谈农业农村机械化智能应用前景

《史记•三皇本纪》记载：斲木为耜，揉木为耒，耒耨之用，以教万人。人类农业从刀耕火种的原始农业，走过铁犁牛耕的传统农业，迄今已进入机械化的现代农业。随着自动化、信息化、智能化等技术的快速发展，未来数字农业、精细农业、智慧农业是现代农业的发展趋势。智慧农业的基础是智能的农机装备，而智能的农机装备的重要组成部分就是智能导航技术。现有数据显示智慧农业可以通过精准定位、精准送达明显减少生产过程中农药、化肥的不当施用量，减少灌溉水，显著提高农业产业的投入产出比。发达国家如美国，其农业70%已完成智慧化，美国农业部2019年调查数据显示，主要农作物田间作业机械导航系统使用率达90%。我国从20世纪末开始，农业产业集聚显著，产业规模化和专业化发展迅速，对农业机械化有了更精准要求，现代农业机械的发展呈现新的趋势，农业机械智能导航技术正越来越受到关注。为此，由中国农业大学出版社出版的《农业机械智能导航技术》一书主要围绕2个关键技术问题展开探究。一是农机智能导航的定位系统，即要能够精准判断农机当前的绝对位置、已知的参考位置，以及本机的运动状态；二是农机智能导航的控制系统，同样需要精准确定操作控制量的大小、角度和速度，并实施控制。全书共10个章节，综合性、系统性、前瞻性地梳理和总结了作者及其研究团队近年来的科研成果，专业性强，可作为高等院校现代农业、智慧农业、农业信息化等相关专业的教师和学生作为教科和学习的参考书，也可作为相关领域研究人员或技术人员的实践指导用书。

书中绪论部分对精细农业、智慧农业、农业机械自动导航进行了概述，理清了经典农机自动导航系统与智能农机导航系统的关系和区别，并指出农机自动导航的主要功能包括解放人力、提高作业精度、提高投入产出比、推动农业规模化现代化发展。各章节中，首先对农业机械智能导航的定位技术进行了详细阐述，包括农业机械导航系统的发展历程和目前已经形成的关键技术。并以GPS为例，详细介绍了导航定位系统的原理和工作方式。在机器视觉定位技术方面，书中指出图像处理是机器视觉导航的关键技术，并分别介绍了RGB、HSI和YUV3种彩色模型。多传感器信息融合定位技术，则重点介绍了卡尔曼滤波及其改进算法。关于农业机械智能导航的控制技术主要包括2个部分，即智能导航转向操纵控制技术和智能导航决策控制技术。而基于遗传算法的自适应模糊控制具有良好的动态和静态特性，控制精度更高。另外，还专门介绍了农业机械智能导航系统设计开发的几个案例，如农机具视觉导航终端、农用车辆智能导航系统、农用车辆导航系统、玉米中耕除草复合导航系统等。书的最后，对多机协同作业中的农机避障技术展开论述，主要介绍了跟随式主从导航系统、基于激光雷达的点云数据采集系统和基于特征点匹配的全景相机图像拼接，可以为农机避障的实现提供技术支持。《农业机械智能导航技术》一书专业性强，相关研究实验数据全面系统，配合数据图表、野外机械操作图片和试验作物图片，既是学科教学和学习的专业指导教科书，也具有很高的实践操作参考价值。智慧农业是世界现代农业发展的必然趋势，智能控制技术是智慧农业的重要支撑技术，农机自动导航控制技术是农机智慧作用的核心技术。我国当前从本国农业实际出发，加大智慧农业技术研究。2017年，国家设立“数字农业”专项，2019年农业农村部又《数字农业农村发展规划（2019—2025年）》。北斗卫星导航系统BDS的建设，为我国农机智能导航技术的发展提供了基础信息平台。目前，我国新疆垦区的规模化棉花产业基地，由于基地面积广阔，容易实施农业机械智能导航系统，据统计，目前60%的播种机、耕地机都已经安装了导航系统。随着我国农业产业集聚，专业化和规模化的提高，未来农业机械智能导航技术的发展将成为我国发展智慧农业的重点和亮点。

作者：张漫 刘刚 李民赞 单位：中国农业大学出版社