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        久保田智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)(KSAS)引領(lǐng)農(nóng)業(yè)技術(shù)新潮流

        2021-04-18 16:54:54
        農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2021年3期
        關(guān)鍵詞:久保田智能手機(jī)農(nóng)機(jī)

        (1.山東理工大學(xué);2.山東省旱作農(nóng)業(yè)機(jī)械及信息化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

        圖1 久保田智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)(KSAS)

        KSAS是久保田公司推出的一種新型人工智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng),如圖1,通過(guò)KSAS系統(tǒng)中的農(nóng)機(jī)聯(lián)動(dòng)和信息通用技術(shù),實(shí)現(xiàn)可視化的農(nóng)機(jī)作業(yè),利用各種信息系統(tǒng)以及外部數(shù)據(jù),分析收集的大數(shù)據(jù),制定最佳農(nóng)業(yè)計(jì)劃。其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高效農(nóng)業(yè),生產(chǎn)高品質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品,強(qiáng)化農(nóng)業(yè)發(fā)展經(jīng)營(yíng)基礎(chǔ),提供迅速對(duì)應(yīng)的服務(wù)體制。

        1 久保田智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)概況

        久保田智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)(KSAS)是利用智能農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備和ICT農(nóng)業(yè)服務(wù)支援系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)超省力和高產(chǎn)量生產(chǎn)的新農(nóng)業(yè)。系統(tǒng)通過(guò)利用最先進(jìn)的農(nóng)業(yè)機(jī)械和數(shù)據(jù)檢索及運(yùn)營(yíng)系統(tǒng),控制農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備高精度和高效率的工作,解決農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的勞動(dòng)力短缺、成本降低、生產(chǎn)技術(shù)傳統(tǒng)和規(guī)?;葐?wèn)題。目前,久保田正在努力推進(jìn)智能農(nóng)業(yè)的發(fā)展,其主軸是“開(kāi)發(fā)智能農(nóng)機(jī)裝備”和“通過(guò)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”。

        1.1 智能農(nóng)機(jī)服務(wù)

        農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)是農(nóng)業(yè)走向現(xiàn)代化,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)和途徑。日本作為農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和無(wú)人駕駛領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊,久保田公司于2016年首次推出具有內(nèi)置直行保持功能的水稻插秧機(jī)和支持自動(dòng)轉(zhuǎn)向的大馬力拖拉機(jī),以提高其實(shí)際應(yīng)用的準(zhǔn)確性。近年來(lái),隨著農(nóng)業(yè)機(jī)器人的引入,2018年,在拖拉機(jī)、水稻插秧機(jī)和耕整地機(jī)械三類(lèi)設(shè)備上,久保田公司將配備GPS的農(nóng)業(yè)設(shè)備商業(yè)化,將農(nóng)業(yè)裝備的自動(dòng)化、智能化程度推向了新的高度。

        通過(guò)信息通信與拖拉機(jī)的聯(lián)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)優(yōu)化的內(nèi)置,可以執(zhí)行各種任務(wù),如耕作、施肥、施藥、割草和運(yùn)輸收獲,如圖2。同時(shí)利用互聯(lián)網(wǎng)上的地圖信息,輕松的進(jìn)行田間管理和工作記錄,以進(jìn)一步提高工作效率。

        圖2 KSAS 農(nóng)機(jī)

        如圖3所示,實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)的完全無(wú)人化分為以下三個(gè)階段:一,在農(nóng)業(yè)機(jī)械引入GPS自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械在人搭乘下的自動(dòng)操作,以提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的操作性能減輕駕駛員負(fù)擔(dān);二,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械在有人監(jiān)視下的自動(dòng)化和無(wú)人化操作,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制行駛,自動(dòng)完成作業(yè)等;三,通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控,了解機(jī)器的位置和操作信息,在農(nóng)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的作業(yè),實(shí)現(xiàn)完全無(wú)人化。

        圖3 推進(jìn)智能農(nóng)機(jī)發(fā)展階段

        作為本項(xiàng)技術(shù)的推廣普及,目前仍需進(jìn)一步的研究與開(kāi)發(fā),包括采用汽車(chē)制造商使用3D動(dòng)態(tài)地圖技術(shù),以及需要進(jìn)一步優(yōu)化安全系統(tǒng)。為了進(jìn)一步提高自動(dòng)駕駛和無(wú)人駕駛農(nóng)機(jī)的運(yùn)行效率,久保田推進(jìn)的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)用于管理和操作多個(gè)農(nóng)業(yè)機(jī)器,創(chuàng)建最佳行駛路線,并收集、監(jiān)控和使用自動(dòng)農(nóng)業(yè)設(shè)備的信息。

