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談農(nóng)業(yè)農(nóng)村機械化智能應(yīng)用前景

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談農(nóng)業(yè)農(nóng)村機械化智能應(yīng)用前景

《史記•三皇本紀(jì)》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(shù)的快速發(fā)展,未來數(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。智慧農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)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(dǎo)航技術(shù)?,F(xiàn)有數(shù)據(jù)顯示智慧農(nóng)業(yè)可以通過精準(zhǔn)定位、精準(zhǔn)送達(dá)明顯減少生產(chǎn)過程中農(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(dǎo)航系統(tǒng)使用率達(dá)90%。我國從20世紀(jì)末開始,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,對農(nóng)業(yè)機械化有了更精準(zhǔn)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(dǎo)航技術(shù)正越來越受到關(guān)注。為此,由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社出版的《農(nóng)業(yè)機械智能導(dǎo)航技術(shù)》一書主要圍繞2個關(guān)鍵技術(shù)問題展開探究。一是農(nóng)機智能導(dǎo)航的定位系統(tǒng),即要能夠精準(zhǔn)判斷農(nóng)機當(dāng)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(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(jié)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(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)人員的實踐指導(dǎo)用書。

書中緒論部分對精細(xì)農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)機械自動導(dǎo)航進行了概述,理清了經(jīng)典農(nóng)機自動導(dǎo)航系統(tǒng)與智能農(nóng)機導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)系和區(qū)別,并指出農(nóng)機自動導(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(dǎo)航的定位技術(shù)進行了詳細(xì)闡述,包括農(nóng)業(yè)機械導(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。在機器視覺定位技術(shù)方面,書中指出圖像處理是機器視覺導(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),則重點介紹了卡爾曼濾波及其改進算法。關(guān)于農(nóng)業(yè)機械智能導(dǎo)航的控制技術(shù)主要包括2個部分,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(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的幾個案例,如農(nóng)機具視覺導(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,對多機協(xié)同作業(yè)中的農(nóng)機避障技術(shù)展開論述,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(shù)支持?!掇r(nóng)業(yè)機械智能導(dǎo)航技術(shù)》一書專業(yè)性強,相關(guān)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(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(shù)是智慧農(nóng)業(yè)的重要支撐技術(shù),農(nóng)機自動導(dǎo)航控制技術(shù)是農(nóng)機智慧作用的核心技術(shù)。我國當(dāng)前從本國農(nóng)業(yè)實際出發(fā),加大智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)研究。2017年,國家設(shè)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(dǎo)航系統(tǒng)BDS的建設(shè),為我國農(nóng)機智能導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展提供了基礎(chǔ)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(dǎo)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(dǎo)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?,未來農(nóng)業(yè)機械智能導(dǎo)航技術(shù)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(xué)出版社

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