智能化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備的發(fā)展趨勢(shì)

　　摘要：智能化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系的重要組成部分，智能化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備的研究與發(fā)展是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)能否得到廣泛實(shí)踐的關(guān)鍵。本文對(duì)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備在國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了描述，針對(duì)目前我國精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備發(fā)展存在的問題，提出了應(yīng)對(duì)措施，作出了展望和總結(jié)。

　　關(guān)鍵詞：智能化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備；精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)；發(fā)展

　　引言

　　智能化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備[1]是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)裝備發(fā)展的新潮流，是近幾年來國際上農(nóng)業(yè)科學(xué)研究的熱點(diǎn)，是由信息技術(shù)支持并定位、定時(shí)、定量實(shí)施整套現(xiàn)代化農(nóng)事操作與管理的技術(shù)。一方面查清田塊內(nèi)部的土壤性狀與生產(chǎn)力空間變異，另一方面優(yōu)化使用農(nóng)業(yè)投入（如化肥、農(nóng)藥、水、種子和其他方面的投入）以獲取最高產(chǎn)量和最大經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)減少化學(xué)物質(zhì)使用，保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，保護(hù)土地等自然環(huán)境。另外，還可根據(jù)不同情況選擇單純獲取高產(chǎn)、以適量投入獲取較好經(jīng)營(yíng)利潤(rùn)或減少資源消耗、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等多種不同優(yōu)化目標(biāo)。

　　1國內(nèi)外智能化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備的發(fā)展現(xiàn)狀

　　1.1國外研究現(xiàn)狀

　　20世紀(jì)80年代初，美國提出精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的概念和設(shè)想，并在1992年4月召開第一次精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)學(xué)術(shù)研討會(huì)，此后精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備進(jìn)入生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用，但還沒有形成系統(tǒng)。1998年，Wiebold等人對(duì)是否要依據(jù)生產(chǎn)信息來決定抑制精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)進(jìn)行了討論。在美國等發(fā)達(dá)的大規(guī)模經(jīng)營(yíng)和機(jī)械化操作條件下，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在適合規(guī)?；?jīng)營(yíng)的地區(qū)發(fā)展起來，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。此外，以色列、荷蘭、日本和韓國等也針對(duì)各國的農(nóng)業(yè)特點(diǎn)，加快了對(duì)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的研究工作。目前，發(fā)達(dá)精準(zhǔn)作業(yè)技術(shù)裝備已趨于成熟，各種電子監(jiān)視、控制裝置已應(yīng)用于復(fù)雜的農(nóng)業(yè)裝備上，變量播種機(jī)、變量施肥機(jī)、變量施藥機(jī)、變量施水機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)等高度智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械已逐步進(jìn)入國際市場(chǎng)。歐美發(fā)達(dá)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)的應(yīng)用，全面帶動(dòng)了其現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高技術(shù)的發(fā)展，在美國等發(fā)達(dá)，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備已經(jīng)形成一種高技術(shù)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合的產(chǎn)業(yè)，已被廣泛承認(rèn)是可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)的重要途徑。

　　1.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀

　　隨著國外智能化農(nóng)業(yè)裝備的突飛猛進(jìn)，國內(nèi)1994年有專家提出精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備的研究應(yīng)用，此后分析與討論了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和信息農(nóng)業(yè)在國外的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)以及在的應(yīng)用前景，啟動(dòng)了關(guān)于智能化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備的研究。將它納入863計(jì)劃及引進(jìn)國際先進(jìn)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)（948）項(xiàng)目“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系研究”中，在新疆和北京建立了用全球定位系統(tǒng)和遙感控制農(nóng)業(yè)機(jī)械操作的試驗(yàn)地。2000年10月，投資4000萬元建設(shè)北京小湯山精細(xì)農(nóng)業(yè)示范園。為探索適合國情的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式及技術(shù)，引進(jìn)、消化和吸收國際上精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備的技術(shù)，不少地區(qū)已針對(duì)“精準(zhǔn)”差距來調(diào)整和改進(jìn)實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)所需要的輔助條件。

　　2我國精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的應(yīng)對(duì)對(duì)策

　　2.1加快研制現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機(jī)械控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[3]

　　近十年迅速發(fā)展起來的現(xiàn)場(chǎng)總線（fieldbus）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。由于它為惡劣工作環(huán)境而設(shè)計(jì)，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的高可靠性和實(shí)時(shí)性，已為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)的最佳選擇。

　　在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)體系下，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械依靠模擬儀表和簡(jiǎn)單機(jī)、電、液系統(tǒng)的測(cè)控方式已不能滿足要求，需要使用更多的電子監(jiān)控單元ECU，對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)過程進(jìn)行在線測(cè)量和有效控制，例如發(fā)動(dòng)機(jī)性能在線檢測(cè)、在線智能測(cè)產(chǎn)、變速器控制、變量播種、變量施肥等?，F(xiàn)場(chǎng)總線可以將各個(gè)ECU通過網(wǎng)絡(luò)互連方式連接起來，在ECU之間傳遞命令和數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)整個(gè)農(nóng)業(yè)機(jī)械系統(tǒng)的集中監(jiān)視和分布控制。CAN作為一種較成熟的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，已在小型移動(dòng)設(shè)備系統(tǒng)和工業(yè)控制等領(lǐng)域中得到了廣泛使用。為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械控制器之間的信息共享，國外出現(xiàn)了多種基于CAN協(xié)議的通信標(biāo)準(zhǔn)，如德國的DIN9684和美國的SAEJ1939，以及近幾年來在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的ISO11783，它的制定給農(nóng)業(yè)機(jī)械系統(tǒng)的發(fā)展帶來了深遠(yuǎn)的影響。

