开元体育我国农业自动化现状与发展趋势

　　开元体育我国农业自动化现状与发展趋势西北农林科技大学机械与电子厂程学院陕西杨凌712100简要问顾了[A1内外农业自动化的现状，分析了国内自动控制技术在农业自动化中的现状及其存在的主要问题，探讨了我国农业自动化的发展趋势，对以后农业机械自动化产品的改进、完善以及自动化的开发，提出了新的思路。t关键词】自动控制;农业自动化;综述;农业机械(中图分类号」S23-01[文献标识码](文章编号]1003-188X(2003)03-0008-03随着现代科学技术的进步和现代高效农业的不断发展，自动化控制技术在农业现代过程中不可替代的地位和作用越来越被人们所认识。农业自动化能够大大提高劳动生产率和增加劳动舒适性，而且随着经济的全球化，面临农产品开放进口和市场竞争的压力，现代农业只有通过进一步提高生产率、降低生产成本和提高产品品质才能生存。从这些新的需求出发，农业生产向着高效率和高精度的机械化、自动化方向发展是必然的选择。本文对我国现有的几种在农业中应用的自动化控制技术进行了总结，分析了各类农业机械自动化产品的现状，指出了这些机械存在的主要问题，最后根据国内农业自动化的要求并结合国外的农业自动化技术，探讨了我国农业自动化的发展趋势。国内外农业自动化的现状1.1国外农业自动化的现状近些年来，国外农业自动化飞速发展，农业机械设计向高速、宽幅、大功率、舒适的方向发展。自动化控制技术在农业机械上的应用已相当普及，一些著名厂商把自动控制、信息处理、全球定位系统和激光、遥感等现代尖端技术、装备应用于农业机械上。如一种农用激光平地机就是利用激光调平传感微机处理技术，经一次地面平整作业，即可成形，且能达到寸水不露泥的精度。美国的约翰迪尔公司所生产的水稻联合收割机就安装了一套称为GreenStar的精密作业系统。该系统能提供产量或收获量信息、湿度、待收获作物总质量等读数，能精确测量粮食升运器顶部的谷物流量及实时的产量数据，能分别对分离装置、滚筒转速、割台升降、割台倾斜和停车制动安全等装置进行快捷实时监测与控制。该机还装备GPS全球卫星定位系统)和示差定位信号，可快速确定出机器所处位置to随着现代化科学技术的飞速发展。机器人技术正越来越被世界各国所重视。1994年，关国机器人的年产1.648万台。.日本有机器人生产厂家300多个，生产机器人占世界总拥有量的60%。农业机器人已被广泛应用到各个领域.目前在农业生产方面达到实用化无人驾驶的农业机器人成果有:1994年，Fi本生物系特定产业技术研究所推进机构开发的蔬菜、果树用无人驾驶的少量农药喷洒机，利用地磁方位传感器来检测喷洒机的行走方位。日本研究出棒状传感器检测秧株，靠离合器的接通和断开实现转向自动控制的联合收割机。日本京都大学研究出利用机械式传感器检测梨耕地的壁面控制拖拉机的行走方位[z71.2国内现有的自动控制技术在农业自动化中的应用由于历史、观念和技术等方面的原因，我国传统农业机械与发达国家相比有很大差距，已远远不能适应农业的科技进步。近些年来，自动化的研究逐渐被人们所认识开元体育·(中国)官方网站，自动控制在农业上的应用越来越受到重视。例如，把计算机技术、微处理技术、传感与检测技术、信息处理技术结合起来，应用于传统农业机械，极大地促进了产品性能的提高。我国农业部门总结了一些地区的农业自动化先进经验如地区的农业生产自动化、渔业生产自动化、畜牧业生产自动化及农产品贸易自动化的开发与应用情况tat)，同时也汲取了国外一些国家的先进经验、技术.如日本的四行半喂入联合收割机川是计算机控制的自动化装置在半喂人联合收割机中的应用开元体育·(中国)官方网站，英国通过对施肥机散播肥料的动力测量来控制肥料的精确使用量t57。