談農(nóng)業(yè)農(nóng)村機械化智能應用前景

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《史記•三皇本紀》記載：斲木為耜，揉木為耒，耒耨之用，以教萬人。人類農(nóng)業(yè)從刀耕火種的原始農(nóng)業(yè)，走過鐵犁牛耕的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，迄今已進入機械化的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。隨著自動化、信息化、智能化等技術的快速發(fā)展，未來數(shù)字農(nóng)業(yè)、精細農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢。智慧農(nóng)業(yè)的基礎是智能的農(nóng)機裝備，而智能的農(nóng)機裝備的重要組成部分就是智能導航技術。現(xiàn)有數(shù)據(jù)顯示智慧農(nóng)業(yè)可以通過精準定位、精準送達明顯減少生產(chǎn)過程中農(nóng)藥、化肥的不當施用量，減少灌溉水，顯著提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的投入產(chǎn)出比。發(fā)達國家如美國，其農(nóng)業(yè)70%已完成智慧化，美國農(nóng)業(yè)部2019年調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，主要農(nóng)作物田間作業(yè)機械導航系統(tǒng)使用率達90%。我國從20世紀末開始，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚顯著，產(chǎn)業(yè)規(guī)模化和專業(yè)化發(fā)展迅速，對農(nóng)業(yè)機械化有了更精準要求，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展呈現(xiàn)新的趨勢，農(nóng)業(yè)機械智能導航技術正越來越受到關注。為此，由中國農(nóng)業(yè)大學出版社出版的《農(nóng)業(yè)機械智能導航技術》一書主要圍繞2個關鍵技術問題展開探究。一是農(nóng)機智能導航的定位系統(tǒng)，即要能夠精準判斷農(nóng)機當前的絕對位置、已知的參考位置，以及本機的運動狀態(tài)；二是農(nóng)機智能導航的控制系統(tǒng)，同樣需要精準確定操作控制量的大小、角度和速度，并實施控制。全書共10個章節(jié)，綜合性、系統(tǒng)性、前瞻性地梳理和總結了作者及其研究團隊近年來的科研成果，專業(yè)性強，可作為高等院?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)信息化等相關專業(yè)的教師和學生作為教科和學習的參考書，也可作為相關領域研究人員或技術人員的實踐指導用書。

書中緒論部分對精細農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)機械自動導航進行了概述，理清了經(jīng)典農(nóng)機自動導航系統(tǒng)與智能農(nóng)機導航系統(tǒng)的關系和區(qū)別，并指出農(nóng)機自動導航的主要功能包括解放人力、提高作業(yè)精度、提高投入產(chǎn)出比、推動農(nóng)業(yè)規(guī)?；F(xiàn)代化發(fā)展。各章節(jié)中，首先對農(nóng)業(yè)機械智能導航的定位技術進行了詳細闡述，包括農(nóng)業(yè)機械導航系統(tǒng)的發(fā)展歷程和目前已經(jīng)形成的關鍵技術。并以GPS為例，詳細介紹了導航定位系統(tǒng)的原理和工作方式。在機器視覺定位技術方面，書中指出圖像處理是機器視覺導航的關鍵技術，并分別介紹了RGB、HSI和YUV3種彩色模型。多傳感器信息融合定位技術，則重點介紹了卡爾曼濾波及其改進算法。關于農(nóng)業(yè)機械智能導航的控制技術主要包括2個部分，即智能導航轉(zhuǎn)向操縱控制技術和智能導航?jīng)Q策控制技術。而基于遺傳算法的自適應模糊控制具有良好的動態(tài)和靜態(tài)特性，控制精度更高。另外，還專門介紹了農(nóng)業(yè)機械智能導航系統(tǒng)設計開發(fā)的幾個案例，如農(nóng)機具視覺導航終端、農(nóng)用車輛智能導航系統(tǒng)、農(nóng)用車輛導航系統(tǒng)、玉米中耕除草復合導航系統(tǒng)等。書的最后，對多機協(xié)同作業(yè)中的農(nóng)機避障技術展開論述，主要介紹了跟隨式主從導航系統(tǒng)、基于激光雷達的點云數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和基于特征點匹配的全景相機圖像拼接，可以為農(nóng)機避障的實現(xiàn)提供技術支持。《農(nóng)業(yè)機械智能導航技術》一書專業(yè)性強，相關研究實驗數(shù)據(jù)全面系統(tǒng)，配合數(shù)據(jù)圖表、野外機械操作圖片和試驗作物圖片，既是學科教學和學習的專業(yè)指導教科書，也具有很高的實踐操作參考價值。智慧農(nóng)業(yè)是世界現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，智能控制技術是智慧農(nóng)業(yè)的重要支撐技術，農(nóng)機自動導航控制技術是農(nóng)機智慧作用的核心技術。我國當前從本國農(nóng)業(yè)實際出發(fā)，加大智慧農(nóng)業(yè)技術研究。2017年，國家設立“數(shù)字農(nóng)業(yè)”專項，2019年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部又《數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展規(guī)劃（2019—2025年）》。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)BDS的建設，為我國農(nóng)機智能導航技術的發(fā)展提供了基礎信息平臺。目前，我國新疆墾區(qū)的規(guī)?；藁óa(chǎn)業(yè)基地，由于基地面積廣闊，容易實施農(nóng)業(yè)機械智能導航系統(tǒng)，據(jù)統(tǒng)計，目前60%的播種機、耕地機都已經(jīng)安裝了導航系統(tǒng)。隨著我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚，專業(yè)化和規(guī)?；奶岣撸磥磙r(nóng)業(yè)機械智能導航技術的發(fā)展將成為我國發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)的重點和亮點。

作者：張漫 劉剛 李民贊 單位：中國農(nóng)業(yè)大學出版社