农业装备的软能力和硬能力

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1、Labor Labor availability the availability the need to control costs need to control costs and protect environment and protect environment are are driving factors for an autonomous future in agriculturedriving factors for an autonomous future in agriculture BUILDING SOFTWARE CAPABILITY TO DELIVERY FI

2、RST RATE BUILDING SOFTWARE CAPABILITY TO DELIVERY FIRST RATE HARDWAREHARDWARE FARMING EQUIPMENT TECHNOLOGY IN FARMING EQUIPMENT TECHNOLOGY IN PROGRESSPROGRESS 农业装备的软能力和硬能力 农业机械的作业对象是土壤 动植物等有系统组织结构和生物活性的客 体 它与农业科学和生物与生命科学技术相互交叉 渗透 融合 才能满足 现代农业生产工艺技术要求 农业生产系统的开放性 要求农业机械适应农业生产环境的时空变化 动植物生理生态的变化 采取精确 恰当

3、的作业 计算机辅助决策技术 信 息技术等高新技术的应用必然成为农业机械技术发展变化的总体趋势 加速先进的农业机械与农业生产技术相互融合 强化信息技术和装备 工程技术保障手段 对保障我国农业生产能力稳定提高具有长期的 重要 的战略作用 也是经济发展到一定阶段 农业生产力发展的必然选择 前前 言言 该命题已被讨论很久 其核心是农业生产既然不能像工业流水线一样 用已知 的 确定的系统环境与对象信息 实施既定的 统一的操控 应对全部对象的需求 那么 农业生产过程实时自主决策操控的特性必将有发挥巨大潜能的空间 当今农业生产的高度机械化基于对动植物对象的一致性措施和作业 实现大规 模 高效率的目标 为此

4、农学和农业工程专家普遍认识到其缺陷 一定尺度上 无论气象土壤条件 播种 施肥 灌溉的量是确定的 一定尺度上 无论病虫草害在时空上的分布变化 农药喷洒量和喷洒位 置是一样的 一定尺度上 无论作物成熟度的差异如何 均按统一时间收获 一 农业一 农业自动化与智能化自动化与智能化技术技术 农业机械化的未来 均匀 一致 无差异是现有机械化作业系统追求的目标 面临巨大压力 集约化高成本 能源与化石资源转化产品的高投入 向农业生态环境系统的高排放 将不可持续 但有一点是确定的 可持续发展的低投入农业绝不意味着低技术水准的 农业 如传统的低投入自然农业 而是高技术为基础 现代技术装备手段为 支撑的 投入产出

5、产量 质量 收益 可接受的可持续农业 针对动植物对象差异 进行地点 时间 方式 数量的差异性作业 无 异将节省大量农业生产物质的直接投入 并减少对环境 生态的影响 但这 些需要大量准确的实时信息和作业操控 精准农业的理念和技术系统正在向 这个方向努力 但还远远不够 为此 人们的目光在智能化技术上聚焦了 那么 智能化技术能够为我 们的期望带来应有的回报吗 农业作业中每次重复操作针对的对象是有差异的 决定操作 差异所考虑的因素较多 需要引入智能化技术的操控环节 复杂的 人的效率 定向播种 栽植 挤奶 危险的 人的安全 施药 繁重的 人的疲劳 收获 剪羊毛 精细的 人的局限和效率 苗木嫁接 果蔬采收

6、 分拣分级 Labor Labor availabilityavailability and the need to control and the need to control costscosts are are driving factors for an driving factors for an autonomousautonomous future in agriculture future in agriculture 同一品种 相同发育阶段的动植物个体对象在形体 形态 色泽的差异性 将需要逐一给出定位和操作的进程决策 就这个方面来讲 对农业作业对象执行的操作规划和路径并 不

7、具有重复性 动态感知 实时分析 在线决策 精确执行是必不可少的4 个方面 然后就是效率的问题了 取决于检测与计算机 算法和执行 机构等的性能以及系统集成的方式 生产过程信息采集与反馈生产过程信息采集与反馈 Information acquiring and data collection for closed loop control Forecasting Expert Decision System Acting Operation Activating System StatingReforming 开放环境系统 arable farming forestry etc 半结构化环境系统

8、open air horticulture controlled traffic farming systems orchards vineyards etc 可控环境系统 greenhouses animal production processing plant for agro food and energy etc 生产环境与机器系统生产环境与机器系统 Environment and Machine System 农业与食品体系 大规模生物经济引擎 Agricultural and Food System A Very Large Scale Bio based Economic En

9、gineAgricultural and Food System A Very Large Scale Bio based Economic Engine 动植物生产过程和初制加工 信息动态获取 数字化实时处理分析 网络化在线决策 末端执行器 参数获取与监控 运行策略与执行信息 动植物生理生长实时信息 调控参数信息 运行参数获取 动植物生理生长信息 硬件 对象监测仪器 环境设施 作业设备 软件 系统控制技术 节能高效系统 运行调控优化 突出装备 生物 信息 控制 管理技术融合突出装备 生物 信息 控制 管理技术融合 企业数据贯穿制造运营的执行 管控 决策三个层面 软能力提升硬能力 数据采集 智

10、能分析 实时决策 软能力 精确执行 硬能力 重要部位 链条 皮带活动承载部件磨损 断裂 驱动轴 轴承 轴承座疲劳断裂 紧固件 轨道 等固定承载部件磨损断裂 滑板卡阻 摩擦轮等专机设备故障 物联网 大数据 云技术支撑 设备传感互联 质量要靠设备及过程保障 需要数字化 智能技术 稳定性 可靠性 保障作业质量 运动参数超差 位置 尺寸精度丧失 轻型自动机器人 今天的农业机器重大的缺陷 个头和重量皆大 会压紧土壤 减少孔隙 杀 死 有益的生物 压紧的土壤还会增加雨水侵蚀 为何要犁地松土 修补大型拖拉机造成的破 坏 投入耕作能量中 有8成是用来修补破坏的 用精确取代蛮力是其中的关键 一粒种子只要 一 平

