本刊記者|楊陽

穩(wěn)固智能農(nóng)機(jī)發(fā)展的基石

本刊記者|楊陽

“信息感知與作物精細(xì)生產(chǎn)管控機(jī)理研究”項(xiàng)目的啟動(dòng)實(shí)施，將突破土壤及農(nóng)作物信息感知、決策控制、精細(xì)生產(chǎn)管控等應(yīng)用基礎(chǔ)核心技術(shù)，為農(nóng)機(jī)智能裝備精細(xì)作業(yè)提供精測、精施、精管理論方法及技術(shù)基礎(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)全面智能化、機(jī)械化提供技術(shù)支撐。項(xiàng)目擬取得一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)成果，將促進(jìn)我國智能農(nóng)機(jī)裝備的發(fā)展。對縮小與國外主流產(chǎn)品差距、支持現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展、保障糧食和產(chǎn)業(yè)安全具有重大意義。

“墻高基下，雖得必失”。高端領(lǐng)域科學(xué)研究離不開穩(wěn)固的基礎(chǔ)科學(xué)理論研究作基石，我國農(nóng)機(jī)裝備的發(fā)展也需要夯實(shí)理論研究?！靶畔⒏兄c作物精細(xì)生產(chǎn)管控機(jī)理研究”項(xiàng)目的啟動(dòng)實(shí)施，將突破土壤及農(nóng)作物信息感知、決策控制、精細(xì)生產(chǎn)管控等應(yīng)用基礎(chǔ)核心技術(shù)，為農(nóng)機(jī)智能裝備精細(xì)作業(yè)提供精測、精施、精管理論方法及技術(shù)基礎(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)全面智能化、機(jī)械化提供技術(shù)支撐。

為農(nóng)業(yè)智能化提供技術(shù)支撐

國際上，農(nóng)機(jī)裝備向自動(dòng)化、信息化和智能化方向快速發(fā)展，信息感知技術(shù)和智能控制決策方法已廣泛應(yīng)用于農(nóng)機(jī)耕、種、管、收作業(yè)全過程。美國、加拿大、德國等國家在耕整、種植、收獲技術(shù)裝備，土壤、作物信息、農(nóng)機(jī)作業(yè)關(guān)鍵參數(shù)在線感知和精播精施智能控制決策方法等領(lǐng)域發(fā)展很快，形成了相對比較完善的智能農(nóng)機(jī)高效作業(yè)技術(shù)體系。

一直以來，我國對智能化農(nóng)機(jī)裝備的基礎(chǔ)研究重視不足，基礎(chǔ)研究薄弱。我國現(xiàn)有的農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)品水平低，高端智能農(nóng)機(jī)裝備只能依靠進(jìn)口，針對土壤——機(jī)器——作物系統(tǒng)、不同農(nóng)機(jī)耕作方式等對于土壤質(zhì)構(gòu)和作物生長的影響機(jī)理，車載式高通量高密度動(dòng)態(tài)獲取作物長勢信息采集等方面研究相對較弱，基礎(chǔ)理論與智能農(nóng)機(jī)裝備研發(fā)不匹配，制約了我國智能農(nóng)機(jī)裝備的研究與應(yīng)用。

受國際相關(guān)研究的影響，近年來，我國一些研究單位開始從事這方面的研究工作，隨著我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和農(nóng)機(jī)信息化的發(fā)展，在土壤-機(jī)器-作物系統(tǒng)互作規(guī)律方面，土壤、作物信息和農(nóng)機(jī)作業(yè)關(guān)鍵參數(shù)信息感知方面也取得了一些成果，以“農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝、農(nóng)機(jī)化與信息化”兩個(gè)融合為核心的現(xiàn)代農(nóng)機(jī)裝備技術(shù)發(fā)展較快。

針對我國智能化農(nóng)機(jī)裝備的基礎(chǔ)研究薄弱的現(xiàn)狀，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃智能農(nóng)機(jī)裝備專項(xiàng)中設(shè)立了“信息感知與作物精細(xì)生產(chǎn)管控機(jī)理研究”項(xiàng)目。該項(xiàng)目由北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心牽頭組織實(shí)施，參加單位包括北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、吉林大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院、上海交通大學(xué)、黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院等9家單位。其以土壤——機(jī)器——作物互作系統(tǒng)為研究對象，研究農(nóng)機(jī)作業(yè)對土壤質(zhì)構(gòu)和作物生長的影響機(jī)理，研發(fā)仿生耕整、精準(zhǔn)種植、高效收獲新機(jī)構(gòu)；研究作物生產(chǎn)過程信息感知與在線檢測傳感器，創(chuàng)新種肥水藥精準(zhǔn)投入調(diào)控方法；在農(nóng)機(jī)農(nóng)藝信息融合基礎(chǔ)上，開發(fā)精播精施智能控制與決策系統(tǒng)，構(gòu)建精播精施精準(zhǔn)作業(yè)技術(shù)體系，為新一代智能農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)品創(chuàng)制及精準(zhǔn)高效作業(yè)提供理論方法和技術(shù)基礎(chǔ)。

為農(nóng)機(jī)發(fā)展創(chuàng)新理論

“信息感知與作物精細(xì)生產(chǎn)管控機(jī)理研究”項(xiàng)目作為國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃智能農(nóng)機(jī)裝備專項(xiàng)中的基礎(chǔ)理論研究部分，將創(chuàng)新理論、研發(fā)新模型，為智能農(nóng)機(jī)裝備提供理論支持和方向指引。

