第一章农机化7、8(学生版） 信息技术在农业机械化工程领域中的应用农业工程概论 教学课件

华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 一、农业信息化与数字化农业的概念一、农业信息化与数字化农业的概念(一一)农业信息化的概念农业信息化的概念 农业信息化可理解为将各种信息化技术普遍应用农业信息化可理解为将各种信息化技术普遍应用于整个农业领域的生产、管理及服务的全过程，使农于整个农业领域的生产、管理及服务的全过程，使农业生产高度信息化、智能化，从而极大地节约劳动成业生产高度信息化、智能化，从而极大地节约劳动成本、提高农业效率和农业生产力水平的过程。本、提高农业效率和农业生产力水平的过程。1 17 7 信息技术在农业机械化工程领域信息技术在农业机械化工程领域中的应用中的应用 AgriculturalInformatizationandDigitalAgriculture 农业工程概论农业工程概论1GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 信息化技术的概念：信息化技术的概念：包括空间技术包括空间技术(“3 3S S”技术等技术等)、计算机技术、计算机技术、微电子技术、通信技术、光电技术、数字化技术等微电子技术、通信技术、光电技术、数字化技术等各种相关技术的总和。各种相关技术的总和。农业工程概论农业工程概论2GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 农业信息化的内涵（农业信息化的内涵（四化四化）：）：一是农业劳动者的高度智能化；一是农业劳动者的高度智能化；二是农业基础设施装备信息化；二是农业基础设施装备信息化；三是农业技术操作自动化控制；三是农业技术操作自动化控制；四是农业经营管理信息网络化。四是农业经营管理信息网络化。农业工程概论农业工程概论3GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 “数字农业数字农业”是利用信息技术全面促进农业、农是利用信息技术全面促进农业、农村可持续发展，建设现代化农业重要的科学支撑技术。村可持续发展，建设现代化农业重要的科学支撑技术。“数字农业数字农业”的内容主要包括农业要素、农业过程的内容主要包括农业要素、农业过程及农业管理的数字信息化。及农业管理的数字信息化。“数字农业数字农业”是农业信息化的核心，也是农业信是农业信息化的核心，也是农业信息化的具体表现形式。息化的具体表现形式。数字农业又称信息农业，它是指在地学空间和信息数字农业又称信息农业，它是指在地学空间和信息技术支撑下的集约化和信息化的农业技术。它是数字信技术支撑下的集约化和信息化的农业技术。它是数字信息与智能农机技术相结合产生的农业生产和管理技术。息与智能农机技术相结合产生的农业生产和管理技术。农业工程概论农业工程概论4GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 （二）（二）农业信息化的意义农业信息化的意义1 1农业信息化是农业发展的历史取向农业信息化是农业发展的历史取向 农业是以有生命的动植物为主要劳动对象，农业是以有生命的动植物为主要劳动对象，以土地为基本生产资料，依靠生物的生长发育以土地为基本生产资料，依靠生物的生长发育来取得动植物产品进而转化为生态、经济与社来取得动植物产品进而转化为生态、经济与社会效益的生产行业。会效益的生产行业。研究农业问题必须从生产力入手。研究农业问题必须从生产力入手。农业工程概论农业工程概论5GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 农业生产力农业生产力是农业劳动者通过生产活动获得农是农业劳动者通过生产活动获得农业产品的能力，其构成要素一般包括业产品的能力，其构成要素一般包括硬件和软件硬件和软件两两大类。硬件指劳动者、劳动对象和劳动工具，软件大类。硬件指劳动者、劳动对象和劳动工具，软件包括科技、教育、管理和信息。包括科技、教育、管理和信息。农业的发展首先是生产力的进步。农业的发展首先是生产力的进步。生生产产力力进进步步的的标标志志是是劳劳动动工工具具，一一是是劳劳动动工工具具的的技技术术性性能能，在在单单项项上上表表明明人人类类征征服服自自然然能能力力的的高高低低；二二是是使使用用劳劳动动工工具具的的普普遍遍程程度度，在在总总体体上上标标识生产力发展水平。识生产力发展水平。农业工程概论农业工程概论6GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 农业发展的历史是以劳动工具为标志的。农业发展的历史是以劳动工具为标志的。