        1.2 數(shù)據(jù)精準(zhǔn)化服務(wù)

        KSAS是一種由云組成的農(nóng)業(yè)支持服務(wù)系統(tǒng),將久保田的拖拉機(jī)、水稻插秧機(jī)等農(nóng)機(jī)與ICT技術(shù)相結(jié)合,通過(guò)智能手機(jī)、PC等終端采集和使用與兼容農(nóng)業(yè)設(shè)備合作的數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)管理的可視化,提高工作效率,降低施肥、施藥等成本,生產(chǎn)安全可靠的糧食。為了推進(jìn)精密農(nóng)業(yè),KSAS將朝以下三方面繼續(xù)研究和開(kāi)發(fā):

        (1)機(jī)械化集成系統(tǒng)與數(shù)據(jù)協(xié)作的擴(kuò)展。除了在拖拉機(jī)、水稻插秧機(jī)和聯(lián)合收割機(jī)推廣應(yīng)用外,還推出兼容KSAS的干燥制備系統(tǒng),通過(guò)平板或智能手機(jī)遠(yuǎn)程檢測(cè)干燥機(jī)的情況,將收獲和干燥制備工作連接在一起,根據(jù)在收獲時(shí)測(cè)量的蛋白質(zhì)、水分、產(chǎn)量情況,通過(guò)蛋白質(zhì)和水分進(jìn)行分類(lèi)干燥。此外,還與農(nóng)藥噴灑無(wú)人機(jī)結(jié)合,在水稻種植、田間和蔬菜生產(chǎn)方面也取得重大進(jìn)展。

        (2)助力精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。通過(guò)利用分層地圖,將采集的收獲和生長(zhǎng)信息以及外部天氣信息等大數(shù)據(jù)疊加在地圖信息上,實(shí)現(xiàn)可變施肥、施藥、生長(zhǎng)預(yù)測(cè)、病蟲(chóng)害預(yù)測(cè)等。

        (3)利用人工智能構(gòu)建先進(jìn)的農(nóng)業(yè)支持系統(tǒng)。利用各種信息系統(tǒng)以及外部數(shù)據(jù)合作,分析收集的大數(shù)據(jù),通過(guò)AI進(jìn)行大數(shù)據(jù)處理,制定最佳農(nóng)業(yè)種植計(jì)劃,包括種植、施肥、施藥、水管理、成本等計(jì)劃,如圖4。

        圖4 大數(shù)據(jù)處理

        2 久保田智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)功能介紹

        2.1 農(nóng)場(chǎng)管理

        運(yùn)用智能化農(nóng)場(chǎng)管理服務(wù)系統(tǒng),通過(guò)智能手機(jī)查看農(nóng)場(chǎng)電子地圖,如圖5,通過(guò)自動(dòng)計(jì)算農(nóng)場(chǎng)的面積,對(duì)不同的作物品種農(nóng)田編碼,形成透明化的管理體系,記錄下相關(guān)數(shù)據(jù)信息。通過(guò)智能手機(jī)、PC等終端采集和使用與兼容農(nóng)業(yè)設(shè)備合作的數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)管理的可見(jiàn)化,提高工作效率,使用KSAS管理農(nóng)場(chǎng)和工作內(nèi)容,同時(shí)可以管理所有者信息和合同信息等。

        2.2 工作記錄

        圖5 農(nóng)場(chǎng)管理

        使用智能手機(jī)或電腦輕松查看工作記錄??梢酝ㄟ^(guò)智能手機(jī)從地圖上選擇種植計(jì)劃田地,使用直接通信單元設(shè)備,可自動(dòng)創(chuàng)建日志。如圖6,可以從日歷和地圖上查找過(guò)去的作業(yè)信息,同時(shí)作物的生長(zhǎng)情況也按時(shí)間順序保存并記錄,可以實(shí)時(shí)檢查工作內(nèi)容、使用農(nóng)藥、肥料和機(jī)器等信息,提高農(nóng)場(chǎng)工作的智能化管理。