項(xiàng)目將構(gòu)建基于土壤——機(jī)器——作物互作的耕種收新原理、新機(jī)構(gòu)，將土壤、機(jī)器、作物等生產(chǎn)要素進(jìn)行系統(tǒng)化、整體化研究。項(xiàng)目在揭示機(jī)械化耕整和種植方式對土壤質(zhì)構(gòu)及作物生長影響機(jī)理的基礎(chǔ)上，構(gòu)建農(nóng)機(jī)作業(yè)參數(shù)大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；依據(jù)耕整、播種、收獲作業(yè)過程土壤——機(jī)器——作物互作及優(yōu)化匹配規(guī)律，創(chuàng)新出基于動(dòng)態(tài)仿生原理的減阻脫附耕作新裝置、基于土壤質(zhì)構(gòu)的精量播栽新機(jī)構(gòu)和基于實(shí)時(shí)工況自適應(yīng)調(diào)整的高效收獲新機(jī)構(gòu)。

項(xiàng)目將在農(nóng)機(jī)作業(yè)環(huán)境與作物本體信息在線感知與獲取取得新進(jìn)展。融合土壤緊實(shí)度與電導(dǎo)率、土壤及作物的光譜特征與機(jī)器視覺信息在線測量數(shù)據(jù)，表征土壤質(zhì)構(gòu)、肥力、作物營養(yǎng)與長勢；挖掘分析測量數(shù)據(jù)時(shí)空特征和耦合關(guān)系，采用外部參數(shù)正交化、奇異值分解、光譜分段直接轉(zhuǎn)換等算法消除車速、振動(dòng)、地表、光照背景等干擾信息的影響，構(gòu)建高精度車載土壤質(zhì)構(gòu)、肥力和作物信息在線感知獲取系統(tǒng)。

同時(shí)，項(xiàng)目也會創(chuàng)新農(nóng)機(jī)精準(zhǔn)作業(yè)管控理論，研發(fā)精播精施智能控制與決策模型，提供符合我國生產(chǎn)需求、可推廣的智能農(nóng)機(jī)裝備發(fā)展新方向。項(xiàng)目提出農(nóng)田空間變異的尺度效應(yīng)和效益最優(yōu)的農(nóng)機(jī)作業(yè)管理分區(qū)方法；構(gòu)建農(nóng)機(jī)作業(yè)時(shí)間窗和耕地高度碎片化約束下的農(nóng)機(jī)作業(yè)路徑規(guī)劃模型：基于土壤——機(jī)器——作物互作原理和大數(shù)據(jù)方法,建立精播精施智能控制與決策模型，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝信息融合。

為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供新模式

信息感知與作物精細(xì)生產(chǎn)管控機(jī)理研究項(xiàng)目的成功實(shí)施，將突破土壤及農(nóng)作物信息感知、決策控制、試驗(yàn)檢測、精細(xì)生產(chǎn)管控等應(yīng)用基礎(chǔ)核心技術(shù)，為農(nóng)機(jī)智能裝備精細(xì)作業(yè)提供精測、精施、精管理論方法及技術(shù)基礎(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)全面智能化、機(jī)械化提供技術(shù)支撐。

項(xiàng)目從我國農(nóng)機(jī)作業(yè)過程中土壤和作為對象互作規(guī)律不清、作業(yè)機(jī)理；原理與基礎(chǔ)研究缺乏以及作物生產(chǎn)過程中信息表征不明的現(xiàn)狀出發(fā)，開展農(nóng)機(jī)作業(yè)對土壤質(zhì)構(gòu)及作物生長影響機(jī)理研究，揭示土壤——作物——機(jī)器系統(tǒng)優(yōu)化自適應(yīng)與系統(tǒng)減阻降耗、節(jié)本增效優(yōu)化匹配規(guī)律，研究耕整、播種、收獲等作業(yè)新原理、新機(jī)構(gòu)；開展農(nóng)機(jī)作業(yè)信息實(shí)時(shí)獲取與精細(xì)生產(chǎn)管控的理論與方法研究，揭示土壤環(huán)境、作物本體信息與種、肥、水、藥精細(xì)調(diào)控機(jī)理與模式；開發(fā)農(nóng)機(jī)作業(yè)環(huán)境與本體信息快速獲取傳感器及精播精施與精準(zhǔn)控制智能決策系統(tǒng)，構(gòu)建高效作業(yè)智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械理論與技術(shù)基礎(chǔ)。

目前，國外集成各類農(nóng)機(jī)作業(yè)信息感知傳感器、定位裝置、精播精施智能決策以及末端控制于一體的智能農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)品進(jìn)入我國市場，形成了高端農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)品的壟斷。我國現(xiàn)有的農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)品水平低，高端智能農(nóng)機(jī)裝備只能依靠進(jìn)口。項(xiàng)目的實(shí)施取得的一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)成果，將促進(jìn)我國智能農(nóng)機(jī)裝備的發(fā)展。對縮小與國外主流產(chǎn)品差距、支持現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展、保障糧食和產(chǎn)業(yè)安全具有重大意義。

同時(shí)，在資源環(huán)境矛盾日益激烈的今天，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的關(guān)系亟待協(xié)調(diào)?；谛畔⒏兄c作物精細(xì)生產(chǎn)管控的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，將降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能耗5%-6%,減少化肥施用10%,有效提高肥料農(nóng)藥等資源利用率，改善粗放型的種植模式，降低環(huán)境污染，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。