11、方厘米的土地就能生长 我们只要在那块土 地上 投入一小股能量 作物就能长得很好了 农业的未来 机器人真要取代农民吗 参见庄主 2015 03 05 机器人都扮成了拖拉机的样子 自动驾驶 依靠GPS导航穿过田野 能对自己的零件 说话 如犁 喷雾机等 能向拖拉机 回话 一部播种机能告诉拖拉机 你开得太快了 或者 偏航了 向左开 这类系统即将成为标准配置 农业的未来 机器人真要取代农民吗 参见庄主 2015 03 05 关于动植物 我们都知道些什么 如何开发硬件 研发软件 每 日 睡 眠 时 间 h 体重 kg 动物饮食 睡不好会怎样 温湿度 风速 光照 气分 卧床 软硬 温湿度 60 AIAI例

12、病害智能识别系统 收集14种农作物感染了26种不同疾病的相关数据 构建了超过5万张图像的数据库 利用深度学习 建立相关模型 根据采集图像判断植物 是否健康 准确率达到了99 35 计算智能向感知和认知智能高阶演进 计算智能与 大数据结合应用 已在营销 投顾 投研 客服方面取 得颠覆性应用效果 农业领域由于大数据的缺乏 计算智能技术开发尚未起步 感知智能中使能技术的核心 传感技术 数据融合和 算法仍处在孵化期 二二 信息技术融合与应用 信息技术融合与应用 B Block chainlock chain 从概念走向应用 其公开化 不可篡改 去 中心化的技术属性 本质上是一种经济模式 主要解决非信任

13、环节的网络记录问题 如果说其他技术是生产力变革 区块链更像 是生产关系变革 农业领域的应用主要为 供应链和生产投入 环节的管控记录 农产品及其生产流程的公益 管理溯源 以物联和农产品流通消费应用为主流 C Cloudloud 在传统计算 网络和存储云方面已经同质化 发展工农商贸服各业需要的业务运管能力和 解决方案提供能力 农业领域 业务运管刚刚起步 解决方案尚无顶层设计架构 面向农业生产的以大数据为基础 算法为核 心的业务方案及其云服务技术 位置 速度 作业面积 工作运行参数 维护管理 故障诊断 种子粒数 株距 镇压力 化肥施用量 深度 农药喷洒量 地标位置 精准作业 地面传感 无人机 卫星遥

14、感 D Dataata 大数据应用已走向跨界融合 标准与规范是未来 发展的关键 数据资产化愈加凸显 大数据分析技术愈发重要 有在线应用支持能力的大数据处理 业务操控和 管理算法及解决方案为实体产业应用的发展方向 农业大数据 感知及数字化技术上起步时间不长 获取能力和数据量 远远不足 数据标准和规范性远不能支撑泛在和广域应用 软能力 设备优化运行最重要的动力 硬能力 精确高效地执行作业的基础 信息技术的计算能力 感知能力和认知智能将使农业 装备更加智能化 但重要的前提是农业装备的肢体要足 够强壮 自身功能 性能亦应齐备且有优异的效能基础 否则 5G上跑的都是垃圾信息 AI也是加装在残障体上 的聪

15、明头脑 只会想的美 不能做实事 传感器 数据实时传输 数据快速决策 精准施用 路径规划 自我感知 优化操控 网络化 局域 泛在 数字化 智能化 网络化 数字化 无人化 智能化 网络化 数字化 1990 2005 精准农业 定位导航 变量精确施用 2005 2020 信息化 数字化 网络化 优化现有机器效率和性能 面向可持续性和效益最大化 减少投入 提高产量 2021 2035 大数据挖掘 自学习 实时决策操控算法 作业系统由自动 智能走向智能 自主 数字化 机械系统 机械化 新一代农业装备发展路线图 自动化 网络化 数字化 智能农机装备内涵 装备有中央处理器和各种各样传感器或无线通讯系统的现代

16、化农机 其特点是通过加装在农机上的微型计算机对传感器传回的各种信号进行逻 辑运算 传导 传递 然后在动态作业环境下发出适宜指令驱动农机来完 成正确的动作 实现农业生产和管理的智能化 智能化农机装备能够实现农机作业的效率化 标准化 舒适化 人机交互 人性化 操作傻瓜化等 三 智能化农业装备技术的软硬件进展三 智能化农业装备技术的软硬件进展 连接数据分析感知 智能农机5要素 传感器 控制器是应用的关键 控制 1 智能农用动力机械 自动导航系统 功能 感知车身姿态 获取位置信息 自动控制车辆转向系统 使车辆始 终准确地保持沿预定航线行驶 传感器 角度传感器 GNSS位置传 感器 控制器 驾驶控制器 显示器 特点 采用电液驱动或电子方向盘 支持AB直线 曲线等导航模式 PID控制 转向控制等多控制算法融合 24 三 智能化农业装备技术的软硬件进展三 智能化农业装备技术的软硬件进展 1 智能农用动力机械 自动导航系统 25 提高作业速度 减少劳动强度 可夜间作业 提高 生产率 无人驾驶起垄 垄作保墒通风 东北大豆玉米种植 模式 提高作业质量 可降低生产成本 90 120元 公顷 发达国家智能农业