孟志軍:國內(nèi)外智能農(nóng)業(yè)9個(gè)應(yīng)用實(shí)例
孟志軍:國內(nèi)外智能農(nóng)業(yè)9個(gè)應(yīng)用實(shí)例
國家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術(shù)研究中心
精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)部主任孟志軍
在6月8日召開的第四屆中國農(nóng)機(jī)高端論壇上,國家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術(shù)研究中心精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)部主任孟志軍發(fā)表了題為“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)機(jī),技術(shù)實(shí)踐與思考”的演講。
在演講中,孟志軍提到了國內(nèi)外互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)機(jī)應(yīng)用的9個(gè)實(shí)例。
“互聯(lián)網(wǎng)+”比較通用的是指以互聯(lián)網(wǎng)為主的一整套信息技術(shù),包括移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)的應(yīng)用過程。實(shí)際上內(nèi)涵區(qū)別于傳統(tǒng)信息化,現(xiàn)在“互聯(lián)網(wǎng)+”,或者“+互聯(lián)網(wǎng)”,重新定義了信息化過程。
在我們農(nóng)機(jī)領(lǐng)域我們套用這個(gè)概念不一定合適。在農(nóng)機(jī)裝備本身,農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)滲透和應(yīng)用過程,以及在這個(gè)過程中延伸出來的方法,包括技術(shù)過程。我們農(nóng)機(jī)是一個(gè)大的行業(yè),互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)、互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)機(jī)制造、互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)機(jī)裝備、互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)機(jī)管理與服務(wù)等等都可以滲透。
國外互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)發(fā)展4個(gè)例子:
實(shí)際上從國際上來看,20世紀(jì)60、70年代傳感在農(nóng)機(jī)上應(yīng)用之后,電子技術(shù)在農(nóng)機(jī)裝備應(yīng)用一直到2000年前后開始大量使用,包括精準(zhǔn)農(nóng)業(yè),產(chǎn)品化、自動(dòng)化導(dǎo)航等。
國外聯(lián)合收獲機(jī)已實(shí)現(xiàn)了收獲過程中作業(yè)參數(shù)和性能的在線工作,包括車載系統(tǒng)、巡航導(dǎo)航、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸。數(shù)據(jù)采集之后怎么傳輸,國際農(nóng)機(jī)信息化領(lǐng)域一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)叫ISO11783,大量傳感器控制終端,能夠把采集到信息傳輸、記錄甚至回傳到后臺(tái),現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)+無線通訊越來越多,短距離、長距離、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊等,大量技術(shù)在農(nóng)機(jī)上應(yīng)用,也是我們農(nóng)機(jī)互聯(lián)網(wǎng)+必要前提。
1 約翰迪爾互聯(lián)互通技術(shù)
以John Deere為例,其利用網(wǎng)絡(luò)通訊與無線技術(shù),將農(nóng)機(jī)設(shè)備、機(jī)主、作業(yè)人員、設(shè)備供應(yīng)商互通互聯(lián),有效提高作業(yè)效率。