农业的发展史划分为四个阶段：农业的发展史划分为四个阶段：以木器和石器化为标志的以木器和石器化为标志的原始农业原始农业；以青铜器和铁器化为标志的以青铜器和铁器化为标志的古代农业古代农业(传统农业传统农业)；以以机机械械化化、电电气气化化、化化学学化化、水水利利化化以以及及良良种种化化等等为为主要标志的主要标志的近现代农业近现代农业；以以信信息息化化技技术术为为标标志志的的现现代代农农业业（即即用用信信息息化化技技术术改改造与提升近代农业）。造与提升近代农业）。农业工程概论农业工程概论7GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 2.2.农业信息化是一场技术革命农业信息化是一场技术革命 近近代代世世界界农农业业发发展展史史上上，经经历历了了三三次次比比较较引人注目的农业技术革命：引人注目的农业技术革命：以以拖拖拉拉机机等等农农机机具具为为标标志志的的农农业业机机械械技技术术在农业上的广泛应用是一次；在农业上的广泛应用是一次；以以现现代代遗遗传传学学理理论论、化化学学肥肥料料、有有机机农农药药为为标标志志的的生生物物和和化化学学技技术术在在农农业业生生产产中中的的应应用又是一次；用又是一次；以以生生物物技技术术与与农农业业信信息息化化技技术术为为标标志志的的新新的农业技术革命正在蓬勃兴起。的农业技术革命正在蓬勃兴起。农业工程概论农业工程概论8GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 3 3农业信息化是农业可持续发展的需要农业信息化是农业可持续发展的需要 信息农业信息农业是以农业信息化为根本标志的现代农业。是以农业信息化为根本标志的现代农业。可持续农业可持续农业则是解决社会一经济一资源一环境之间则是解决社会一经济一资源一环境之间的矛盾，以人地协调、和谐为出发点的。的矛盾，以人地协调、和谐为出发点的。可持续发展需要科学、合理的技术支持，信息农业可持续发展需要科学、合理的技术支持，信息农业和可持续农业是相辅相成的两个方面。和可持续农业是相辅相成的两个方面。农业信息化是实现农业可持续发展的加速器农业信息化是实现农业可持续发展的加速器。农业工程概论农业工程概论9GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 （三）农业电气化、自动化与信息化技术的研究领域（三）农业电气化、自动化与信息化技术的研究领域 1农业电气化与自动化技术研究的领域农业电气化与自动化技术研究的领域（1 1）提高机器作业的技术性能提高机器作业的技术性能：过程监视、控制、诊断过程监视、控制、诊断和通信。如自动对行作业、自动定向作业等。和通信。如自动对行作业、自动定向作业等。（2 2）实现节本增效和利于改善生态环境的农业作业实现节本增效和利于改善生态环境的农业作业：节约物资、能源消耗，降低作业成本以及减少对土壤、节约物资、能源消耗，降低作业成本以及减少对土壤、水体和动植物的污染。水体和动植物的污染。（3 3）过程的精确操作过程的精确操作：及时获取过程信息，精确执行过及时获取过程信息，精确执行过程控制指令。程控制指令。（4 4）改善操作条件改善操作条件：良好的人机接口与界面，操作方便良好的人机接口与界面，操作方便性，安全性和舒适性。性，安全性和舒适性。农业工程概论农业工程概论10GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 2农业信息化技术的研究领域农业信息化技术的研究领域（1 1）农业信息化的理论研究）农业信息化的理论研究（2 2）农业资源和生态环境管理信息化与数据库建设）农业资源和生态环境管理信息化与数据库建设（3 3）生物信息技术）生物信息技术（4 4）区域精准农业与虚拟农业）区域精准农业与虚拟农业（5 5）农业专家系统与决策支持系统农业专家系统与决策支持系统（6 6）农业信息化网络化服务与电子商务市场体系建设）农业信息化网络化服务与电子商务市场体系建设3 3农业信息化技术研究状况农业信息化技术研究状况农业信息化应用农业信息化应用.docdoc农业工程概论农业工程概论11GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 二、精准农业二、精准农业 PrecisionAgriculture（一）什么是精准农业（一）什么是精准农业精准农业是精准农业是80 80 年代初期国际农业领域发展起来的一年代初期国际农业领域发展起来的一门跨学科新兴的综合技术。它是通过使用基于平方米级门跨学科新兴的综合技术。它是通过使用基于平方米级的田块区别管理耕地的方式，来确定最经济、最合理、的田块区别管理耕地的方式，来确定最经济、最合理、最科学的各种农业投入，高效地利用各类农业资源，并最科学的各种农业投入，高效地利用各类农业资源，并改善环境，从而获得经济、环境等方面最佳回报的一种改善环境，从而获得经济、环境等方面最佳回报的一种管理策略和技术体系。管理策略和技术体系。是一种新的农业科学管理的理念是一种新的农业科学管理的理念和战略思想。和战略思想。