胡煉教授“無人農(nóng)場的關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)踐”直播回放 “無人”概念在這幾年可以說是風(fēng)風(fēng)火火地占據(jù)了各大頭條,無人機(jī)、無人商店、無人倉庫等,在我們的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也是緊跟著這個(gè)潮流,啟動(dòng)了無人農(nóng)場農(nóng)業(yè)項(xiàng)目。其實(shí)早在2017年,山東理工大學(xué)蘭玉彬教授就已經(jīng)提出了國內(nèi)首個(gè)生態(tài)無人農(nóng)場設(shè)想,并且落地山東淄博建立國內(nèi)首個(gè)無人農(nóng)場試驗(yàn)項(xiàng)目,而我們健坤網(wǎng)絡(luò)也全程參與到首個(gè)無人農(nóng)場項(xiàng)目的大田物聯(lián)網(wǎng)以及大數(shù)據(jù)云平臺(tái)的建設(shè)中,項(xiàng)目效果多次獲得行業(yè)和媒體的高度點(diǎn)評(píng)。 無人農(nóng)場已經(jīng)不再是一個(gè)未來的概念,它已經(jīng)落地成型,也是農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。依托生物技術(shù)、智能農(nóng)機(jī)和信息技術(shù),通過天、空、地一體化獲取農(nóng)情信息,采用地、空一體化智能農(nóng)業(yè)機(jī)器人和農(nóng)業(yè)裝備等協(xié)同作業(yè),實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能感知、智能分析、智能決策、智能預(yù)警以及專家在線指導(dǎo),達(dá)到綠色生態(tài)化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的無人化、精準(zhǔn)化種植,可視化管理和智能化操控的目的,形成可復(fù)制易推廣的生態(tài)無人農(nóng)場新模式。 今天 “AI·農(nóng)業(yè)智匯云講堂”的第十九期,主題是“無人農(nóng)場的關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)踐”。直播嘉賓是無人農(nóng)場關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的專家——華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院教授、碩士生導(dǎo)師胡煉教授。? 前言 01 農(nóng)業(yè)1.0至農(nóng)業(yè)4.0的演進(jìn)??? 01 農(nóng)業(yè)1.0 是以人力與畜力為主的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè),是農(nóng)業(yè)社會(huì)的產(chǎn)物。 02 農(nóng)業(yè)2.0 是指機(jī)械化農(nóng)業(yè)時(shí)代,是工業(yè)社會(huì)的產(chǎn)物。 03 農(nóng)業(yè)3.0 是高速發(fā)展的自動(dòng)化農(nóng)業(yè)時(shí)代,是信息社會(huì)的產(chǎn)物。? 04 農(nóng)業(yè)4.0 是以無人化為特征的智能農(nóng)業(yè)時(shí)代,是智能社會(huì)的產(chǎn)物。? 02 農(nóng)機(jī)1.0至農(nóng)機(jī)4.0的演進(jìn)? 01 農(nóng)機(jī)1.0 從無到有(補(bǔ)課) 特點(diǎn):機(jī)器代替人力和畜力作業(yè) 02 農(nóng)機(jī)2.0 從有到全(普及) 特點(diǎn):全程全面機(jī)械化 03 農(nóng)機(jī)3.0 從全到好(示范) 特點(diǎn):用信息技術(shù)提升農(nóng)機(jī)化水平? 04 農(nóng)機(jī)4.0 從好到強(qiáng)(探索) 特點(diǎn):自動(dòng)代,智能化,農(nóng)機(jī)+互聯(lián)網(wǎng)? 