中国大田无人农场关键技术研究与建设实践

智慧农业是现代农业的发展方向,无人农场是实现智慧农业的重要途径。为了探索和推广无人农场在现代农业中的应用,华南农业大学对大田无人农场的关键技术进行了深入研究,包括无人农场作业环境、作业对象和作业机械装备信息的数字化感知技术;土地整治、耕整、种植、播种、田间管理和收获方案的智能化决策技术;农机自动导航和农机精准作业的精准化作业技术;农作物生长、农机运维和农场经营管理的智慧化管理技术。2020年在广东增城创建全球首个无人农场,实现了五大功能,包括耕种管收生产环节全覆盖,机库田间转移作业全自动,自动避障异况停车保安全,作物生产过程实时全监控,智能决策精准作业全无人。取得了显著的经济、社会和生态效益,2021年广东增城水稻无人农场种植的优质丝苗米十九香产量达到9934.35 kg/hm^(2),比当地的平均产量高32%;2023年湖南益阳千山红镇再生稻无人农场两季产量达到17988 kg/hm^(2),说明了人不下田也能种地,也能种好地。截至2023年11月,在国内15个省启动了30个无人农场的建设,包括水稻、小麦、玉米和花生4种作物,实践结果证明了无人农场和智慧农业发展的巨大潜力,为解决“谁来种地”和“如何种地”提供了重要途径。

农作物病虫害遥感监测关键技术研究进展与展望

病虫害是影响农作物健康生长、产量和质量的制约因素之一,加强农作物病虫害的监测,对农作物病虫害进行精准防控,对保障粮食安全,提高农产品产量和质量具有重要意义。随着信息技术的发展,农作物病虫害监测由传统的人工监测逐渐向自动化、信息化和智能化方向发展。农作物病虫害监测平台、监测传感器技术以及相关的数据分析和处理技术是研究农作物病虫害遥感监测的关键技术,这些关键技术的发展水平,决定了农作物病虫害遥感监测技术的发展水平。本文从监测平台、监测传感器技术和相关数据分析与处理技术3方面对农作物病虫害监测技术研究进展进行综述。在监测平台方面,归纳总结了地面监测平台、航空监测平台和卫星监测平台的国内外研究现状,并分析了上述平台优缺点;在监测传感器技术方面,综述了雷达传感器、图像传感器、热成像传感器和光谱传感器等在作物病虫害领域的研究进展;在相关数据分析与处理技术方面,阐述了经典统计算法、计算机图像处理算法、机器学习算法和深度学习算法在农作物病虫害监测领域的研究成果。最后提出了监测平台、监测传感器技术和相关数据分析与处理技术的未来发展趋势,以期为进一步促进我国农作物病虫害监测平台及相关技术的发展提供参考。

信息技术提升农业机械化水平

为适应中国现代农业建设的需要,保持中国农业机械化水平持续增长,实现中国农业可持续发展,该文提出,应将先进的信息技术融入中国农业机械的设计、制造、作业和管理等环节,使农业机械装备实现信息化和智能化,从而整体提升农业机械化水平。文中介绍了参数化设计、基于知识工程的农机产品设计、基于产品数据管理的并行协同设计等农机产品设计的关键技术;柔性制造、计算机集成制造、虚拟与网络制造等农机产品制造的关键技术;农情信息采集、农业机械导航、田间管理等农业机械作业的关键技术;农业机械管理、农业机械调度等关键技术。分析了这些关键技术信息化的不足,总结了世界各国的发展趋势,指出了用信息技术提升中国农业机械化水平应解决的核心问题。为加强农机装备的信息技术创新,该文建议,应突破一批智能农业装备数字化设计技术、自动导航协调控制技术及农业装备现场总线技术等关键技术;研发一批大田和设施农业生产作业系统、果园作业智能装备和畜禽水产精准生产装备等重大技术产品;构建一批水肥药田间精准作业系统、畜禽水产自动饲喂系统和自动化加工生产线等农业机械精准作业系统,从而进一步用信息技术提升农业机械化水平。