約翰迪爾的“互聯(lián)網(wǎng)+”應(yīng)用系統(tǒng),在主機(jī)應(yīng)用就是主機(jī)配合系統(tǒng),在田間作業(yè),作業(yè)、谷物參數(shù)可以自動(dòng)采集傳送到后端,并且根據(jù)參數(shù)能夠指導(dǎo)駕駛?cè)藛T進(jìn)行優(yōu)化,手動(dòng)操作或者自動(dòng)化調(diào)整,比如脫粒、整個(gè)收割機(jī)糧倉等優(yōu)化調(diào)整過程。
2 天寶協(xié)同控制
協(xié)同控制實(shí)際上就是一個(gè)主從機(jī)的配合,大量小麥?zhǔn)崭钸^程中,主從機(jī)配合是常見的問題,別人基于互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)能夠做到主從機(jī)在自動(dòng)化過程中,不停機(jī)操作,各方面的狀態(tài)相互通知,機(jī)器對(duì)話實(shí)現(xiàn)調(diào)度,實(shí)現(xiàn)高效作業(yè)的目的。
天寶的協(xié)同控制技術(shù),就是互通互聯(lián)農(nóng)機(jī)、農(nóng)業(yè),強(qiáng)調(diào)3個(gè)領(lǐng)域,包括辦公室、駕駛室(拖拉機(jī)和收割機(jī))及機(jī)械作業(yè)情況、田間作物生長情況能夠互通互聯(lián)。
3 雷文重工工況監(jiān)測
雷文重工(Raven)的物聯(lián)網(wǎng)終端能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測工業(yè)情況,其支持高精度自動(dòng)導(dǎo)航的傳輸功能,這是他們的一個(gè)特點(diǎn)。另一個(gè)是雙向技術(shù)交互,即機(jī)器精準(zhǔn)作業(yè)的時(shí)候,到哪一個(gè)地塊調(diào)處方圖進(jìn)行按圖作業(yè)。實(shí)際上剛才傳輸機(jī)站網(wǎng)絡(luò)信息都可以傳到集群定位,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)自動(dòng)回傳等。
4 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)
精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在國外有20多年歷史,現(xiàn)在各種各樣終端、控制、傳感已經(jīng)大量應(yīng)用。包括變量施肥,基于傳感測定而調(diào)配;噴頭控制,按圖作業(yè)等,這都是精準(zhǔn)作業(yè)的典型特征。
在果園里通過噴頭傳感目標(biāo)物自動(dòng)識(shí)別,把表探測加上控制方式能夠大量節(jié)約農(nóng)藥噴灑,大家可以看到國外實(shí)驗(yàn),100%噴灑到對(duì)一個(gè)具體的個(gè)體指標(biāo),大量降低噴灑的農(nóng)藥的量,大家可以看實(shí)驗(yàn)的視頻,傳感器探測少不了,目標(biāo)在什么地方就對(duì)什么地方噴射。
變量噴藥可以做到噴頭組合開端控制,或者區(qū)段控制,借助于衛(wèi)星技術(shù)達(dá)到既定效果。這種播種化自動(dòng)技術(shù)在國外應(yīng)用的如火如荼,精度能達(dá)到99%,同時(shí)支持高速的精準(zhǔn)作業(yè),增加力,作業(yè)過程中各種參數(shù)優(yōu)化,都可以做到非常完整。
將農(nóng)業(yè)地塊網(wǎng)格化,到單個(gè)植物個(gè)體,能夠大大提高識(shí)別精度,從而減少物料投入量,提高效率。比如在玉米長成之后,進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控。
另外一個(gè)趨勢是無人化,從地頭作業(yè)到返回整個(gè)是無人操作,比如基于視覺駕駛到的無人插秧系統(tǒng)、機(jī)器人除草等。實(shí)際上機(jī)器人作業(yè),這還是一個(gè)理想,什么時(shí)候能夠?qū)崿F(xiàn),在2045年有可能在田間作業(yè)不需要人工干預(yù)了,我們設(shè)想一下這個(gè)場景吧。
國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)4個(gè)應(yīng)用:
2010年前后我們大的跨國企業(yè)有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)出現(xiàn),預(yù)測到2020年自主系統(tǒng),農(nóng)業(yè)智能機(jī)器人,在農(nóng)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮逐步作用。
