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1、农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,1,一、农业信息化与数字化农业的概念,(一)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本、提高农业效率和农业生产力水平的过程。,17 信息技术在农业机械化工程领域中的应用,Agricultural Informatization and Digital Agriculture,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,2,信息化技术的概念：包括空
2、间技术(“3S”技术等)、计算机技术、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。,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,3,农业信息化的内涵（四化）：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；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。,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,6,农业生产力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硬件和软件两大类。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。农业的发
3、展首先是生产力的进步。生产力进步的标志是劳动工具，一是劳动工具的技术性能，在单项上表明人类征服自然能力的高低；二是使用劳动工具的普遍程度，在总体上标识生产力发展水平。,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,7,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：以木器和石器化为标志的原始农业；以青铜器和铁器化为标志的古代农业(传统农业)；以机械化、电气化、化学化、水利化以及良种化等为主要标志的近现代农业；以信息化技术为标志的现代农业（即用信息化技术改造与提升近代农业）。,农业工程概论,Generality of Agricul
4、tural Engineering,8,2.农业信息化是一场技术革命,近代世界农业发展史上，经历了三次比较引人注目的农业技术革命：以拖拉机等农机具为标志的农业机械技术在农业上的广泛应用是一次；以现代遗传学理论、化学肥料、有机农药为标志的生物和化学技术在农业生产中的应用又是一次；以生物技术与农业信息化技术为标志的新的农业技术革命正在蓬勃兴起。,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,9,3农业信息化是农业可持续发展的需要,信息农业是以农业信息化为根本标志的现代农业。可持续农业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。
5、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。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,Generality of Agricultural Engineering,10,（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（1）提高机器作业的技术性能：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。（2）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、水体和动植物的污染。（3）过程的精确操作：及时获取过程信息，精确执行过程控制指令。（4）改善操作条件：良好的人机接
6、口与界面，操作方便性，安全性和舒适性。,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,11,2农业信息化技术的研究领域（1）农业信息化的理论研究（2）农业资源和生态环境管理信息化与数据库建设（3）生物信息技术（4）区域精准农业与虚拟农业（5）农业专家系统与决策支持系统（6）农业信息化网络化服务与电子商务市场体系建设,3农业信息化技术研究状况农业信息化应用.doc,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,12,二、精准农业 Precision Agriculture,（一）什么是精准农业,精准农业是
7、80 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。是一种新的农业科学管理的理念和战略思想。,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,13,精准农业的基本涵义：根据作物生长的土壤性状，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”，调动土壤生产力，
8、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，高效地利用各类农业资源，取得经济效益和环境效益。,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,14,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。,（三）精准农业技术体系介绍,精 准 农 业 技 术 体 系,全球定位系统（GPS）：用于信息获取和实施精确定位，采用 DGPS（Differential Global Positioning System）技术提
9、高精度,地理信息系统（GIS）：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（RS）：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（ES）：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处理技术：传感技术、数据处理方法,带GPS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,Generality of Agricultural Engineering,16,精准农业由十个系统组成，即全球定位系统、农田信息采集系统、农田遥感监测系统、农田地理信息系统、农业专家系统、智能化农机具
10、系统、环境监测系统、系统集成、网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理信息系统（GIS），可以说是信息技术与农业生产全面结合的一种新型农业。,精准农业并不过分强调高产，而主要强调效益。,二、精准农业系统流程图,为什么说GIS是精准农业技术体系中的核心？,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,18,三、农业信息技术在农业领域中的应用,（一）3S技术在精准农业中的应用,1.精准农业GPS系统,作用：1、将农田各种信息精确定位，输入GIS；2、农机作业轨迹的依据,全球定位系统（Global Positioning System-G
11、PS）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。,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,Generality of Agricultural Engineering,20,2.GIS在精准农业中的应用,精准农业离不开农田地理信息系统GIS（Geographical Information System）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力工具，田间信息通过GIS系统予以表达和处理，
12、是精准农业实施的重要组成部分。一般由三个部分数据库系统、空间分析系统和与信息采集、遥感信息、农机控制接口部分组成。,农田地理信息系统的组成 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：（2）GPS数据库：（3）土壤数据库：土壤类型、土壤质地、土壤养分、土壤微量元素等（4）环境数据库：水（井水）、土壤、植物、空气等，（5）气象资料数据：经纬度、海拔、日照时数、日平均温度等（6）作物数据库：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：化肥投入、灌溉条件、播种面积、种植制度
13、（8）化肥农药数据库：名、价格、形状、作用等（9）影像数据库：航片、卫星数据等；,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。,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。,3.精准农业的遥感监测系统（Remote Sensing),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，提供精准农业实施定位处方农作所需的信息。,1）常见的遥感平台：（1）遥感车 225米（2）气球 50100米（3）飞机 15002500米（4）卫星
14、 900千米,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,24,2）在精准农业中应用遥感技术的主要工作有：（1）作物长势及其背景监测（2）作物冠层多光谱监测（3）测定叶绿素的含量（4）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（5）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,（三）农田信息采集系统,3）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GIS 和农业专家系统的主要数据源和参数。,4）农田信息主要包括遥感（RS）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，以形成一套精确、