农业工程概论农业工程概论12GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 精准农业的基本涵义：精准农业的基本涵义：根据作物生长的根据作物生长的土壤性状土壤性状，调节对作物的投入调节对作物的投入，即一方面查清田块内部的土壤性状与生产力空间变即一方面查清田块内部的土壤性状与生产力空间变异，另一方面确定农作物的生产目标，进行定位的异，另一方面确定农作物的生产目标，进行定位的“系统诊断、优化配方、技术组装、科学管理系统诊断、优化配方、技术组装、科学管理”，调动土壤生产力调动土壤生产力，以最少的或最节省的投入达到同，以最少的或最节省的投入达到同等收入或更高的收入，并改善环境，高效地利用各等收入或更高的收入，并改善环境，高效地利用各类农业资源，取得经济效益和环境效益。类农业资源，取得经济效益和环境效益。农业工程概论农业工程概论13GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 精准农业与传统农业的关系应该说，这种以传统农业技术为核心的精准农业是高度信息化和自动化精准农业的基础，没有传统的精准农业所形成的基本指标体系，再高的技术装备的“精准”也无从谈起。农业工程概论农业工程概论14GeneralityofAgriculturalEngineering（三）精准农业技术体系介绍（三）精准农业技术体系介绍精精 准准 农农 业业 技技 术术 体体 系系全球定位系统（全球定位系统（GPSGPS）：）：用于信息获取和实施精确定位，采用 DGPS（Differential Global Positioning System）技术提高精度地理信息系统（地理信息系统（GISGIS）：）：构建农作物精准管理空间信息数据库，表达和处理田间信息遥感系统（遥感系统（RSRS）：）：精准农业田间信息获取的关键技术作物生产管理专家决策系统（作物生产管理专家决策系统（ESES）：）：提供作物生产管理决策方案田间肥力、墒情、苗情、杂草及病虫害监测及信息采集田间肥力、墒情、苗情、杂草及病虫害监测及信息采集处理技术处理技术：传感技术、数据处理方法带带GPSGPS系统的智能化农业机械装备技术：系统的智能化农业机械装备技术：能生成田间小区产量图的收获机械，自动控制精密播种、施肥、洒药机械农业工程概论农业工程概论15GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 精准农业由十个系统组成，即精准农业由十个系统组成，即全球定位系统、农田信息全球定位系统、农田信息采集系统、农田遥感监测系统、农田地理信息系统、农业专采集系统、农田遥感监测系统、农田地理信息系统、农业专家系统、智能化农机具系统家系统、智能化农机具系统、环境监测系统、系统集成、网环境监测系统、系统集成、网络化管理系统和培训系统络化管理系统和培训系统。其核心是建立一个完善的农田地其核心是建立一个完善的农田地理信息系统（理信息系统（GISGIS），），可以说是信息技术与农业生产全面结合可以说是信息技术与农业生产全面结合的一种新型农业。的一种新型农业。精准农业并不过分强调高产，而主要强调效益。精准农业并不过分强调高产，而主要强调效益。农业工程概论农业工程概论16GeneralityofAgriculturalEngineering二二、精准农业系统流程图、精准农业系统流程图为什么说为什么说GISGIS是精准农业技术体系中的核心？是精准农业技术体系中的核心？农业工程概论农业工程概论17GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 三、农业信息技术在农业领域中的应用三、农业信息技术在农业领域中的应用（一）（一）3 3S S技术在精准农业中的应用技术在精准农业中的应用1.1.精准农业精准农业GPSGPS系统系统作用：作用：1 1、将农田各种信息精确定位，输入、将农田各种信息精确定位，输入GISGIS；2 2、农机作业轨迹的依据农机作业轨迹的依据 全球定位系统（全球定位系统（GlobalPositioningSystem-GPS）是美国国防部主要为满足军事部门对海上、陆地和空中是美国国防部主要为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的要求而建立的。设施进行高精度导航和定位的要求而建立的。农业工程概论农业工程概论18GeneralityofAgriculturalEngineering依据农业信息采集系统和专家系统提供的农机作业路线及变更作业方式的空间位置，使农机自动完成耕地、播种、施肥、中耕、灭虫、灌溉、收割等工作，包括耕地深度、施肥量、灌溉量的控制等。