这些技术和方法是我国农业机械的自动化装置得到了补充和新的发展，从而形成了一系列适合我国农业特点的自动化控制技术。1.2.1已有的农亚机械及装置的部分白动化控制2002-12-25万方数据2003自动化技术提高了已有农业机械及装置的作业性能和操作性能。浙江省把自动化技术应用于茶叶机械上，成功研制出6CRK-55型可编程控制加压茶叶揉捻机，它利用计算机控制电功加压机构，能根据茶叶的具体情况编制最佳揉捻程序实现揉捻过程的自动控制，是机电一体化技术在茶叶机械上的首次成功应用[1]应用于拖拉机。在农用拖拉机上已广泛使用了机械油压式于点联结的位调节和力调节系统装置，现又在开发和采用性能更完善的电子油压式三点联结装置。应用于施肥播种机。根据行驶速度和检测种子粒数来确定播种量是否符合要求的装置.以及将马铃薯种子割成2瓣后播种的装置等。应用于谷物干燥机。不受外界条件干扰，能白动维持热风温度的装置;停电或千燥机过热引起火灾时，自动掐断燃料供给的装置[e]1.2.2微灌自动控制技术我国从20世纪50年代就开始进行节水灌溉的研究与推广据统计。到1992年，全国共有节水灌溉工程面积M2，其中喷灌面积80m2，农业节水S程取得了巨大的进展。灌溉管理自动化是发展高效农业的重要手段，高效农业和精细农业要求必须实现水资源的高效利用。采用遥感遥测等新技术监测土壤墒性和作物生长情况，对灌溉用水进行动态监测预报，实现灌溉用水管理的自动化和动态管理。在微灌技术领域，我国先后研制和改进了等流里滴灌设备、微喷灌设备、微灌带开元体育·(中国)官方网站、孔口滴头、压力补偿式滴头、折射式和旋转式微喷头、过滤器和进排气阀等设备，总结出了一套基本适合我国国情的微潜设计参数和计算方法，建立了一批新的试验示范基地。在一些地区实现了自动化灌溉系统，可以长时间地自动启闭水泵和自动按一定的轮灌顺序进行灌溉。这种系统中应用了灌水器、土壤水分传感器、温度传感器、压力传感器、水位传感器和雨量传感器、电1.2.3自动控制技术在精准农业中的应用精准农业是在传统农业与农业机装备技术上，运用高新技术进行农业生产管理。精准农业较传统农业其先进之处主要是应用全球定位系统(GPS)、地理信息技术、计算机控制技术、专家与决策知识系统，实现农业生产的定位、定量、定时，做到精耕细作和准确定位。在精准农业中使用的农业机械，其工作机构和执行部件多为机械式，液压技术多用于动力传动和控制操作，电子技术常用干监控。以上3项技术有机结合使播种施肥机、喷药机实现白动变量控制，实施按需分配控制。如果在农业机械上装有配套全球卫星定位系统的土壤有机质含量实时测试系统，在耕作时就进行实时测试，经过数据处理后，可以根据具体情况进行土壤改良。耕地机械上装有土壤坚实度传感器，测定土壤坚实度后可控制耕作深度。1999年，黑龙江省农垦总局引进的美国凯斯公司的2366轴流谷物联合收割机，并安装了一套精准农业系统。凯斯2366轴流谷物收割机精准农业系统由卫星接受天线全球定位系统GPS、差分全球定位系统DGPS)、通用卫星信号接受器、产量检测器、前进速度传感器、净粮升运器轴速传感器和数据卡及图形软件等组成[7]。凯斯2366轴流谷物收割机是中国第一套精准农业系统在农机中使用，它标志精准农业在中 国实施的开始。 1.2.4 温室自动控制技术 随着我国农业向自动化、产业化、高效农业方面的 发展，一批新型的温室在我国的华北、东北、华南、东 南等地区相继建立起来，现代化的温室计算机自动化控 制和管理系统在节能、降低劳动强度、增加产品质量和 品质方面也发挥着举足轻重的作用。中国农业大学电气 信息学院为Ili东充州市济宁农业高新技术示范园大型连 栋温室设计研制了温室计算机分布自动控制系统。