高产出质量, 犹如工业自动化生产线一样, 农业产品的最终的高质量、无害、低成本的产出才可能有保障!
基于以上分析, 农业科技含量应该更多的具体到农业信息化和智能农业两个方面上。特别要重视“信息化”和“智能化”的结合, 并在底层农业生产与加工系统中进行智能自动化技术的推广和应用。
3 发展我国农业现代化的技术构想
逐步实现农业现代化是中国社会主义现代化建设的重要组成部分。我国具有人口众多、相对资源少、经济基础薄弱、科学文化落后、地区差异很大等特点, 搞农业现代化需要吸取外国经验, 并从我国的国情、国力出发, 走出一条具有中国特色的社会主义的农业现代化道路。基本要求是: 以建设具有世界先进水平的发达农业、富裕农村、良好环境为长远战略目标, 根据整个国民经济的发展状况, 有计划、分阶段地加以实现[9]。从本文所谈论的科技角度出发, 笔者认为发展具有我国特色的农业现代化应该从以下两大技术入手, 并缺一不可。
3. 1 农业信息化相关技术
应该着重发展广义农业信息获取、表达、加工和计算机识别技术, 农业电子商务技术, 农业数据通讯和物联网技术, 农业病虫害专家诊断系统, 农业大数据处理和云平台数据共享建设等。这方面姑且简称为“网上”的“软”技术。
3. 2 农业智能化相关技术
应该着重发展农用智能装备与技术、农作物信息监测与传感器技术、农业生产系统自动控制与智能化管理技术、农产品加工自动化智能化控制技术、农业大系统的智能管理与决策技术等。这部分姑且简称为“网下”的“硬”技术。
回顾我国农业科技的发展模式, 似乎农业信息化的建设突前了一些, 重点表现在我国“九五”“十五”和“十一五”部分期间发展起来的电脑农业、网上农业、数字农业等信息化普及上, 其取得的最明显的成果是农民可以上网了。这期间农业信息化的发展更多地是涉及到农业电子商务、病虫害的专家诊断等方面[10]。研究发现, 这期间虽然有了一些对精准农业的研究, 但更多的是分散的、含具体对象的检测和调控, 还没有对农业大型智能装备、大型调控系统, 特别是整体系统的智能管理和控制进行深入的研究, 从而直接导致了底层的农业生产及加工层面上智能的自动化系统、实用硬件开发以及农业大系统的管控研发成为了我国农业现代化发展的短板。特别是大田农业中, 绝大部分还是由农民根据经验和网上的建议去实际操作灌溉、施肥、播撒农药等, 绝大部分的劳动力和劳动强度并未降低, 也因此产生了大量的农产品和土地的不安全隐患。
按照智能农业的大系统设想, 如果构建了这样一个系统的“大脑”, 采用大量的智能农业装备, 并形成了“闭环”的调控体系, 那么就可以将人的参与程度降到最低, 也因此把由于人为因素造成的农业生产过程的质量隐患降到最低, 同时还可以做到资源优化和节能降耗。要实现这个理想, 还要将智能农业与智慧农业融合在一起。这样的架构可能是: 完全将云平台、物联网、农业信息处理、各种传感器、智能装备、人机界面等集成在这个大系统中, 按照闭环控制系统构造递阶型的“前向通道”和“反馈通道”, 在大系统“智能控制器”—大脑的调配下有机的、智能的运行, 并与农业系统的ERP系统联通。
因此, 建议在我国“十二五”期间和接下来的“十三五”期间, 要大力发展智能农业及其相关技术, 应该较好地借助于先期发展的农业信息化成果, 将农业信息化和农业智能化良好地融合, 开发出实用性农用智能“硬件”, 构建农业大系统的各层“闭环”的智能调控系统, 大力研发和推广实用型农用智能装备和传感器。同时, 构建农业大系统的“智能大脑”, 并借助物联网载体和云平台, 实现大系统的有机智能调控以及管理。
4 结论
发展农业现代化是长期而复杂的任务。对其研究更多的是涉及到宏观的方法论问题[11]。本文从技术角度出发, 将农业现代化系统划分为3 个层面, 给出每一层面对应的现代化发展含义。同时, 简单梳理了我国农业科技进步的脉络, 在农业信息化和农业智能自动化两方面给出了各自现代化发展方向和各自对应农业现代化系统的层面, 也对发展我国农业现代化的技术构想进行了简述。同时强调:
1) 农业信息化不等于农业智能化。
2) 农业科技的进步应该是以降低劳动强度、解放生产力、高效产出为目的, 因此要更多地关注智能农业及其相关技术。
3) 借助于前期的农业信息化建设, 在农业现代化进程中更应关注底层农业生产和加工系统, 研发实用性智能装备和控制系统, 加快发展农业智能自动化。
4) 在大力发展智能农业的相关“硬件”同时, 以大系统控制理论为基础, 在高层构建农业大系统的“智能大脑”, 融合农业信息化的相关信息技术, 实现农业大系统或行业系统的智能化决策和管控[12], 真正实现农业的智能化, 为加快农业现代化发展步伐提供强有力的技术支持。
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