农业工程概论农业工程概论19GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 2.GIS2.GIS在精准农业中的应用在精准农业中的应用 精准农业离不开精准农业离不开农田地理信息系统农田地理信息系统GISGIS（GeographicalInformationSystem）的技术支的技术支持，它是构成农作物精准管理空间信息数据库的有持，它是构成农作物精准管理空间信息数据库的有力工具，田间信息通过力工具，田间信息通过GISGIS系统予以表达和处理，系统予以表达和处理，是精准农业实施的重要组成部分是精准农业实施的重要组成部分。一般由三个部分一般由三个部分数据库系统、空间分析系统数据库系统、空间分析系统和与信息采集、遥感信和与信息采集、遥感信息、农机控制息、农机控制接口部分接口部分组成。组成。农业工程概论农业工程概论20GeneralityofAgriculturalEngineering 农田地理信息系统的组成农田地理信息系统的组成 数据库系统：数据库系统：数据库是精准农业农田地理信息系统的基础，数据来源于地理背数据库是精准农业农田地理信息系统的基础，数据来源于地理背景、本底调查、实时农田采集以及经济的数据，主要的数据库有：景、本底调查、实时农田采集以及经济的数据，主要的数据库有：（1）地理背景数据库：）地理背景数据库：（2）GPS数据库：数据库：（3）土壤数据库：）土壤数据库：土壤类型、土壤质地、土壤养分、土壤微量元素土壤类型、土壤质地、土壤养分、土壤微量元素等等（4）环境数据库：）环境数据库：水（井水）、土壤、植物、空气等，水（井水）、土壤、植物、空气等，（5）气象资料数据：）气象资料数据：经纬度、海拔、日照时数、日平均温度等经纬度、海拔、日照时数、日平均温度等（6）作物数据库：）作物数据库：作物种类、作物品种、生态适应性，生长发育，作物种类、作物品种、生态适应性，生长发育，（7）农业生产条件数据库：）农业生产条件数据库：化肥投入、灌溉条件、播种面积、种植制度化肥投入、灌溉条件、播种面积、种植制度（8）化肥农药数据库：）化肥农药数据库：名、价格、形状、作用等名、价格、形状、作用等（9）影像数据库：航片、卫星数据等；）影像数据库：航片、卫星数据等；农业工程概论农业工程概论21GeneralityofAgriculturalEngineering 精准农业的空间分析系统精准农业的空间分析系统 精准农业需要特别的程序进行空间分析，以决策施肥、灌精准农业需要特别的程序进行空间分析，以决策施肥、灌溉、播种、除草、灭虫等农事操作，要开发适合我国国情的空溉、播种、除草、灭虫等农事操作，要开发适合我国国情的空间分析软件。间分析软件。接口接口 自动农田信息采集数据、自动环境信息采集数据、遥感数据、农机具指挥系统与GIS的接口。农业工程概论农业工程概论22GeneralityofAgriculturalEngineering3.3.精准农业的遥感监测系统（精准农业的遥感监测系统（RemoteSensing)遥感在精准农业中用于获取高分辨率遥感信息，遥感在精准农业中用于获取高分辨率遥感信息，得到农田内小区域长势与背景的差异，提供精准农得到农田内小区域长势与背景的差异，提供精准农业实施定位处方农作所需的信息。业实施定位处方农作所需的信息。1 1）常见的遥感平台）常见的遥感平台：（1 1）遥感车）遥感车 2 22525米米（2 2）气球）气球 50 50100100米米（3 3）飞机）飞机 1500 150025002500米米（4 4）卫星）卫星 900 900千米千米农业工程概论农业工程概论23GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 2）在精准农业中应用遥感技术的主要工作有：在精准农业中应用遥感技术的主要工作有：（1 1）作物长势及其背景监测）作物长势及其背景监测（2 2）作物冠层多光谱监测）作物冠层多光谱监测（3 3）测定叶绿素的含量）测定叶绿素的含量（4 4）应用多种遥感信息，分析叶绿素含量、叶绿素密度与）应用多种遥感信息，分析叶绿素含量、叶绿素密度与干物质积累的关系干物质积累的关系（5 5）运用多光谱遥感信息，在有作物条件下监测土壤水分）运用多光谱遥感信息，在有作物条件下监测土壤水分的理论与方法的理论与方法农业工程概论农业工程概论24GeneralityofAgriculturalEngineering（三）农田信息采集系统（三）农田信息采集系统3 3）农田信息数据的采集是实施精准农业的基础工作和首农田信息数据的采集是实施精准农业的基础工作和首要工作，是农田要工作，是农田GIS GIS 和农业专家系统的主要数据源和参数。和农业专家系统的主要数据源和参数。4 4）农田信息主要包括遥感（农田信息主要包括遥感（RSRS）信息和农田地面信息，信息和农田地面信息，二者互为补充和完善。这两种信息互相匹配，以形成一套二者互为补充和完善。这两种信息互相匹配，以形成一套精确、系统、完整的农田土壤和作物信息，从而正确引导精确、系统、完整的农田土壤和作物信息，从而正确引导智能化农机具的农作行为。智能化农机具的农作行为。