【正文】 Peter Jurschik and Ray Hoemsen. Precision Farming: Some European and Western Canadian Prospectives. 1999 ASAE/CSAE NorthCentral Sectional Meeting, International Inn, Winnipeg, Manitoba, Sept. 242,1999. (本章作者汪懋華)41 / 41。 Hermann and Gerhard Jahns. Development and application of an agricultural BUS for data transfer. Computers and electronics in agriculture, , , , Elsevier. Sept. 1999.6. 6. 汪懋華.“精細農(nóng)作”技術(shù)發(fā)展與農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)創(chuàng)新系列講座(1 11 ). 農(nóng)業(yè)機械，1999, .5. 5. 汪懋華.“精細農(nóng)業(yè)”發(fā)展與工程科技創(chuàng)新. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, , , 4. 4. Hermann Auernhammer. The role of electronics and decision support systems for a new mechanisation. Proceddings of the 8th Meeting of the Full Members, CLUB of BOLOGNA, Edizioni UNACOMA Service sri, Italy. 1997. 3. 3.96, , Seoul, Korea. 1996.2. 2.21世紀人類將逐步進入知識經(jīng)濟時代，探索基于信息和知識的融合多種學(xué)科知識建立集成管理決策系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)各領(lǐng)域的應(yīng)用，將使人類愈益精細化地利用自然資源和物質(zhì)資源，減小浪費，降低成本，保護生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)?；谛畔⒑椭R的高新技術(shù)集成系統(tǒng)已迅速應(yīng)用到農(nóng)產(chǎn)品收獲后工藝與加工工程領(lǐng)域，如基于新的物理原理的農(nóng)產(chǎn)品分級與品質(zhì)檢測先進傳感技術(shù)，基于機器視覺和圖象信息處理的生物對象模式識別，遺傳算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制理論與新方法的應(yīng)用，專家系統(tǒng)支持的輔助決策與控制等。電子信息與農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)已在發(fā)達國家的農(nóng)產(chǎn)品加工中得到廣泛應(yīng)用。農(nóng)產(chǎn)品的市場價值與市場競爭，對收獲后工藝和產(chǎn)品加工品質(zhì)提出了很高的要求。近幾年來設(shè)施園藝中節(jié)約投入，降低成本，限制水土環(huán)境污染的問題正在推進著這一產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進步，歐洲已經(jīng)提出了加速向無土、封閉式營養(yǎng)栽培系統(tǒng)過渡的明確發(fā)展方向?！霸O(shè)施園藝”是近幾年來迅速發(fā)展的農(nóng)業(yè)高新技術(shù)領(lǐng)域，它集成了園藝設(shè)施結(jié)構(gòu)、材料、裝備、控制、農(nóng)藝、管理決策等多種先進科技于一體，實現(xiàn)高投入、高產(chǎn)出、高效益的優(yōu)化目標(biāo)。這些都是基于個體或小群信息和科學(xué)管理決策知識的“精細養(yǎng)殖”的典型實例。與手攜式數(shù)據(jù)采集器結(jié)合，還適用于不同規(guī)模的牲畜科學(xué)飼養(yǎng)管理。在牛、豬出生后即植入體內(nèi)，使整個生長、養(yǎng)殖過程，直至交售時的稱重、屠宰均納入自動信息管理系統(tǒng)。