09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

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 Agr

2、icultural Engineering,4,“数字农业”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。 “数字农业”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。,“数字农业”是农业信息化的核心，也是农业信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。,农业工程概论,Generality of Agricultural Engineering,5,（二） 农业信息化的意义 1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，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、经济与社会效益的生产行业。,研究农业问题必须从生产力入手。,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

3、的发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 Agricultural 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

4、 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。 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

5、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

6、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，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

7、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 - GPS）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

8、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，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

9、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 （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 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、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 Agricultural En

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