5 5）农田地面信息的采集包括场区小气候采集、土壤理化性农田地面信息的采集包括场区小气候采集、土壤理化性质数据采集和作物生长环境及要素数据采集三大部分。质数据采集和作物生长环境及要素数据采集三大部分。农业工程概论农业工程概论25GeneralityofAgriculturalEngineering 农田数据采集的主要项目：农田数据采集的主要项目：土壤水分和作物叶水势：土壤含水量（不同深度土壤水分和作物叶水势：土壤含水量（不同深度)、田间田间持水量、土壤水分渗漏量、作物叶长势；持水量、土壤水分渗漏量、作物叶长势；土壤养分：土壤土壤养分：土壤N N、P P、K K，土壤有机质；土壤有机质；农田杂草：杂草种类、分布及密度；农田杂草：杂草种类、分布及密度；农田作物病虫害：农田作物病虫害类型、阶段、分布及规农田作物病虫害：农田作物病虫害类型、阶段、分布及规模；模；作物长势：与应用遥感技术的作物长势监测相互验证作物长势：与应用遥感技术的作物长势监测相互验证。农业工程概论农业工程概论26GeneralityofAgriculturalEngineering专专 家家 系系 统统 总总 体体 结结 构构（二）农业专家系统与决策系统在农业中的应用（二）农业专家系统与决策系统在农业中的应用 专家系统的总体结构专家系统的总体结构农业工程概论农业工程概论27GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 （三）虚拟技术在农业中的应用（三）虚拟技术在农业中的应用 作作物物信信息息技技术术是是指指对对有有关关作作物物生生产产中中的的生生物物、土土壤壤、气气候候、经经济济和和社社会会信信息息的的生生成成、传传递递、处处理理和和利利用用的的技技术术。主主要要包包括括作作物物系系统统模模型型模模拟拟、作作物物生生产产决决策策系系统统、图图像像识识别别与与处处理理、作作物信息系统、虚拟技术等。物信息系统、虚拟技术等。农业工程概论农业工程概论28GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 虚拟农业是虚拟农业是2020世纪世纪8080年代年代中期问世的，利用计算机技术、中期问世的，利用计算机技术、虚拟现实虚拟现实(virtualreality)技术、技术、仿真仿真(simulation)技术、多媒体技术、多媒体技术设计出虚拟作物、畜禽品种，技术设计出虚拟作物、畜禽品种，然后实际培育出能与虚拟农产品然后实际培育出能与虚拟农产品相媲美、品质最佳、产量最高、相媲美、品质最佳、产量最高、抗虫害能力最强的真实作物。抗虫害能力最强的真实作物。农业工程概论农业工程概论29GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 （六）智能控制技术在农业其它领域中的应用（六）智能控制技术在农业其它领域中的应用 所谓智能机器，指能够在定形或不定形、熟悉或所谓智能机器，指能够在定形或不定形、熟悉或不熟悉的环境中自主地或与操作人员交互作用以执行各不熟悉的环境中自主地或与操作人员交互作用以执行各种拟人任务的机器，自动控制即是能按规定程序对机器种拟人任务的机器，自动控制即是能按规定程序对机器或装置进行自动操作或控制的过程。或装置进行自动操作或控制的过程。（四）（四）网络技术在农业物流中的应用网络技术在农业物流中的应用（五）（五）计算机智能技术在农业装备与农业机械化中的应用计算机智能技术在农业装备与农业机械化中的应用农业工程概论农业工程概论30GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 1.1.灌溉作业的自动控制灌溉作业的自动控制 美美国国已已在在亚亚利利桑桑那那州州大大片片沙沙漠漠地地带带安安装装了了世世界界上上最最大大的的计计算算机机控控制制的的滴滴灌灌和和喷喷灌灌设设备备，可可以以节节省省5050以以上上的的用用水水量量和和能能量量，而而且且减减少少了了盐分集结，使产量增加一倍。盐分集结，使产量增加一倍。灌灌溉溉作作业业自自动动控控制制最最具具典典型型代代表表的的是是以以色色列列国国，众众所所周周知知，以以色色列列是是世世界界上上节节水水用用水水最最好好的的国国家家之之一一，其其农农业业生生产产基基本本实实现现了了灌灌溉溉作作业业的自动控制。的自动控制。农业工程概论农业工程概论31GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 2 2畜牧生产过程的自动控制畜牧生产过程的自动控制 2020世纪世纪8080年代国外许多国家达到了奶牛生产的自动控年代国外许多国家达到了奶牛生产的自动控制。如荷兰的全自动奶牛挤奶与养殖系统，主要从事奶牛制。如荷兰的全自动奶牛挤奶与养殖系统，主要从事奶牛个体产奶量配料和饲料管理系统（奶牛个体编号，电子自个体产奶量配料和饲料管理系统（奶牛个体编号，电子自动识别器）；澳大利亚的自动控制剪羊毛机；平养肉鸡场动识别器）；澳大利亚的自动控制剪羊毛机；平养肉鸡场鸡群体重信息采集系统支持了根据市场价格信息控制饲养鸡群体重信息采集系统支持了根据市场价格信息控制饲养成长增重规律，预测最佳的上市日期和最好经济效益的优成长增重规律，预测最佳的上市日期和最好经济效益的优化目标；种猪生长管理系统等均属此类技术。