早期推廣應(yīng)用的一種奶牛編號自動識別器，是長期掛在脖子上的小型密封無源信號轉(zhuǎn)發(fā)器，一個固定的激勵信號發(fā)生器通過發(fā)射天線依次地發(fā)射出一串不同頻率的高頻電磁波，掛在牛脖子上的每一個轉(zhuǎn)發(fā)器經(jīng)過調(diào)諧，只對其中的兩種頻率作出響應(yīng)，從而給轉(zhuǎn)發(fā)器中的轉(zhuǎn)發(fā)振蕩器提供功率，并使其振蕩器先后轉(zhuǎn)發(fā)出兩個固定頻率的時序信號被接收機接收，經(jīng)過解碼，判斷出牛的編號。因此，基于信息和知識經(jīng)營高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效和環(huán)境友好的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的技術(shù)思想應(yīng)該擴展到大田作物生產(chǎn)以外的其他農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、大力推動將先進的信息高新技術(shù)、智能化控制的農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)和相關(guān)的先進農(nóng)藝技術(shù)的適度組裝集成，發(fā)展“精細園藝”、“精細養(yǎng)殖”“精細加工”、“精細經(jīng)營”有關(guān)的高新技術(shù)應(yīng)用.實際上基于信息和知識有效地管理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的早期實踐，在70年代后期已優(yōu)先在歐美發(fā)達國家的奶牛場管理信息系統(tǒng)中得到成功應(yīng)用，眾所周知,基于奶牛編號自動識別器的個體產(chǎn)奶量定量配料和飼養(yǎng)管理系統(tǒng)，自80年代初已始在歐美各國農(nóng)場中推廣使用。在廣大發(fā)展中國家，包括中國大陸在內(nèi)，大田作物生產(chǎn)系統(tǒng)仍然處于勞動力密集，經(jīng)營規(guī)模較小，機械化裝備水平和經(jīng)濟效益較低的發(fā)展階段，經(jīng)濟的發(fā)展正在加快農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整進程，以作物生產(chǎn)解決初級谷物供給為主的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)經(jīng)營思想，正在向農(nóng)、林、牧、副、漁全面發(fā)展的大農(nóng)業(yè)思想轉(zhuǎn)變。（三）. 由“精細農(nóng)作”向建立“精細農(nóng)業(yè)”技術(shù)體系發(fā)展“精細農(nóng)作”是基于信息和知識進行作物生產(chǎn)管理的現(xiàn)代農(nóng)田精耕細作技術(shù)。我國科技工作者要研究這方面的進展，參與國際交流。5. 系統(tǒng)集成技術(shù)“精細農(nóng)業(yè)”技術(shù)體系是一個集成系統(tǒng)，它涉及到多種學(xué)科知識的支持，需要學(xué)習(xí)應(yīng)用不同子系統(tǒng)已經(jīng)形成的硬、軟件設(shè)計規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)格式與通信協(xié)議，應(yīng)用已有的單項技術(shù)成果，研究建立某些支持技術(shù)的新標(biāo)準(zhǔn)。谷物聯(lián)合收獲機電子裝置，包括谷物產(chǎn)量自動計量和產(chǎn)量圖自動生成技術(shù)，是當(dāng)代農(nóng)機研究的一個重要方向，也應(yīng)是我國農(nóng)機裝備機電一體化、信息化研究的優(yōu)先發(fā)展方向之一。 研究采集的定位數(shù)據(jù)和產(chǎn)量數(shù)據(jù)編碼格式與快速存儲傳輸方式。 針對不同收獲機械建立谷物由割臺至流量測量點的谷物運移過程模型，以校正產(chǎn)量分布信息的動態(tài)誤差；l l 生成產(chǎn)量分布圖需要的空間分辨率不大于收獲機械工作幅寬的DGPS定位系統(tǒng)；l l 產(chǎn)量計量中同時獲得收獲機的實際割幅和前進速度信息；l l 流量傳感器的計量精度、穩(wěn)定性、通用性、標(biāo)定簡便性的進一步改善；l l研究“精細農(nóng)作”體系中的產(chǎn)量實時計量和產(chǎn)量圖自動生成技術(shù)，需要解決如下的科學(xué)技術(shù)問題：l l因而獲取農(nóng)田小區(qū)作物產(chǎn)量及其空間分布的差異性信息是實踐精細農(nóng)作的基礎(chǔ)。 