　　按照ISO11783標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)業(yè)總線控制系統(tǒng)主要由虛擬終端VT、主控制器TC、多個(gè)ECU以及底層的傳感器與驅(qū)動(dòng)、動(dòng)作執(zhí)行部件組成。VT包括顯示和控制輸入單元，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；總線網(wǎng)絡(luò)上的ECU與底層傳感器、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)組合后，可以單獨(dú)完成某項(xiàng)任務(wù)；TC是系統(tǒng)的總協(xié)調(diào)單元，處理來自VT和底層ECU上的主要數(shù)據(jù)和命令。所以，引入CAN總線技術(shù)后，可對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械控制系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，并根據(jù)系統(tǒng)功能要求，對(duì)功能子模塊進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置。

　　2.2建立現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息服務(wù)平臺(tái)

　　目前我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)脫節(jié)，農(nóng)作物生產(chǎn)、供應(yīng)、加工銷售不能形成有機(jī)整體，各環(huán)節(jié)盲目發(fā)展，最終導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品國際競(jìng)爭(zhēng)力降低。因此，必須建立包含農(nóng)作物品種、栽培技術(shù)、病蟲害防治技術(shù)以及農(nóng)業(yè)科研成果、新材料的農(nóng)業(yè)綜合信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源的系統(tǒng)化、社會(huì)化、產(chǎn)業(yè)化。

　　3我國精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展前景

　　我國高耗能工業(yè)產(chǎn)品投入維持產(chǎn)出的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)雖大幅度提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率，但受條件和環(huán)境的制約，在某種意義或某些不足的方面，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備顯然會(huì)逐漸被精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備這一新型產(chǎn)業(yè)模式所取代。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展需要配套的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備是農(nóng)業(yè)信息技術(shù)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械制造技術(shù)的高度融合，是在發(fā)達(dá)國家大規(guī)模經(jīng)營(yíng)和機(jī)械化操作條件下形成的新的技術(shù)體系。而我國農(nóng)村自然條件差異大，現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平低，勞動(dòng)力資源豐富但素質(zhì)較低，經(jīng)營(yíng)單位小而分散，機(jī)械化水平低。因此，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備可能僅適用于我國規(guī)模化經(jīng)營(yíng)的大型農(nóng)場(chǎng)或較發(fā)達(dá)的地區(qū)，而已家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制為主的經(jīng)濟(jì)形式的分散經(jīng)營(yíng)的大部分農(nóng)村則難以使用。但是，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備發(fā)展的基礎(chǔ)的技術(shù)路線和原則是在充分了解土地資源和作物群體變異情況的條件下，因地制宜的根據(jù)田間每一操作單元的具體情況，精細(xì)準(zhǔn)確的調(diào)整各項(xiàng)管理措施和各項(xiàng)物資投入的量，獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。

　　4結(jié)論

　　保障糧食安全和提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力迫切需要突破產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)“瓶頸”，人口增長(zhǎng)、資源約束、人民生活質(zhì)量提高也對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力提出了更高的要求。要確保農(nóng)產(chǎn)品的有效供給、提高品質(zhì)和質(zhì)量、保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，必須依靠科技創(chuàng)新，大力發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。2007年一號(hào)文件“關(guān)于積極發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)扎實(shí)推進(jìn)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的若干意見”指出，要用現(xiàn)代物資條件裝備農(nóng)業(yè)，用現(xiàn)代經(jīng)營(yíng)形式推進(jìn)農(nóng)業(yè)，用現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系提升農(nóng)業(yè)，用培養(yǎng)新型農(nóng)民發(fā)展農(nóng)業(yè)，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化和信息化水平，提高土地產(chǎn)出率、資源利用率和農(nóng)業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)力，提高農(nóng)民素質(zhì)、效益和競(jìng)爭(zhēng)力。農(nóng)業(yè)部“農(nóng)業(yè)科技發(fā)展規(guī)劃2006-2020”中提出，要在糧食主產(chǎn)區(qū)，針對(duì)水稻、玉米、小麥、大豆等不同作物和區(qū)域自然特點(diǎn)，將精細(xì)整地技術(shù)、經(jīng)量選播技術(shù)、精確施肥技術(shù)、精準(zhǔn)施藥技術(shù)、精量調(diào)水技術(shù)等進(jìn)行組裝集成，構(gòu)建五大作物精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)示范體系，充分反映了農(nóng)業(yè)行業(yè)部門對(duì)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的要求。

　　智能化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系的重要組成部分，智能化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備的研究與發(fā)展是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)能否得到廣泛實(shí)踐的關(guān)鍵。研究支持精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、適于不同作物種植特點(diǎn)和更為精確的智能化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備是未來農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展的重要方向。

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　　寧建，孫宜田，劉青，馬天石，劉輝，魏志明

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