化目标；种猪生长管理系统等均属此类技术。农业工程概论农业工程概论32GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 3设施农业控制与工厂化设施农业控制与工厂化 设施农业控制与工厂化是计算机自动控制农业的设施农业控制与工厂化是计算机自动控制农业的综合利用，是将新的生物技术、信息技术与自动控制综合利用，是将新的生物技术、信息技术与自动控制技术加以综合，最终使生物生长的全过程或关键过程技术加以综合，最终使生物生长的全过程或关键过程摆脱受自然因素影响的因子而达到人工可控制。摆脱受自然因素影响的因子而达到人工可控制。农业工程概论农业工程概论33GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 4农产品收获后处理和加工农产品收获后处理和加工1)1)农产品品质的快速检测、机器视觉系统对农产品农产品品质的快速检测、机器视觉系统对农产品进行无损分级和产品质量评价、储藏加工过程参数的进行无损分级和产品质量评价、储藏加工过程参数的精细调控，市场需求的决策技术分析。精细调控，市场需求的决策技术分析。2)2)根据新的物理原理研制的用于农产品分级与检测根据新的物理原理研制的用于农产品分级与检测的新型传感器。计算机图像信息处理技术对生物对象的新型传感器。计算机图像信息处理技术对生物对象的模糊识别。的模糊识别。3)3)根本目标根本目标 ：有效利用资源；减少浪费，降低成本；：有效利用资源；减少浪费，降低成本；保护生态环境，实现农业可持续发展。保护生态环境，实现农业可持续发展。农业工程概论农业工程概论34GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 5网络技术的农业应用网络技术的农业应用1)1)网络技术的广泛应用网络技术的广泛应用 目目前前世世界界上上已已有有上上千千个个农农业业计计算算机机网网络络系系统统和和上上万个与农业有关的万维网万个与农业有关的万维网(WWW)WWW)信息网点。信息网点。2)2)农业电子贸易农业电子贸易 农农业业电电子子商商务务已已具具备备雏雏形形，具具有有电电子子商商务务因因素素的的网网站站有有100100多多家家。一一些些农农业业企企业业已已经经在在网网站站上上创创办办了了自己的专卖店。自己的专卖店。农业工程概论农业工程概论35GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 1 17 7思考题思考题 1.阐述农业信息化的内涵与农业信息化的现实意义阐述农业信息化的内涵与农业信息化的现实意义2.精准农业的定义精准农业的定义3.3.精准农业的技术平台由哪几个主要部分组成？精准农业的技术平台由哪几个主要部分组成？4.4.什么是什么是3 3S S技术？精准农业技术体系中哪个是核心？技术？精准农业技术体系中哪个是核心？农业工程概论农业工程概论36GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 （一）发展不同类型区域的全过程机械化发展不同类型区域的全过程机械化 农业机械化分三个阶段：单项机械化一基本机械化农业机械化分三个阶段：单项机械化一基本机械化全过程机械化。全过程机械化。一、我国农业机械化发展展望一、我国农业机械化发展展望 我国地域辽阔，自然条件和经济水平差别很大，各地区全过程机械化的难点、重点问题不同。21世纪初期将集中精力，因地制宜地解决好各个机械化作业体系中存在的技术难题，随着国民经济的发展，逐步实现我国的全过程机械化 1 18 8 我国农业机械化发展展望我国农业机械化发展展望 农业工程概论农业工程概论37GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 （二）发展精细化、自动化的高水平机械化作业技术（二）发展精细化、自动化的高水平机械化作业技术 1.机械化精细作业方面：如精细播种、施肥、喷药、灌水，从而大幅度地提高水、化肥、种子、农药、能源等资源的利用效率。2.优化机器操作方面：如优化拖拉机、收割机、插秧机的作业速度，优化作业深度、作业幅宽等，提高机器生产率，劳动生产率，降低消耗。3.自动化作业方面：如自动驾驶、自动监测、自动调整、自动补偿，大幅度地改善作业质量、提高作业精度、提高作业效率、减轻驾驶员劳动强度。农业工程概论农业工程概论38GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 （三）发展计算机信息系统和网络技术的先进管理技术（三）发展计算机信息系统和网络技术的先进管理技术 建立计算机信息库和专家决策系统，可以实现面向农产的农机化计算机咨询服务，对各类农机化企业的生产与经营咨询服务，如机器配备系统优化、机器作业计划与调度、机器销售与库存等。