談農業農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。人類農業從刀耕火種的原始農業，走過鐵犁牛耕的傳統農業，迄今已進入機械化的現代農業。隨著自動化、信息化、智能化等技術的快速發展，未來數字農業、精細農業、智慧農業是現代農業的發展趨勢。智慧農業的基礎是智能的農機裝備，而智能的農機裝備的重要組成部分就是智能導航技術。現有數據顯示智慧農業可以通過精準定位、精準送達明顯減少生產過程中農藥、化肥的不當施用量，減少灌溉水，顯著提高農業產業的投入產出比。發達國家如美國，其農業70%已完成智慧化，美國農業部2019年調查數據顯示，主要農作物田間作業機械導航系統使用率達90%。我國從20世紀末開始，農業產業集聚顯著，產業規模化和專業化發展迅速，對農業機械化有了更精準要求，現代農業機械的發展呈現新的趨勢，農業機械智能導航技術正越來越受到關注。為此，由中國農業大學出版社出版的《農業機械智能導航技術》一書主要圍繞2個關鍵技術問題展開探究。一是農機智能導航的定位系統，即要能夠精準判斷農機當前的絕對位置、已知的參考位置，以及本機的運動狀態；二是農機智能導航的控制系統，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，綜合性、系統性、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，專業性強，可作為高等院校現代農業、智慧農業、農業信息化等相關專業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業、智慧農業、農業機械自動導航進行了概述，理清了經典農機自動導航系統與智能農機導航系統的關系和區別，并指出農機自動導航的主要功能包括解放人力、提高作業精度、提高投入產出比、推動農業規模化現代化發展。各章節中，首先對農業機械智能導航的定位技術進行了詳細闡述，包括農業機械導航系統的發展歷程和目前已經形成的關鍵技術。并以GPS為例，詳細介紹了導航定位系統的原理和工作方式。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。關于農業機械智能導航的控制技術主要包括2個部分，即智能導航轉向操縱控制技術和智能導航決策控制技術。而基于遺傳算法的自適應模糊控制具有良好的動態和靜態特性，控制精度更高。另外，還專門介紹了農業機械智能導航系統設計開發的幾個案例，如農機具視覺導航終端、農用車輛智能導航系統、農用車輛導航系統、玉米中耕除草復合導航系統等。書的最后，對多機協同作業中的農機避障技術展開論述，主要介紹了跟隨式主從導航系統、基于激光雷達的點云數據采集系統和基于特征點匹配的全景相機圖像拼接，可以為農機避障的實現提供技術支持。《農業機械智能導航技術》一書專業性強，相關研究實驗數據全面系統，配合數據圖表、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指導教科書，也具有很高的實踐操作參考價值。智慧農業是世界現代農業發展的必然趨勢，智能控制技術是智慧農業的重要支撐技術，農機自動導航控制技術是農機智慧作用的核心技術。我國當前從本國農業實際出發，加大智慧農業技術研究。2017年，國家設立“數字農業”專項，2019年農業農村部又《數字農業農村發展規劃（2019—2025年）》。北斗衛星導航系統BDS的建設，為我國農機智能導航技術的發展提供了基礎信息平臺。目前，我國新疆墾區的規模化棉花產業基地，由于基地面積廣闊，容易實施農業機械智能導航系統，據統計，目前60%的播種機、耕地機都已經安裝了導航系統。隨著我國農業產業集聚，專業化和規模化的提高，未來農業機械智能導航技術的發展將成為我國發展智慧農業的重點和亮點。

作者：張漫 劉剛 李民贊 單位：中國農業大學出版社