基于CORS技术的农业机械差分定位系统设计

为满足精细农业中农业机械自动导航对高精度定位数据的需求,阐述了GPS差分定位技术在精细农业中存在的问题,并介绍了CORS技术在精细农业中的重要地位。根据分析,采用低成本的GPS板卡和4G无线通讯网络模块,设计开发了一套基于CORS技术的低成本农业机械差分定位系统,并进行了系统静态内符合精度测试和动态误差测试。试验结果表明:该系统性能稳定,在晴天和阴天2种天气情况下,其静态定位内符合精度为7~8 cm(9 5%);通过多次测量求平均值,其动态定位数据与真实值的误差不超过1 0 cm,动态符合度高,可作为高精度的位置传感器用于农业机械自动导航。

虚拟样机技术在农业机械设计上的应用和发展

虚拟样机技术是一种先进的产品开发方法,它的出现给农机产品的研发提供了一个全新的设计途径。本文首先阐述了虚拟样机技术的内涵,针对农业机械设计的特点,总结出适用于当前农业机械设计领域的虚拟样机技术的概念。然后介绍了虚拟样机技术的实现方法及相关软件,提出了一种联合仿真的方案。最后概述了虚拟样机技术在国内农业机械设计领域的应用情况,展望了虚拟样机技术在农业机械设计上的发展方向。

广东省粮食干燥机械化装备技术发展研讨

广东粮食干燥理论及关键技术研究居国内领先,多项技术已走到国际前沿,但新技术产品的产业化应用步伐相对比较缓慢,主要原因是缺乏有技术实力的制造企业,社会资金与流动性过剩,农村缺少投资渠道,没有形成有效的推广机制。受粮食干燥设备一次性投入多,农民购买力有限,市场行为不规范等多种因素的影响,推广粮食机械化干燥新技术存在很大困难,需要政府从政策上给予扶持。建议政府部门把粮食产地干燥成套新技术纳入农村的农业生产基础设施建设的范畴,通过公益性示范、技术培训和推广展示等途径,推进新技术产品的产业化应用。

提高农业机械化水平促进农业可持续发展

在中国农业现代化建设中,影响农业资源可持续发展的主要因素是土、种、肥、药、水。精准耕整技术、精准播种技术、精准施肥技术、精准施药技术和精准灌溉技术是提高农业资源利用率的几项关键技术。提高农业机械化水平,是促进农业资源可持续发展的重要途径之一。该文介绍了提高农业资源利用率的机械化精准作业关键技术与机具。为了进一步发挥农业机械化在提高农业资源利用率、促进农业可持续发展中的作用,该文建议:进一步加强农机农艺融合,加强相关基础理论研究;进一步加强相关关键技术的研究;进一步加强相关机械与装备制造的自主创新能力;进一步加强推广应用。

水稻田间机械除草装备与技术研究现状及发展趋势

水稻田间机械除草技术在减量除草剂防治和有机稻草害控制的研究和应用中具有重要作用。该文在收集、整理国内外水稻田间机械除草装备与技术研究现状的基础上,指出了现有除草装备的不足之处,并总结了水稻田间机械除草技术的类型和特点,最后提出水稻田间机械除草技术应向着智能化、仿生化和多种除草技术联合化发展,进而提高除草精度,使其在水稻生产中发挥更大的作用。

基于微小型无人机的遥感信息获取关键技术综述

近年来,基于微小型无人机的遥感信息获取技术广泛应用在农业领域。采用微小型无人机遥感信息平台获取农田作物信息,具有运行成本低、灵活性高以及获取数据实时快速等特点,是目前农田作物信息快速获取的主要方法之一,是精准农业发展的重要方向。该文主要对微小型无人机遥感技术平台的发展、遥感信息获取技术、遥感图像的处理与解析、以及微小型无人机遥感平台应用在作物信息监测和生产管理等方面进行了深入剖析,强调了遥感信息获取与解析技术的重要性和存在的问题,受微小型无人机飞行稳定性和载荷量的限制,如何实时快速准确地调整机载遥感传感器的姿态使被测目标始终处于监测视野中,并实现图像信息的远距离获取与传输,以及如何处理和解析无人机遥感系统获取高质量的遥感图像是微小型无人机遥感技术能否被广泛应用在各研究领域的关键技术。最后,提出了增强无人机飞行控制系统的高稳定性、遥感图像的精确获取及数据的实时传输和高精度的图像后处理方法,对作物信息监测技术的发展和应用具有重大意义,是实现大面积精准农业生产管理决策的重要依据。