03 無人農(nóng)場概念? 全天候、全過程、全空間的無人化生產(chǎn)作業(yè)是無人農(nóng)場的基本特征。 01 耕種管收生產(chǎn)環(huán)節(jié)全覆蓋 即覆蓋農(nóng)作物生產(chǎn)中的耕整、種植、田間管理(水、肥、藥)和收獲的各個(gè)環(huán)節(jié); 02 機(jī)庫田間轉(zhuǎn)移作業(yè)全自動(dòng) 即農(nóng)機(jī)自動(dòng)從機(jī)庫轉(zhuǎn)移到田間,完成田間作業(yè)后自動(dòng)回到機(jī)庫; 03 自動(dòng)避障異況停車保安全 即在農(nóng)機(jī)轉(zhuǎn)移和作業(yè)過程中能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障,遇到異常情況能自動(dòng)停車,以確保安全;? 04 作物生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)全監(jiān)控 即能對(duì)作物生產(chǎn)過程中的長勢(shì)和病蟲草害情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控; 05 智能決策精準(zhǔn)作業(yè)全無人 即能根據(jù)作物的長勢(shì)和病蟲草害情況及時(shí)作出決策并自動(dòng)進(jìn)行精準(zhǔn)作業(yè),包括精準(zhǔn)灌溉、精準(zhǔn)施肥和精準(zhǔn)施藥等。? 無人農(nóng)場的關(guān)鍵技術(shù) 生物技術(shù)主要為無人農(nóng)場生產(chǎn)提供適應(yīng)機(jī)械化作業(yè)的品種和栽培模式; 智能農(nóng)機(jī)主要為無人農(nóng)場生產(chǎn)提供智能感知、智能導(dǎo)航、智能作業(yè)(精準(zhǔn)作業(yè))和智能管理; 信息技術(shù)主要為無人農(nóng)場生產(chǎn)的信息獲取、傳輸和處理,農(nóng)機(jī)導(dǎo)航與自動(dòng)作業(yè),農(nóng)機(jī)遠(yuǎn)程運(yùn)維管理提供支持。 智能農(nóng)機(jī) 01 智能感知? 帶 GNSS 的土壤耕作阻力測(cè)量裝置? 帶 GNSS 的土壤采樣器 ? 稻田水層高度及土壤含水量無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 作物養(yǎng)分信息 飛翼無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)平臺(tái) 多旋翼無人直升機(jī)遙感監(jiān)測(cè)平臺(tái) 基于主動(dòng)光源的作物長勢(shì)測(cè)量傳感器 02 自動(dòng)導(dǎo)航? 導(dǎo)航定位與姿態(tài)檢測(cè)技術(shù) 基于北斗和MEMS慣性傳感器的農(nóng)機(jī)姿態(tài)估計(jì) 農(nóng)機(jī)北斗定位的多傳感器信息融合技術(shù) 導(dǎo)航控制技術(shù) 01 路徑規(guī)劃 02 03 04 全區(qū)域規(guī)劃作業(yè)路徑規(guī)劃方法 路徑跟蹤控制 旱地:在行駛速度18km/h內(nèi),路徑跟蹤精度2.5cm(2RMS)。? 水田:在行駛速度8km/h內(nèi),路徑跟蹤精度4.4cm(RMS)。? 農(nóng)機(jī)避障導(dǎo)航 對(duì)于固定的障礙物采用繞行方法,而移動(dòng)障礙物采用停止作業(yè)的方法。? 