從物聯(lián)網(wǎng)或者“互聯(lián)網(wǎng)+“這個(gè)概念來講,首先是有感知,在農(nóng)機(jī)生產(chǎn)過程中,兩大組機(jī)作業(yè)機(jī)具他的參數(shù)需要我們用傳感器、信息化手段能夠自動(dòng)獲取和感知,我們也能發(fā)現(xiàn)自能感知一個(gè)顯著特征,高端農(nóng)機(jī)裝備,國際巨頭生產(chǎn)的產(chǎn)品,他們從頭到腳,關(guān)鍵部件都布滿傳感器,這也是提高設(shè)備可靠性重要因素。
國家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術(shù)研究中心以及國內(nèi)其他企業(yè)都做了一些工作。
1 農(nóng)機(jī)深松監(jiān)測
農(nóng)機(jī)深松監(jiān)測,基于互聯(lián)網(wǎng)+來進(jìn)行深松作業(yè)補(bǔ)貼監(jiān)管終端,這個(gè)終端剛才講了基于衛(wèi)星定位和數(shù)據(jù)回傳的定位通訊技術(shù),整個(gè)主機(jī)包括接口都是做的三防設(shè)計(jì)進(jìn)行有效作業(yè)。
后臺(tái)系統(tǒng)實(shí)際上可以簡單看到,可以看到機(jī)器用戶最關(guān)心、管理部門最關(guān)心怎么作業(yè),作業(yè)面積有多少,作業(yè)質(zhì)量怎么樣,這個(gè)過程在實(shí)時(shí)監(jiān)控,隨時(shí)隨地可以了解到,我的范圍之內(nèi),自己關(guān)心的主機(jī)狀態(tài),主機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控的狀態(tài),大家可以看到任何一臺(tái)拖拉機(jī),看到省、市、縣、合作社,可以看到作業(yè)深度、工作狀態(tài)等等,可以實(shí)時(shí)監(jiān)控。
一個(gè)重要功能可以面積核算,進(jìn)行有效統(tǒng)計(jì),合格面積、不合格面積我們叫做質(zhì)量分析,作業(yè)深度我們自動(dòng)能生成作業(yè)地圖,作業(yè)地圖綠色點(diǎn)代表再作業(yè),還有一些紅點(diǎn)和灰點(diǎn),灰點(diǎn)沒有作業(yè),無效轉(zhuǎn)移的時(shí)候,紅點(diǎn)就是在地里作業(yè)但是深度不達(dá)標(biāo),這個(gè)把我們深松作業(yè)數(shù)據(jù)自動(dòng)圖形化顯示出來,同時(shí)有多少面積達(dá)標(biāo),多少面積不達(dá)標(biāo),比例怎么樣。數(shù)據(jù)可以自動(dòng)導(dǎo)出,支持管理數(shù)據(jù)化需要。
實(shí)際上這些終端我們感覺符合管理,或者生產(chǎn)的需要,我們到目前為止這一類終端在全國100多個(gè)縣市,一些農(nóng)場我們安裝了7000臺(tái),這是2015年秋季大面積安裝的場景,這個(gè)是在山東,這個(gè)是在安徽宿州,我們叫做互聯(lián)網(wǎng)感知終端,在深松作業(yè)基礎(chǔ)上回傳大量數(shù)據(jù),這里應(yīng)該是2800G數(shù)據(jù),基于大數(shù)據(jù)得到監(jiān)控面積目前為止是700多萬畝,作業(yè)時(shí)長、這些大量數(shù)據(jù)可以對(duì)廣泛農(nóng)業(yè)作業(yè)時(shí)間利用率,作業(yè)效率進(jìn)行有效分析和處理。
比如說我們發(fā)現(xiàn)有的每小時(shí)大于40畝,有的每小時(shí)小于10畝,基于系統(tǒng)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)基礎(chǔ),同時(shí)對(duì)作業(yè)效率,不同區(qū)域之間,自然分布管理范圍,配置不一樣平均作業(yè)效率也有明顯差異。
這是我們同時(shí)基于每一臺(tái)終端回傳的坐標(biāo)點(diǎn),可以給勾勒出邊界,這個(gè)界面2015年安徽一個(gè)縣,也是一個(gè)示范縣點(diǎn),這個(gè)地方裝了300臺(tái)終端,自動(dòng)勾勒出作業(yè)后的地段,這個(gè)為我們下一年有支撐作用,我們管理部門要求三年做一個(gè),能做過程中需要對(duì)下一年作業(yè)地塊進(jìn)行識(shí)別,對(duì)下一年提供數(shù)據(jù)支撐,這個(gè)是避免重復(fù)作業(yè)的重要依據(jù)。
同時(shí)我們通過終端也能發(fā)現(xiàn),機(jī)器作業(yè)能夠發(fā)現(xiàn)重疊遺漏,這里面包括惡意的重漏,這里面機(jī)手帶著終端,終端可以各種各樣的走法,實(shí)際上都被終端監(jiān)測到,數(shù)據(jù)能夠回傳,大于70厘米,惡意漏的區(qū)域避免重疊和遺漏分析,有效避免方法。同時(shí)為了支持技術(shù),查詢有效作業(yè)我們也開發(fā)了APP。
2 工況遠(yuǎn)程監(jiān)測