我国的农业机械化是在农户经营规模小，机器作业要求规模大，两者不相适应的情况下进行的。农业工程概论农业工程概论39GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 （四）现代工业技术与生物技术对农业机械化发展推进作用（四）现代工业技术与生物技术对农业机械化发展推进作用 将现代工业的制造技术和设计研究手段用于农业机械的设计，研究和制造，不仅使农业机械的设计制造质量和成本得到改善，并且将促进与机械化农业相适应的农艺及农业管理改革。随着现代信息技术和生物技术的发展，农业将在普遍实现机械化的基础上进一步实现自动化。信息技术，生物技术及新材料科学等现代科学技术成就必须以农业机械化为载体才有可能在农业中得到推广应用。农业工程概论农业工程概论40GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 （五）农业机械化要为农业的可持续发展服务（五）农业机械化要为农业的可持续发展服务 农业机械化是一项既可能破坏生态环境，又可以保护生态环境、促进农业可持续发展的技术。问题在于用什么样的机械化技术，如何运用?这就给农业机械化工作者提出了一项艰巨的任务，即在农业机械化试验研究、选型应用中必须坚持既增加农作物产量、降低生产成本，又能保护生态环境，促进农业的可持续发展的原则。只注意增加产量，忽视了生态环境的农业机械化，是没有生命力的。农业工程概论农业工程概论41GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 二、农业机械化工程在二、农业机械化工程在“十一五十一五”期间的发展方向期间的发展方向（一一）传传统统种种植植业业机机械械化化新新趋趋势势新新领领域域、智智能能化化、成成套套化化、节本增效节本增效（二）（二）优势农产品生产全程机械化（产前、产中、产后）优势农产品生产全程机械化（产前、产中、产后）1 1水稻全程机械化的育秧、栽植、收获机械水稻全程机械化的育秧、栽植、收获机械2 2玉米收获机械玉米收获机械3 3薯类收获机械薯类收获机械4 4棉花、油菜、块根块茎类作物的栽植、管理与收获机械棉花、油菜、块根块茎类作物的栽植、管理与收获机械农业工程概论农业工程概论42GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 （三）（三）新兴产业农机装备的研制新兴产业农机装备的研制1 1特色农业机械特色农业机械2 2农作物产后集运、清理、干燥、贮存设备农作物产后集运、清理、干燥、贮存设备3 3蔬菜水果产后加工处理设备蔬菜水果产后加工处理设备4 4工厂化种养殖设备与控制系统工厂化种养殖设备与控制系统农业工程概论农业工程概论43GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 （四）（四）可持续农业重大农机装备可持续农业重大农机装备1 1保护性耕作技术与装备保护性耕作技术与装备2 2节水作业机具与装备节水作业机具与装备3 3环保型施肥施药设备环保型施肥施药设备4 4新型农田基本建设装备新型农田基本建设装备5 5农副产品废弃物综合利用设备农副产品废弃物综合利用设备6 6生物能源与生物材料加工转化利用设备生物能源与生物材料加工转化利用设备农业工程概论农业工程概论44GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 三三、未未来来十十五五年年我我国国农农机机化化整整体体上上由由初初级级阶阶段段进入发展的中级阶段：进入发展的中级阶段：耕种收综合机械化水平：耕种收综合机械化水平：40%40%务农劳动力占社会总劳力：务农劳动力占社会总劳力：40%40%农业工程概论农业工程概论45GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 n种植业综合机械化（耕种收）水平20202020年要达到707035%35%33%33%23%23%9%60%60%20%20%7%13%13%2005年年2020年年种种 植植 业业 劳劳 动动 力力1.67亿亿0.74亿亿城镇人口城镇人口林业、渔业等其它林业、渔业等其它种植业人口种植业人口乡村二、三产业乡村二、三产业农村劳动力将继续快速转移农村劳动力将继续快速转移农业工程概论农业工程概论46GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 耕地耕地面积面积种植业种植业劳动力劳动力劳均负担劳均负担面积面积200518.3亿1.67亿10.9亩亩202017.85亿0.74亿24.12亩亩劳均负担耕地面积明显扩大劳均负担耕地面积明显扩大 项目项目 