農(nóng)機(jī)主從導(dǎo)航技術(shù) 液壓轉(zhuǎn)向自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng) 電機(jī)轉(zhuǎn)向自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)的全自動(dòng)導(dǎo)航作業(yè) 03 精準(zhǔn)作業(yè)? 精準(zhǔn)耕整 平整路徑智能規(guī)劃 水稻直播 系統(tǒng)生成的施肥作業(yè)處方圖 變量施肥無人機(jī) 作物株間機(jī)械除草 水稻機(jī)械除草 無人駕駛水稻聯(lián)合收獲機(jī) 水稻聯(lián)合收獲機(jī)測(cè)產(chǎn)系統(tǒng) 研制成功雙板差分沖擊式產(chǎn)量傳感器,通過軟件差分算法,消除了聯(lián)合收割機(jī)振動(dòng)信號(hào)對(duì)產(chǎn)量傳感器的影響,不同的流量下測(cè)產(chǎn)系統(tǒng)的誤差在3%以內(nèi)。 無人駕駛花生收獲機(jī) 04 智能管理? 智能管理系統(tǒng) 無人農(nóng)場實(shí)踐 01 無人農(nóng)場是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向 現(xiàn)代高科技技術(shù)集成; 提高作業(yè)質(zhì)量:對(duì)行精度2-3cm; 提高產(chǎn)量2-3%降低生產(chǎn)成本:3-8元/畝 實(shí)現(xiàn)全天候不間斷作業(yè):提高農(nóng)機(jī)利用率 提高土地利用率:0.5-1% 提高肥藥利用率:5-10% 02 無人農(nóng)場是產(chǎn)業(yè)化發(fā)展需求國家建設(shè)智慧農(nóng)業(yè)的需要 為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)提供總體解決方案 為解決“誰來種田”和“怎樣種田”提供科技支撐? 無人農(nóng)場1.0技術(shù)路線 旱地旋耕 旋耕作業(yè) 播種作業(yè) 噴霧 施肥 收獲 結(jié)論 ※※※※ 無人農(nóng)場是智慧農(nóng)業(yè)的一種生產(chǎn)方式,是實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)的一種途徑。 無人農(nóng)場應(yīng)有五個(gè)功能:耕種管收生產(chǎn)環(huán)節(jié)全覆蓋;機(jī)庫田間轉(zhuǎn)移作業(yè)全自動(dòng);自動(dòng)避障異況停車保安全;作物生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)全監(jiān)控;智能決策精準(zhǔn)作業(yè)全無人。 無人農(nóng)場依托三大技術(shù)支持:生物技術(shù)、智能農(nóng)機(jī)和信息技術(shù)。 智能農(nóng)機(jī)應(yīng)有四個(gè)功能:智能感知,自動(dòng)導(dǎo)航,精準(zhǔn)作業(yè),智能管理。 推廣無人農(nóng)場應(yīng)有較好的基礎(chǔ)條件,地塊較大,機(jī)耕道和灌排設(shè)施較好,衛(wèi)星信號(hào)和網(wǎng)絡(luò)信號(hào)好。? 胡煉教授“無人農(nóng)場的關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)踐”直播 ——觀眾提問集中回答 目前在國內(nèi),無人農(nóng)場的一些實(shí)際案例更多是在北方,那在我們南方推廣無人農(nóng)場模式是否可行呢?與北方的無人農(nóng)場的推廣區(qū)別在哪里呢? 為什么要把無人農(nóng)場分南方和北方?可能原因是認(rèn)為北方地塊比較大,南方地塊小,丘陵山地多。 我認(rèn)為從技術(shù)上面來講,不管是南方、北方,大田塊、小田塊,在技術(shù)上是沒有問題的。但是會(huì)涉及到如小地塊作業(yè)效率低,小地塊大機(jī)械下去是否合適等問題。 南方也有很多地方是平整的、比較大規(guī)模的。