由于作物生產(chǎn)受到眾多因素的集合影響，當(dāng)今作物生產(chǎn)的精細管理還是以對小區(qū)產(chǎn)量分布特征信息的分析為基礎(chǔ)來制定處方管理決策。 智能化聯(lián)合收割機支持“易地收割”，實施機群科學(xué)調(diào)度與管理的研究。 GPS、GIS 有關(guān)技術(shù)國產(chǎn)化、產(chǎn)業(yè)化和用于支持農(nóng)業(yè)機械化組織、調(diào)度與輔助管理決策支持系統(tǒng)的研究；l l 農(nóng)機作業(yè)信息高效處理、存儲、傳輸、通信技術(shù)及其總線與接口的標(biāo)準(zhǔn)化研究；l l 大中型拖拉機和自走型農(nóng)業(yè)機械智能化技術(shù)狀態(tài)實時診斷、監(jiān)控與顯示裝置開發(fā)研究；l l 自走式農(nóng)田土壤、病蟲草害、作物苗情定位信息采集機械裝備開發(fā)研究；l l 實施定位處方農(nóng)作和控制的施肥、施藥、澆水、精播、栽植的移動作業(yè)機械研究；l l 用于與作物收獲機械配套的產(chǎn)量傳感技術(shù)與帶產(chǎn)量圖自動生成系統(tǒng)軟件開發(fā)研究；l l GPS、GIS用于農(nóng)業(yè)機械田間導(dǎo)航與定位操作的應(yīng)用研究；l l其優(yōu)先領(lǐng)域如：l l研究適于不同國家的農(nóng)業(yè)機械裝備、種植特點、適于不同作物和更為精確的上述各環(huán)節(jié)的智能化技術(shù)，仍然是農(nóng)業(yè)機械工程師面臨的挑戰(zhàn)?！熬氜r(nóng)作”應(yīng)用實踐可根據(jù)不同國家、不同地區(qū)的社會、經(jīng)濟條件，圍繞提高生產(chǎn)、節(jié)本增效、保護環(huán)境的目標(biāo)，采用不同的技術(shù)組裝方式，逐步提高作物生產(chǎn)管理的科學(xué)化與精細化水平。實施按處方圖進行農(nóng)田投入調(diào)控的智能化農(nóng)業(yè)機械, 如安裝有DGPS定位系統(tǒng)及處方圖讀入裝置的，可自動選擇種子類型（二選一）、按處方調(diào)節(jié)播量的小麥精密播種機，自動施肥、施藥機，可控噴水量的噴灌機均已有部分商品化產(chǎn)品，并在繼續(xù)完善之中。這類康拜因的單產(chǎn)計量精度可達3%以內(nèi)。1997年， 北美已有20,000臺谷物康拜因安裝有產(chǎn)量計量傳感器，其中約50%帶有GPS接收機可以自動生成產(chǎn)量分布圖。英國Massey Ferguson 提供的這種聯(lián)合收割機，在小區(qū)產(chǎn)量分布圖基礎(chǔ)上還可結(jié)合定位處方投入的成本分析直接顯示小區(qū)經(jīng)濟效益分布圖（Gross Margin Variability Map），在機器座艙內(nèi)的一個虛擬化計算機LED顯示屏上，可以通過觸摸式鍵盤隨意調(diào)用各種圖形化可視界面和數(shù)據(jù)信息, 監(jiān)控機器各部分的工況和顯示獲得的產(chǎn)量分布圖。如英、美、德等國生產(chǎn)的帶DGPS定位系統(tǒng)和產(chǎn)量自動計量的谷物聯(lián)合收獲機。4. 農(nóng)業(yè)機械裝備技術(shù)支持“精細農(nóng)作”的智能化農(nóng)業(yè)機械主要是：收獲機械產(chǎn)量監(jiān)示器與產(chǎn)量圖自動生成系統(tǒng)；實現(xiàn)精密播種，精細施肥，精細施藥和精細灌溉等定位控制作業(yè)的變量處方農(nóng)業(yè)機械；實施機載農(nóng)田空間信息快速采集的機電一體化農(nóng)業(yè)機械等。實施“精細農(nóng)作”的作物生產(chǎn)管理決策支持技術(shù)致力于根據(jù)農(nóng)田小區(qū)作物產(chǎn)量和諸相關(guān)因素在農(nóng)田內(nèi)的空間差異性，實施分布式的處方農(nóng)作。系統(tǒng)輸出結(jié)果，能夠提供對作物生產(chǎn)潛力，過程診斷，產(chǎn)量預(yù)測、經(jīng)濟評估、農(nóng)作管理的知識咨詢服務(wù)。