基于Kalman滤波和纯追踪模型的农业机械导航控制

以KUBOTA SPU-68水田插秧机为试验平台,以RTK-DGPS为主要导航方式,辅以航向姿态参考系统AHRS500GA-227,研究提高农业机械导航控制精度的方法。在重点对GPS倾斜误差校正的基础上,设计了Kalman滤波器对定位数据进行平滑处理,同时实现磁航向传感器偏移误差的在线辨识与航向校正。采用纯追踪模型实现农业机械直线跟踪控制,基于ITAE优化准则,仿真研究了最佳前视距离的确定方法。试验结果表明:GPS倾斜误差校正和Kalman滤波后的导航参数可以更真实地反映插秧机水田实际运动状态;纯追踪模型可以用于插秧机田间作业直线导航,当行进速度0.6 m/s时,直线跟踪最大误差小于0.17 m,平均误差小于0.02 m。

改进纯追踪模型的农业机械地头转向控制方法

根据农业机械田间地头转向的特点,提出了一种基于改进纯追踪模型的农业机械地头转向控制方法。以简化二轮车作为运动学模型,使用直线组合进行地头转向路径规划,采用BP神经网络实现动态调节前视距离改进纯追踪算法,用该算法进行路径跟踪,实现地头转向动作。MATLAB/Simulink仿真结果表明,该基于改进纯追踪模型的农业机械地头转向控制方法路径规划简单、占用空间小、跟踪精度较高。

农业机械导航中的航向角度估计算法

研究农业机械航向角度的动态测量与估计方法,对其导航定位和导航控制具有重要意义。该文以日本久保田插秧机为研究对象,采用HMR3000电子罗盘和ADXRS300微机械陀螺仪组合进行农业机械航向角度动态测试的研究。提出了基于协方差函数的加窗估计算法,用于在线估计电子罗盘和微机械陀螺的测量方差。在此基础上,提出利用自适应加权融合算法,融合电子罗盘和微机械陀螺信息,实现农业机械航向角度的动态测试与精确估计。试验结果表明,所提出的自适应加权融合估计算法适用于农业机械动态条件下的航向角度测试,具有良好的抗干扰能力,可以平滑和滤除测试噪声,为导航控制提供更为精确和可靠的航向角度估计数据且经济性较好。

浙江省水稻精量机械穴直播技术研究与示范

为促进直播技术在浙江省水稻生产上的应用,进行精量机穴播、撒直播、手插秧等不同种植方式的比较试验,同时进行水稻机穴播的生产示范。研究结果表明,在机穴播密度为23.5万hm2时,杂交籼稻内2优6号、杂交粳稻甬优9号和甬优12的产量和手插秧相近,都显著高于撒直播;机穴播的优势在于分蘖发生早且多,与手插秧相比,内2优6号、甬优9号和甬优12机穴播的每穗粒数分别降低7.92%、24.88%和15.68%,但有效穗数分别增加11.75%、21.92%和31.11%。2012年和2013年进行水稻机穴播生产示范,内2优6号、甬优9号和甬优12的平均产量分别达到9 667.6 kg/hm2、12 285.0 kg/hm2和12 294.8 kg/hm2,进一步说明水稻机穴播高产的可行性。

农业机械化与区域经济发展的协调性评价

农业机械化与区域经济发展互促共进,但两者的关系在不同阶段、区域表现出不同的模式与特点。应用改进了的隶属度函数协调度模型和耦合协调度模型,对1995年以来中国农业机械化与区域经济发展协调性的时空分布进行了分析。结果显示:从时间上看,1995—2010年中国农业机械化与经济发展的整体协调性较好,但波动性明显,表现为4个明显的阶段,即1996—1997年为基本不协调发展时期,1998—2001年为基本协调发展时期,2002—2004年又处于基本不协调发展时期,2005—2010年再次处于基本协调发展时期。两系统发展不协调的主要原因是农业机械化的发展速度慢于经济的发展速度。从空间上看,中国各省区农业机械化与区域经济发展的协调性存在明显的地带性差异。2010年,东部沿海地区的协调发展度高于中部地区,中部地区又明显高于西部地区,呈现出东、中、西递减的态势。

我国甘蔗种植机技术现状及存在的关键技术问题

种植是甘蔗生产过程中劳动强度最大和最重要的环节之一。我国目前主要是采用机械开沟人工摆种的种植技术,近年来也有一些联合种植机在推广使用。本文分析了我国自行研制和引进的甘蔗种植机技术及其应用情况。结合我国甘蔗种植农艺要求,指出了种植机存在的一些关键技术问题,并提出了相应的解决方案。