比如目前有很多對(duì)接開展無人農(nóng)場的地方,包括上海、貴州、北方黑龍江等地都有一些探討如何開展無人農(nóng)場的研究。目前只需要基礎(chǔ)設(shè)施能夠滿足就能夠開展無人農(nóng)場。 無人農(nóng)場也是一個(gè)逐步推進(jìn)的過程,不可能一下子全部實(shí)現(xiàn)無人農(nóng)場,還需要一個(gè)比較長期的過程??梢韵葟挠袟l件的地方開始示范推廣。 胡教授,無人農(nóng)場在實(shí)施的成本上較高,推廣的社會(huì)價(jià)值是否能夠與之相匹配呢? 現(xiàn)在還處于研究階段,所以并沒有過多考慮成本。但是從做的過程中,我們發(fā)現(xiàn)無人農(nóng)場的成本高在實(shí)現(xiàn)無人駕駛這方面。將原來的機(jī)械進(jìn)行改造,這方面的成本比較高。 從導(dǎo)航這方面來講,中國的農(nóng)機(jī)導(dǎo)航成本很低。目前的趨勢(shì)來看,以后的拖拉機(jī)會(huì)直接配上導(dǎo)航系統(tǒng)。 無人農(nóng)場是未來的趨勢(shì),隨著自動(dòng)化程度提高,愿意種地的農(nóng)民越來越少。像這樣工作都是較熱氣候的比較辛苦與重復(fù)勞動(dòng)的事,慢慢都會(huì)實(shí)現(xiàn)無人化的趨勢(shì)。 目前還未算經(jīng)濟(jì)賬,但是未來肯定會(huì)成為趨勢(shì)。因?yàn)榻鉀Q了人們?cè)谥貜?fù)勞作上耗費(fèi)的時(shí)間,可以花時(shí)間在更有意義的事上。 胡教授,無人農(nóng)場要求基礎(chǔ)條件比較好,連片的土地,那實(shí)際應(yīng)用實(shí)踐受限因素還是很多,畢竟在很多的場景上不一定滿足這類條件,有沒有一些關(guān)鍵技術(shù)能夠破除這些困境呢? 這個(gè)還是在關(guān)鍵技術(shù)方面。一個(gè)是農(nóng)機(jī)本身,自動(dòng)化程度會(huì)越來越高,各個(gè)農(nóng)機(jī)的廠商也都投入了更多的研發(fā),也研制了很多自動(dòng)化程度比較高的農(nóng)機(jī)。這些智能農(nóng)機(jī)可以幫助我們克服各種困難。以后大型機(jī)器、小型機(jī)器可以適應(yīng)農(nóng)業(yè)各個(gè)階段的生產(chǎn)。 另一方面就是路徑規(guī)劃等相關(guān)技術(shù)。需要更加智能適應(yīng)不同的地形。包括現(xiàn)在國家的農(nóng)田改造工程,有越來越多的田改造成高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田。如果這方面可以相互配合就能夠更加緊密。 再有就是關(guān)于地形地圖,有關(guān)行駛坡度,在地圖中都需要考慮。之后從低坡地段到高坡地段都可以在無人農(nóng)場的地圖中體現(xiàn)出來,和行駛的控制做一個(gè)緊密的聯(lián)系。讓農(nóng)機(jī)的作業(yè)、轉(zhuǎn)移都能夠適應(yīng)比較復(fù)雜的環(huán)境。 最后還有和汽車的自動(dòng)駕駛一樣,當(dāng)農(nóng)機(jī)在路上進(jìn)行轉(zhuǎn)移的時(shí)候,可能會(huì)要求很高,涉及到和車輛、人的交匯。目前我們希望能夠把環(huán)境控制住,減少人和車輛的進(jìn)入。后期當(dāng)自動(dòng)駕駛技術(shù)更加全面,設(shè)施更加完善之后,農(nóng)機(jī)的自動(dòng)駕駛也會(huì)更加智能,實(shí)現(xiàn)更加智能的無人農(nóng)場。 胡教授,無人農(nóng)場既然推崇“無人”概念,會(huì)不會(huì)讓農(nóng)民這個(gè)職業(yè)逐漸消失呢?是否會(huì)有沖突? 這是在無人化過程中,大家都在說的一個(gè)問題,其他如機(jī)器人代替工人都有這樣的擔(dān)憂。其實(shí)目前都是替代枯燥的、反復(fù)的勞動(dòng),用無人化機(jī)器人會(huì)更加智能與迅速,更加準(zhǔn)確,也做的更好,與此同時(shí),人也是少不來了的。 