该系 统由华北型连栋温室自动控制系统和上位机及软件组 成，计算机将温室环境参数，包括室内外温度、 室内湿度、土城湿度等参数按小时间隔自动存储，并定 期传送给计算机绘制出环境参数曲线。经现场运行表明， 该系统能可靠地自动采集数据[8] 农业机械自动化中存在的问题2.1 机械构造复杂、价格昂贵 在一些农业机械自动化装置中，为了提高操纵性 能和作业性能，改善了机械的部分结构或增加了一些装 置，这使得机械的构造复杂化，价格变得昂贵，修理更 加困难。为此，应开发适合生产实际而价格合理的自动 化机械，如价格低廉的中小型、多功能自动化机械。 2.2 精准农业技术不成熟 我国的精准农业技术还没有达到成熟阶段。一方面 与情准农业有关的农业规律还有大量工作要做; 另一方 面，适合于精准农业技术要求的计算机 GPS, GIS、传 感器及监测系统和变童执行设备等硬件设备还要进一步 研究，做到标准化，才有可能在农民中大量推广。 进一步提高农业机械自动控制技术的成熟度在农业机械自动化装置的研制发中，应注意提高技 术的成熟程度，即自动化技术本身的可靠性。考虑机械 装置的整机售价应适合我国农民当前的购买力、采用自 动化技术的实用性以及农民在操作使用维修保养时的方 3.2将农业自动化应用于农业水土工程中 万方数据2003 由于农业水上管理区管理点较为分散、用传统方法进行数据采集和信息传输精度差、速度慢。把电子技 术、微电子技术和通信技术紧密结合起来，采用现代方 法进行自动化监控和管理非常必要，如在渠系、灌水、 泵站等方面实现自动化监控与管理。 农业自动化向智能化方向发展3.3.1 一步发展精准农业重点发展节水、节肥精准农业技术体系的自动化控 制，实施精准灌溉、精准施肥，提高水资源和化肥资源 的利用率。精细设施农业主要发展以温室为主的自动控 制系统智能化研究，从而现降低成本、提高作物产量、 提高农产品品质。这有助于我国农业资源的高效利用和 农业环境保护，是发展持续农业的重要途径。 3.3.2 将计算机视觉技术应用于农业自动化领域 计算机视觉技术是一个相当新且发展十分迅速的 研究领域，日本、美国等发达国家已在农业计算机视觉 方面进行了广泛而深人的研究，如农业种质资源管理、 获取作物生长状态信息、农产品自动收获、农产品品质 鉴定等。英国开发研制的采摘蘑菇机器人，在定位蘑菇 采摘点和测量时，已经利用了计算机视觉和图像处理技 术[91。计算机视觉技术在我国农业生产和农业现代化方 面已开始应用，但在设施农业、虚拟农业中的应用尚处 于起步阶段，应进一步加强、加快该领域的研究与应用。 结论我国农业自动化已在设施农业中的温室自动化控 制、排灌机械自动化、部分农业机械装置自动化等方面 得到一定的发展，尤其精准农业的发展越来越得到重 视。电子技术和计算机技术的迅速发展推动了农业机器 向自动化方向发展。随着智能化技术的发展，人工智能 将是 21 世纪农业工程发展的重点。各种农业机器人或 智能化系统将在农业自动化控制中不断涌现，继续推动 和实现农业自动化是农业机械化工程技术工作者所面临 的长远课题和挑战，并进一步促进农业自动化控制技术 向智能化技术发展。 美国约翰.迪尔CTI工型水稻联合收割机 [J〕农业机械，2001, 47-50.[21 计算机在农机化管理中的应用「M].北京:清华 大学出版社，1998.1-6. 农业自动化技术的开发与研究【J1. 农业探索，2001, 国农机化，2001, 46-47.[53 J,Van 8ergeijk. PA- Precision Agriculture Dynamic AccurateFert izerAppl ication Montito- ring[j ].journal AgriculturalEngineering resea-