我國學(xué)者結(jié)合本國國情和區(qū)域自然條件開發(fā)的RICEMOD和RICAM等水稻生長模擬模型，CGSIM棉花高產(chǎn)栽培發(fā)育動態(tài)模擬模型及小麥生長模擬模型等，圍繞實現(xiàn)作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、節(jié)本、高效的應(yīng)用目標(biāo)，將能否有效地促進作物生產(chǎn)作為檢驗?zāi)Ｐ蛢?yōu)劣的一個主要標(biāo)準(zhǔn), 已開始顯示出其緊密結(jié)合作物生產(chǎn)管理實踐的特色，我國80年代初以來，對農(nóng)田施肥、不同作物栽培管理、病蟲害預(yù)測預(yù)報、農(nóng)田灌溉等農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的研究開發(fā)成果已在生產(chǎn)應(yīng)用中發(fā)揮了重要作用，智能化農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)及其研究開發(fā)工具的研究得到了“863”高科技計劃的支持，迄今已在吉林、北京、安徽、云南等地建立了四個智能化農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)試驗示范區(qū)，并進行了較大面積的輻射應(yīng)用推廣。八十年代初以來，作物生長動態(tài)模擬模型的研究取得了重要的進展。由于作物生產(chǎn)系統(tǒng)的復(fù)雜性，許多影響因素與作物生長過程的關(guān)系尚難于完全用解析方法進行過程的定量描述。作物生產(chǎn)管理計算機輔助決策支持系統(tǒng)（DSS），是應(yīng)用計算機信息處理技術(shù), 綜合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)相關(guān)科學(xué)技術(shù)成果, 制定作物生產(chǎn)管理措施，實現(xiàn)處方農(nóng)作的基礎(chǔ)，也是實現(xiàn)“精細農(nóng)作”技術(shù)思想的核心。這正是“精細農(nóng)作”技術(shù)體系追求的目標(biāo)。 圖1115 “精細農(nóng)作”管理決策過程示意圖所有綠色植物生產(chǎn)的基本過程都是基于葉綠素的光合作用。 又需要對這些信息進行處理，運用農(nóng)業(yè)科學(xué)知識制定農(nóng)田與作物栽培管理決策，指導(dǎo)分布式定位處方農(nóng)作，以實現(xiàn)資源高效利用，高產(chǎn)出、省投入和可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)化目標(biāo)。目前仍有許多問題尚待科學(xué)技術(shù)的突破，需要電子信息硬件、軟件科學(xué)家和農(nóng)學(xué)家的密切合作，可望在跨入新世紀的初期獲得重要進展，同時也將對支持處方農(nóng)作的農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)等產(chǎn)生深遠的影響。計算機視覺支持下的生物對象模式識別技術(shù)，遙感系統(tǒng)中應(yīng)用的高分辨率多光譜近地測量技術(shù)，在這一領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊的應(yīng)用研究前景。積累的大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將支持其產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)取得突破。例如，現(xiàn)有聯(lián)合收獲機上裝置的產(chǎn)量信息檢測系統(tǒng)，在駕駛室內(nèi)具有操作鍵，當(dāng)進行收獲作業(yè)時，駕駛員可以觀察出雜草與成熟作物間的明顯區(qū)別，通過操作鍵可標(biāo)出不同雜草空間分布的區(qū)域位置，并自動將雜草分布信息迭加到最后生成的產(chǎn)量圖上。傳統(tǒng)農(nóng)田精細農(nóng)作實踐中，有經(jīng)驗的農(nóng)民對農(nóng)田作物苗情例行查田定性觀測，實施定位管理。它不追求達到與實驗室理化分析方法可能達到的個體測量精度，但可以快速、實時、經(jīng)濟地采集大量原始數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法和數(shù)字信號處理芯片技術(shù)，對原始數(shù)據(jù)進行快速分析處理，去粗取精，達到滿意的效果，這將對擴展農(nóng)業(yè)機械用于農(nóng)田空間信息數(shù)據(jù)采集，開發(fā)研究農(nóng)機配套機電一體化產(chǎn)品的一個新的發(fā)展方向。基于現(xiàn)有技術(shù)進行土壤柵格