之前在交流時(shí),遇到一位說他是做快遞分揀的,但是現(xiàn)在不做分揀了,因?yàn)橛袡C(jī)器人代替他分揀了,他所做的就是管理機(jī)器人。 因?yàn)檗r(nóng)業(yè)是一個(gè)非常復(fù)雜的過程,涉及到非常多的農(nóng)業(yè)知識(shí),初級(jí)階段還需要人管理無人農(nóng)場,不僅管理生產(chǎn),還需管理機(jī)器。所以農(nóng)民是不會(huì)減少,或者不會(huì)失業(yè),因?yàn)槟壳巴耆珶o人還是做不到的,需要人來介入,只是人的工作更加輕松。管理機(jī)器、什么時(shí)候種什么作物等方面需要人進(jìn)入。 胡教授,智慧農(nóng)業(yè)在國內(nèi)發(fā)展到了什么程度?有哪幾種形式開展推廣? 智慧農(nóng)業(yè)隨著整個(gè)農(nóng)業(yè)使用物聯(lián)網(wǎng)、傳感器等裝備已經(jīng)到了一個(gè)比較大的應(yīng)用階段。包括現(xiàn)在對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境的監(jiān)測(cè),各個(gè)環(huán)節(jié)都有相關(guān)傳感器,數(shù)據(jù)也能傳輸?shù)酱髷?shù)據(jù)中心,這一塊已經(jīng)比較成熟了。后期會(huì)進(jìn)行大數(shù)據(jù)的挖掘、應(yīng)用等方面的開展。 智慧農(nóng)業(yè)關(guān)于農(nóng)業(yè)技術(shù)管理這一方面來講比無人農(nóng)場更超前一些,更快一些,它的應(yīng)用也會(huì)有很多,比如溫室大棚的設(shè)施管理都是智慧農(nóng)業(yè)方面的。這方面已經(jīng)有一些應(yīng)用了,后面的大田、養(yǎng)殖會(huì)更加深入,更加偏向于生產(chǎn)需要,提高產(chǎn)量,降低成本等方面。 國家有哪一些政策類型是指向智慧農(nóng)業(yè)或者數(shù)字農(nóng)業(yè)的? 從國家的科研立項(xiàng)等各方面可以知道都在這方面推進(jìn),包括農(nóng)田建設(shè)、智能農(nóng)機(jī)裝備的研發(fā)等各個(gè)方面都往這一塊推動(dòng)。這也是國家非常重視的。這方面會(huì)越來越快地發(fā)展。 胡教授,在無人作業(yè)過程中,我們要如何解決加種加肥的問題?目前這個(gè)方面的研究進(jìn)展如何? 這是我們比較關(guān)心的問題,我們?cè)谧鰺o人農(nóng)場實(shí)踐的時(shí)候,我們所有的都是通過分析計(jì)算,比如種子肥料前期都規(guī)劃好了,能否滿足這次的作業(yè)。 現(xiàn)在我們也遇到了這樣的問題,目前滿足不了,目前的方法是人工介入。比如拖拉機(jī)、無人農(nóng)機(jī)自動(dòng)回來,到機(jī)庫進(jìn)行添加,亦或是在田頭某個(gè)地方停車之后人為添加。目前種小麥的時(shí)候采用這種方式,可以接續(xù)補(bǔ)給進(jìn)行作業(yè)。 后期我們的規(guī)劃是有補(bǔ)給的農(nóng)機(jī),它會(huì)去送,就和收割協(xié)同作業(yè)一樣,兩個(gè)機(jī)器進(jìn)行協(xié)同作業(yè)。它將種子或肥料送到無人作業(yè)拖拉機(jī)的旁邊進(jìn)行協(xié)同。就類似把收糧反過來。 這是后期的設(shè)想工作,可能下次就能夠設(shè)計(jì)出來。 當(dāng)然還有更多的方式,也需要更多人的研究,需要更多人參與討論。將無人農(nóng)場的相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)好。 如果有問題想繼續(xù)與胡教授交流,歡迎在評(píng)論區(qū)下方留言或者發(fā)送郵件交流。 |
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