談農(nóng)業(yè)農(nóng)村機(jī)械化智能應(yīng)用前景

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《史記•三皇本紀(jì)》記載：斲木為耜，揉木為耒，耒耨之用，以教萬(wàn)人。人類農(nóng)業(yè)從刀耕火種的原始農(nóng)業(yè)，走過(guò)鐵犁牛耕的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，迄今已進(jìn)入機(jī)械化的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。隨著自動(dòng)化、信息化、智能化等技術(shù)的快速發(fā)展，未來(lái)數(shù)字農(nóng)業(yè)、精細(xì)農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。智慧農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)是智能的農(nóng)機(jī)裝備，而智能的農(nóng)機(jī)裝備的重要組成部分就是智能導(dǎo)航技術(shù)?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)顯示智慧農(nóng)業(yè)可以通過(guò)精準(zhǔn)定位、精準(zhǔn)送達(dá)明顯減少生產(chǎn)過(guò)程中農(nóng)藥、化肥的不當(dāng)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(dá)國(guó)家如美國(guó)，其農(nóng)業(yè)70%已完成智慧化，美國(guó)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(jī)械導(dǎo)航系統(tǒng)使用率達(dá)90%。我國(guó)從20世紀(jì)末開(kāi)始，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚顯著，產(chǎn)業(yè)規(guī)?；蛯I(yè)化發(fā)展迅速，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化有了更精準(zhǔn)要求，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展呈現(xiàn)新的趨勢(shì)，農(nóng)業(yè)機(jī)械智能導(dǎo)航技術(shù)正越來(lái)越受到關(guān)注。為此，由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社出版的《農(nóng)業(yè)機(jī)械智能導(dǎo)航技術(shù)》一書主要圍繞2個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題展開(kāi)探究。一是農(nóng)機(jī)智能導(dǎo)航的定位系統(tǒng)，即要能夠精準(zhǔn)判斷農(nóng)機(jī)當(dāng)前的絕對(duì)位置、已知的參考位置，以及本機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；二是農(nóng)機(jī)智能導(dǎo)航的控制系統(tǒng)，同樣需要精準(zhǔn)確定操作控制量的大小、角度和速度，并實(shí)施控制。全書共10個(gè)章節(jié)，綜合性、系統(tǒng)性、前瞻性地梳理和總結(jié)了作者及其研究團(tuán)隊(duì)近年來(lái)的科研成果，專業(yè)性強(qiáng)，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(guān)專業(yè)的教師和學(xué)生作為教科和學(xué)習(xí)的參考書，也可作為相關(guān)領(lǐng)域研究人員或技術(shù)人員的實(shí)踐指導(dǎo)用書。

書中緒論部分對(duì)精細(xì)農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航進(jìn)行了概述，理清了經(jīng)典農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)與智能農(nóng)機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)系和區(qū)別，并指出農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)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(dòng)農(nóng)業(yè)規(guī)模化現(xiàn)代化發(fā)展。各章節(jié)中，首先對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械智能導(dǎo)航的定位技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，包括農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展歷程和目前已經(jīng)形成的關(guān)鍵技術(shù)。并以GPS為例，詳細(xì)介紹了導(dǎo)航定位系統(tǒng)的原理和工作方式。在機(jī)器視覺(jué)定位技術(shù)方面，書中指出圖像處理是機(jī)器視覺(jué)導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)，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(shù)，則重點(diǎn)介紹了卡爾曼濾波及其改進(jìn)算法。關(guān)于農(nóng)業(yè)機(jī)械智能導(dǎo)航的控制技術(shù)主要包括2個(gè)部分，即智能導(dǎo)航轉(zhuǎn)向操縱控制技術(shù)和智能導(dǎo)航?jīng)Q策控制技術(shù)。而基于遺傳算法的自適應(yīng)模糊控制具有良好的動(dòng)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(jī)械智能導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的幾個(gè)案例，如農(nóng)機(jī)具視覺(jué)導(dǎo)航終端、農(nóng)用車輛智能導(dǎo)航系統(tǒng)、農(nóng)用車輛導(dǎo)航系統(tǒng)、玉米中耕除草復(fù)合導(dǎo)航系統(tǒng)等。書的最后，對(duì)多機(jī)協(xié)同作業(yè)中的農(nóng)機(jī)避障技術(shù)展開(kāi)論述，主要介紹了跟隨式主從導(dǎo)航系統(tǒng)、基于激光雷達(dá)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和基于特征點(diǎn)匹配的全景相機(jī)圖像拼接，可以為農(nóng)機(jī)避障的實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)支持?！掇r(nóng)業(yè)機(jī)械智能導(dǎo)航技術(shù)》一書專業(yè)性強(qiáng)，相關(guān)研究實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)全面系統(tǒng)，配合數(shù)據(jù)圖表、野外機(jī)械操作圖片和試驗(yàn)作物圖片，既是學(xué)科教學(xué)和學(xué)習(xí)的專業(yè)指導(dǎo)教科書，也具有很高的實(shí)踐操作參考價(jià)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(shì)，智能控制技術(shù)是智慧農(nóng)業(yè)的重要支撐技術(shù)，農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航控制技術(shù)是農(nóng)機(jī)智慧作用的核心技術(shù)。我國(guó)當(dāng)前從本國(guó)農(nóng)業(yè)實(shí)際出發(fā)，加大智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)研究。2017年，國(guó)家設(shè)立“數(shù)字農(nóng)業(yè)”專項(xiàng)，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(dǎo)航系統(tǒng)BDS的建設(shè)，為我國(guó)農(nóng)機(jī)智能導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展提供了基礎(chǔ)信息平臺(tái)。目前，我國(guó)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(shí)施農(nóng)業(yè)機(jī)械智能導(dǎo)航系統(tǒng)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前60%的播種機(jī)、耕地機(jī)都已經(jīng)安裝了導(dǎo)航系統(tǒng)。隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集聚，專業(yè)化和規(guī)模化的提高，未來(lái)農(nóng)業(yè)機(jī)械智能導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展將成為我國(guó)發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)的重點(diǎn)和亮點(diǎn)。

作者：張漫 劉剛 李民贊 單位：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社