对加速我国农业机械化发展的思考

针对新时期我国农业机械化发展的现状,从加快土地合理流转、加强农业基础建设、加速产业结构调整、加强农机农艺融合、注重农机节能减排、发挥农垦引领作用、完善社会服务机制和加强政策支持保障8个方面进行了阐述,旨在为加快我国农业机械化的发展提供思路。

基于姿态阈值滤波的单目视觉农业机械定位方法

精确定位是农业机械实现自动导航的重要前提,提出了一种基于单目摄像机的导航定位算法。算法通过对捕获的每帧图像进行特征点检测与跟踪,基于3D-2D特征点配对方法,还原了车辆行驶过程中的姿态信息。同时,假设车辆前方小区域近似平坦,摄像机离地高度近似固定不变,算法实时求解车辆位移的绝对尺度因子,配合姿态阈值滤波器,对所求姿态信息进行在线修正。实验选择在三种不同的场景进行,以RTK-GPS定位数据作为对比,三种场景的平均相对位置偏差分别为5.459 9%、8.373 1%、6.443 94%,三种不同场景的航向角变化平均值分别为7.717 7°、5.738 9°、3.438 3°。结果表明算法可实现农业机械的自动定位,在短距离范围内具有一定的可靠性。

基于ArcGIS Server的农业机械化信息管理系统开发研究

Web GIS是GIS重要的研究方向之一。为此,主要研究了基于ArcGIS Server Java ADF和JSF框架下的Web GIS产品开发中涉及到的关键性技术。首先介绍了JSF和ArcGIS Server Java ADF的基本知识,然后对ArcGIS Server Java ADF开发技术进行了深入分析,最后提出了基于ArcGIS Server Java ADF与JSF的Web GIS系统设计。要充分发挥农业机械化在现代化农业建设中的作用,农业机械化信息管理在其中扮演着非常重要的角色。因此,利用Web GIS技术、现代化的信息采集和处理技术来设计实现农业机械化信息管理系统具有十分重要的现实意义。

中国农业航空植保产业技术创新发展战略

农业航空是现代农业的重要组成部分和反映农业现代化水平的重要标志之一。该文在分析中国农业现代化建设中对航空植保技术的需求及国内外航空植保发展现状的基础上,对中国航空植保产业体系进行了深入剖析。指出了制约中国农业航空植保产业发展的主要问题,包括现有农业航空政策法规体系不完善、配套核心科学技术研究不足、专业队伍人才匮乏、社会化服务体系不健全、与农业航空相适应的农田作业环境基础建设被忽略、制度上缺少支持农业航空发展的公益性安排等。并从提高航空植保作业适应性的多机型多作业方式、加大资金投入增强配套核心科学技术的攻关、以及出台有针对性的政策加强管理和规范等方面提出了大力推进中国农业航空植保产业快速健康发展的战略及对策建议。最后对未来3个五年计划内中国对航空植保技术的需求情况进行了预测。分析预测表明,中国农业航空产业是一个尚未真正启动的大产业,未来中国农业航空市场的需求将会有爆发性增长,拉动新增机型投入将达到465亿元以上。随着相关制度及配套核心技术的不断完善,中国农业航空产业必将得到健康、有序和高速发展,有利于实现农业病虫害统防统治,实现精准作业,极大地提速中国现代农业的进程。

荔枝采摘机械手果实识别与定位技术

针对采摘机械手在自然环境下对荔枝的识别和精确定位问题进行研究.通过分析自然环境成熟荔枝的颜色特征,选取HSV颜色模型进行阀值分割,去除荔枝图像的复杂背景,并利用模糊C-均值聚类法(FCM)对图像中荔枝果实和果梗进行分割,试验结果表明:有效识别果实和果梗的正确率为93.3%.通过计算果实"质心"与果梗的距离最大值确定荔枝采摘点,利用基于色调空间的彩色图像匹配法和极限约束法进行果梗采摘点的立体匹配,实现了采摘点的空间定位,定位试验结果表明:定位坐标中深度值误差小于3 cm,深度值误差率小于5.64%,能满足实际作业中荔枝采摘机械手的定位精度要求.