工況遠(yuǎn)程監(jiān)測,實(shí)際上是一個(gè)典型的農(nóng)機(jī)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用東西,前提也是基于傳感器獲取大量信息,最終目的要給管理部門或者企業(yè)核算單,什么樣的機(jī)器,什么時(shí)候作業(yè),在哪個(gè)地方作業(yè),燃油消耗是多少,通過系統(tǒng)和表格得到有效體現(xiàn),包括基于工況數(shù)據(jù),田間作業(yè)中優(yōu)化調(diào)試提供信息化支撐,也是里面一塊設(shè)計(jì)。
3 整地智能裝備
實(shí)際上地不平造成雜草分布不均,對(duì)作物生長影響比較大,激光平地機(jī)能夠有效消除這種情況。
這是五年前研發(fā)的系統(tǒng),按照激光控制要求實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)作業(yè),大家可以看一下這是在我們山西做的一些應(yīng)用示范的情況,非常好的作業(yè)效果。同時(shí)我們在三江也做一些嘗試,棚內(nèi)作業(yè)做相應(yīng)的工作,最終形成系統(tǒng)就是這樣一個(gè)單人操作情況,實(shí)際上希望在狹小做到精準(zhǔn)作業(yè),達(dá)到比較好的平整度,為后面作業(yè)提供好的保障。
4 變量播種施肥
播種施肥也是精準(zhǔn)作業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。不同區(qū)域識(shí)別量不一樣,都是靠處方圖能夠根據(jù)位置進(jìn)行調(diào)控,達(dá)到變量效果,這個(gè)十年以前研發(fā)系統(tǒng),包括處方圖識(shí)別,整個(gè)控制、測速等等技術(shù)組建,得到有效實(shí)施,我們在黑龍江進(jìn)行技術(shù)演化和應(yīng)用,比如說四個(gè)精準(zhǔn)量施肥機(jī),每一路可以單獨(dú)的按圖或者精準(zhǔn)控制,這個(gè)圖片可以精準(zhǔn)調(diào)控。
這個(gè)是分布在精準(zhǔn)施肥機(jī)上傳感器,后臺(tái)還有兩個(gè)維護(hù)系統(tǒng),下田之前怎么作業(yè),并且處方圖可以發(fā)送到主機(jī)終端上,處方圖在完成之后可以發(fā)送到終端進(jìn)行按圖作業(yè),包括施肥量、施肥控制參數(shù)等等,這個(gè)是我們在黑龍江進(jìn)行應(yīng)用示范的場景,特別是他們高地起伏不平,施肥不均情況還是取得一定的效果。
5 自動(dòng)導(dǎo)航
自動(dòng)導(dǎo)航是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)推廣發(fā)展比較快的技術(shù),最開始在黑龍江推廣都是進(jìn)口設(shè)備,目前為止國產(chǎn)設(shè)計(jì)已經(jīng)批量得到應(yīng)用,這個(gè)之所以推廣那么好最直接效果最明顯,手動(dòng)駕駛導(dǎo)致誤差積累可達(dá)10%以上等都發(fā)揮顯著作用。
我們在國產(chǎn)中馬力拖拉機(jī)進(jìn)行自主研發(fā),包括兩種方式。所以這套系統(tǒng)轉(zhuǎn)向自動(dòng)控制,都需要導(dǎo)航方法來實(shí)現(xiàn)田間導(dǎo)向,包括衛(wèi)星機(jī)站,算法都在終端里面,還有轉(zhuǎn)向控制,傳感器、液壓這一整套形成完整的系統(tǒng)。這個(gè)是在新疆維吾爾自治區(qū)播棉花的,實(shí)際上和國外同類產(chǎn)品對(duì)比,不管是量化,還是直觀效果都達(dá)到比較好的效果,這是田間作業(yè)的一些場景效果。
實(shí)際上自動(dòng)導(dǎo)航和棉花播種結(jié)合起來進(jìn)行了量化測算,這個(gè)數(shù)據(jù)還是比較可信的數(shù)據(jù),由于控制的比較高,接茬精度可控制在2到3厘米,單臺(tái)機(jī)組一個(gè)播種季節(jié)支人工費(fèi)用辛丑支出60%等方面都有比較好的效果。
我們今年批量化應(yīng)用,在新疆維吾爾自治區(qū)生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)安裝的場景,我們安裝了將近300套的駕駛,進(jìn)行棉花作業(yè)。這個(gè)是安裝完試車情況,基本上70、80馬力,到120馬力播種,這種三個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)融合在一臺(tái)機(jī)器上,強(qiáng)調(diào)接茬精度,滿足后續(xù)打藥、集材作業(yè)的要求。
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