年份年份农业工程概论农业工程概论47GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 7.27.2亩亩亩亩16.816.8亩亩亩亩2020年劳均耕地面积年劳均耕地面积24亩亩 提高机械化水平是不撂提高机械化水平是不撂荒耕地，实现国家粮食安荒耕地，实现国家粮食安全的物质保障全的物质保障劳动力可负劳动力可负担面积担面积（30%）机器必须机器必须负担面积负担面积（70%）农村农村劳力结构性短缺、必须提高机械化水平劳力结构性短缺、必须提高机械化水平农业工程概论农业工程概论48GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 种植业劳动种植业劳动生产率提高生产率提高3.1倍倍10.9亩亩24 亩亩提高提高40%扩大劳均面积扩大劳均面积 提高劳动生产率提高劳动生产率作物作物单产单产劳均劳均面积面积20052020农业工程概论农业工程概论49GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 劳动生劳动生产率高产率高垦垦区区劳劳均均产产粮粮31.931.9吨吨、为为农农村村的的1010倍倍，垦区劳均产棉为农村的垦区劳均产棉为农村的1616倍倍。土地产土地产出率高出率高粮粮食食亩亩产产364364公公斤斤比比农农村村高高17.6%17.6%，棉棉花花亩亩产产101101kg kg 比农村高比农村高50%50%。资源利资源利用率高用率高农农机机利利用用率率比比相相同同条条件件农农村村高高2 23 3倍倍，燃燃油利用率高油利用率高30%30%。提高机械化水平的效益提高机械化水平的效益农垦实例农垦实例农业工程概论农业工程概论50GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 提高农业提高农业机械化水平机械化水平机器配备机器配备能源消耗能源消耗增加增加增加增加转变转变增长方式增长方式优化优化降低降低n 提高机械化水平与转变增长方式农业工程概论农业工程概论51GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 利用率利用率利用率利用率率低率低率低率低机器利用率机器利用率与韩国相比与韩国相比低低 48%48%左右左右 能耗能耗能耗能耗大大大大农村作业亩农村作业亩耗油比大型耗油比大型国营农场大国营农场大 30%30%配套农配套农机具少机具少拖拉机和农具拖拉机和农具配套比配套比 1:1.61:1.6国外国外1:41:4农机动力配备及能源消耗问题分析农机动力配备及能源消耗问题分析农业工程概论农业工程概论52GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 改革耕作制度与耕作技术改革耕作制度与耕作技术机械共同利用机械共同利用机械结构优化机械结构优化如实施保护性耕作如实施保护性耕作如发展多功能机具，提高拖拉机与农具配套比如发展多功能机具，提高拖拉机与农具配套比如提高社会化服务如提高社会化服务转变增长方式之一转变增长方式之一提高机器利用率提高机器利用率农业工程概论农业工程概论53GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 改革耕作技术与制度改革耕作技术与制度：节油节油1515%左右（保护性耕作节油左右（保护性耕作节油20%20%30%30%）机械节能机械节能：节油节油7%7%12%(12%(采用高效节能机械与节能装置）采用高效节能机械与节能装置）扩大经营规模：节油扩大经营规模：节油 3%3%6%6%土地整治：土地整治：节油节油2%2%4%4%转变增长方式之二转变增长方式之二降低单位作业能耗降低单位作业能耗措施措施20202020年单位作业面积油耗降低年单位作业面积油耗降低 27%27%37%37%目标目标农业工程概论农业工程概论54GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 0.7%2.07%1.86%1.61%1957-20031957-20032006200620042004200520052.26%2.26%2006-20202006-2020 至至20202020年年农农业业综综合合机机械械化化水水平平达达 到到70%70%，今后需要年增长率达到今后需要年增长率达到 2.26%2.26%农业工程概论农业工程概论55GeneralityofAgriculturalEngineering华中农业大学华中农业大学教育部国家教育部国家211211工程重点大学工程重点大学 18思考题1阐述未来农业机械化工程的发展趋势阐述未来农业机械化工程的发展趋势2.2.阐述农业机械化发展与农业可持续发展的关系阐述农业机械化发展与农业可持续发展的关系农业工程概论农业工程概论56GeneralityofAgriculturalEngineering