15、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。,5）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。,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)、田间持水量、土壤水分渗漏量、作物叶长势；土壤养分：土壤N、P、K，土壤有机质；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、分布及规模；作物长势：与应用遥感技术的作物长势监测相互验证。,专 家 系 统 总 体 结 构,（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,农业工程概论,Generality of Agr
16、icultural Engineering,28,（三）虚拟技术在农业中的应用 作物信息技术是指对有关作物生产中的生物、土壤、气候、经济和社会信息的生成、传递、处理和利用的技术。主要包括作物系统模型模拟、作物生产决策系统、图像识别与处理、作物信息系统、虚拟技术等。,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,29,虚拟农业是20世纪80年代中期问世的，利用计算机技术、虚拟现实(virtual reality)技术、仿真(simulation)技术、多媒体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相媲美、品质最佳、产量最高、抗虫害能
17、力最强的真实作物。,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,30,（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或装置进行自动操作或控制的过程。,（四）网络技术在农业物流中的应用（五）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,Generality of Agricultural Engineering,31,1.灌溉作业的自动控制,美国已在亚利桑那州大片沙漠地带安装了世界上最大的计算机控制的滴
18、灌和喷灌设备，可以节省50以上的用水量和能量，而且减少了盐分集结，使产量增加一倍。灌溉作业自动控制最具典型代表的是以色列国，众所周知，以色列是世界上节水用水最好的国家之一，其农业生产基本实现了灌溉作业的自动控制。,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,32,2畜牧生产过程的自动控制,20世纪80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
19、，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。,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,33,3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,Generality of Agricultural Engineering,34,4农产品收获后处理和加工1)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精细调
20、控，市场需求的决策技术分析。2)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模糊识别。3)根本目标：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。,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,35,5网络技术的农业应用1)网络技术的广泛应用 目前世界上已有上千个农业计算机网络系统和上万个与农业有关的万维网(WWW)信息网点。2)农业电子贸易 农业电子商务已具备雏形，具有电子商务因素的网站有100多家。一些农业企业已经在网站上创办了自己的专卖店。,农业工程概论,Generality
21、 of Agricultural Engineering,36,17思考题阐述农业信息化的内涵与农业信息化的现实意义精准农业的定义精准农业的技术平台由哪几个主要部分组成？什么是3S技术？精准农业技术体系中哪个是核心？,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,37,（一）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全过程机械化。,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，
22、随着国民经济的发展，逐步实现我国的全过程机械化,18 我国农业机械化发展展望,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,38,（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
23、业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,39,（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,Generality of Agricultural Engineering,40,（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
24、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,Generality of Agricultural Engineering,41,（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
25、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,Generality of Agricultural Engineering,42,二、农业机械化工程在“十一五”期间的发展方向（一）传统种植业机械化新趋势新领域、智能化、成套化、节本增效（二）优势农产品生产全程机械化（产前、产中、产后）1水稻全程机械化的育秧、栽植、收获机械2玉米收获机械3薯类收获机械4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,Generality of A
26、gricultural Engineering,43,（三）新兴产业农机装备的研制1特色农业机械2农作物产后集运、清理、干燥、贮存设备3蔬菜水果产后加工处理设备4工厂化种养殖设备与控制系统,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,44,（四）可持续农业重大农机装备1保护性耕作技术与装备2节水作业机具与装备3环保型施肥施药设备4新型农田基本建设装备5农副产品废弃物综合利用设备6生物能源与生物材料加工转化利用设备,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,45,三、未来十五年我国农机化整体上由初级
27、阶段进入发展的中级阶段：耕种收综合机械化水平：40%务农劳动力占社会总劳力：40%,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,46,种植业综合机械化（耕种收）水平2020年要达到70,35%,33%,23%,9%,60%,20%,7%,13%,2005年,2020年,城镇人口,林业、渔业等其它,种植业人口,乡村二、三产业,农村劳动力将继续快速转移,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,47,劳均负担耕地面积明显扩大,农业工程概论,Generality of Agricultural Engi
28、neering,48,7.2亩,16.8亩,2020年劳均耕地面积24亩,劳动力可负担面积（30%）,机器必须负担面积（70%）,农村劳力结构性短缺、必须提高机械化水平,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,49,种植业劳动生产率提高3.1倍,10.9亩,24 亩,提高40%,扩大劳均面积 提高劳动生产率,作物单产,劳均面积,2005,2020,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,50,提高机械化水平的效益农垦实例,农业工程概论,Generality of Agricultural E
29、ngineering,51,提高农业机械化水平,提高机械化水平与转变增长方式,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,52,农机动力配备及能源消耗问题分析,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,53,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,如提高社会化服务,转变增长方式之一提高机器利用率,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,54,改革耕作技术与制度：节油15%左右（保护性耕作节油20%30%）,机械节能：节油7%12%(采用高效节能机械与节能装置）,扩大经营规模：节油 3%6%,土地整治：节油2%4%,转变增长方式之二降低单位作业能耗,措施,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,55,0.7%,2.07%,1.86%,1.61%,1957-2003,2006,2004,2005,至2020年农业综合机械化水平达 到70%，今后需要年增长率达到 2.26%,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,56,18思考题1阐述未来农业机械化工程的发展趋势2.阐述农业机械化发展与农业可持续发展的关系,