        圖6 作業(yè)信息記錄

        2.3 工作進(jìn)度

        如圖7所示,通過(guò)工作室內(nèi)的監(jiān)視器,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)場(chǎng)作業(yè)工作進(jìn)展,同時(shí)可以共享進(jìn)度信息,可以解決田地作業(yè)疏漏等問(wèn)題。根據(jù)地圖上田地的顏色情況可知作業(yè)進(jìn)度,同時(shí)可以自動(dòng)計(jì)算進(jìn)度,預(yù)估工作結(jié)束時(shí)間,制定合適的工作計(jì)劃。

        圖7 工作進(jìn)度監(jiān)控

        2.4 生產(chǎn)計(jì)劃

        在KSAS中,可以模擬種植材料成本。如圖8,從電子地圖上選擇計(jì)劃種植田地,通過(guò)自動(dòng)計(jì)算種植田地的面積,自動(dòng)規(guī)劃農(nóng)場(chǎng)中的需要的農(nóng)藥和肥料量,最后自動(dòng)計(jì)算出需要的產(chǎn)品數(shù)以及需要的物料成本總和。

        2.5 食味與產(chǎn)量檢測(cè)

        KSAS系統(tǒng)大部分可以在收獲機(jī)中安裝食味和產(chǎn)量傳感器,利用蛋白質(zhì)越高食味感越低的原理,KSAS感應(yīng)系統(tǒng)可以在農(nóng)作物收割過(guò)程中實(shí)時(shí)或收割完成后便知曉蛋白質(zhì)、水分及產(chǎn)量情況,如圖9、10所示。將采集的信息自動(dòng)發(fā)送至KSAS,通過(guò)采集的數(shù)據(jù)分析,可以對(duì)下一年施肥計(jì)劃和水管理進(jìn)行調(diào)整,進(jìn)行肥田的單獨(dú)管理,實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)量、高品質(zhì)。

        2.6 收獲與干燥制備

        如圖11所示,KSAS將收獲和干燥制備工作連接在一起,在收獲的同時(shí)測(cè)量蛋白質(zhì)、水分、產(chǎn)量情況,根據(jù)蛋白質(zhì)和水分含量進(jìn)行分類(lèi)干燥,通過(guò)平板電腦或智能手機(jī)遠(yuǎn)程檢查干燥機(jī)的狀態(tài)(操作狀態(tài)、結(jié)束時(shí)間、水分值)和顏色分選機(jī)的狀態(tài)(設(shè)置值和檢測(cè)率),實(shí)現(xiàn)收割、干燥作業(yè)的可見(jiàn)化,通過(guò)分類(lèi)干燥提高質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)高利潤(rùn)。

        圖9 食味與產(chǎn)量監(jiān)視器

        圖10 信息數(shù)據(jù)分布圖

        圖11 干燥制備系統(tǒng)

        3 前景展望

        KSAS已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)、高精度作業(yè)的"自動(dòng)駕駛拖拉機(jī)"、具有直行保持功能的"水稻插秧機(jī)"、在收獲的同時(shí)測(cè)量和收集田地稻米蛋白質(zhì)、水分和產(chǎn)量數(shù)據(jù)的"復(fù)合收割機(jī)"等農(nóng)機(jī)。此外,KSAS通過(guò)收集和利用與相應(yīng)農(nóng)業(yè)機(jī)器合作的數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)管理的可見(jiàn)化,提高生產(chǎn)效率和作物質(zhì)量。

        今后,日本將加大在KSAS中引入人工智能來(lái)支持業(yè)務(wù)規(guī)劃的功能,并研究和開(kāi)發(fā)目前尚未投入實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域,比如農(nóng)機(jī)的完全無(wú)人駕駛。同時(shí)將利用大數(shù)據(jù)(如天氣信息)進(jìn)行生長(zhǎng)預(yù)測(cè),將各種信息系統(tǒng)(如會(huì)計(jì)和銷(xiāo)售)與金融機(jī)構(gòu)的外部數(shù)據(jù)集成,通過(guò) AI 處理實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化,從而提供先進(jìn)的農(nóng)業(yè)管理解決方案,并進(jìn)一步發(fā)展更加完善的管理系統(tǒng),向世界各國(guó)推進(jìn)智能農(nóng)業(yè),促進(jìn)未來(lái)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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