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農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新

智能感知技術(shù)包括機(jī)外感知和機(jī)內(nèi)感知。機(jī)外感知指對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)環(huán)境和對(duì)象信息參數(shù)的感知，包括作物生長(zhǎng)及病蟲草害信息感知、作業(yè)環(huán)境與障礙物信息感知等；機(jī)內(nèi)感知指對(duì)農(nóng)業(yè)裝備自身的工作參數(shù)及作業(yè)狀態(tài)參數(shù)的感知。農(nóng)業(yè)裝備機(jī)內(nèi)共性參數(shù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)信息、動(dòng)力輸出信息、扭矩信息、滑轉(zhuǎn)率、姿態(tài)信息、安全隱患信息等。

衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)是目前農(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一。將衛(wèi)星定位信息與已有的地圖系統(tǒng)進(jìn)行算法結(jié)合，便可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)導(dǎo)航功能。目前應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，精度誤差可控制在 ±2.5cm 以內(nèi)。國(guó)內(nèi)高精度差分導(dǎo)航與定位技術(shù)基本通過國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商信號(hào)基站來提供 RTK 信號(hào)，可在全國(guó)大部分區(qū)域得到有效覆蓋。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止 2021 年末，中國(guó)安裝高精度衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的農(nóng)機(jī)已超過 6 萬臺(tái)，涵蓋拖拉機(jī)、收割機(jī)、插秧機(jī)、植保機(jī)等眾多機(jī)械類別。

自動(dòng)導(dǎo)航駕駛技術(shù)可以大幅度提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效率。為實(shí)現(xiàn)這一功能，需要農(nóng)業(yè)機(jī)械按照衛(wèi)星導(dǎo)航的路徑進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整姿態(tài)自主作業(yè)。以輪式農(nóng)業(yè)機(jī)械為例，當(dāng)前實(shí)現(xiàn)的方法是利用姿態(tài)傳感器、角度傳感器感知車輛姿態(tài)、車輪轉(zhuǎn)向角度，然后將衛(wèi)星導(dǎo)航信息與農(nóng)業(yè)機(jī)械當(dāng)前的運(yùn)用狀態(tài)參數(shù)綜合計(jì)算，通過液壓或電控方向盤控制農(nóng)機(jī)行走路線，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛作業(yè)。中國(guó)目前已將該技術(shù)廣泛應(yīng)用于旋耕機(jī)、播種機(jī)、插秧機(jī)、噴霧機(jī)和收獲機(jī)等眾多農(nóng)業(yè)機(jī)械上，其中水田作業(yè)機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)已居國(guó)際領(lǐng)先水平。特別是大型地塊區(qū)域作業(yè)過程中，由于其作業(yè)精度高、穩(wěn)定性好、誤差修正反應(yīng)靈敏，可以極大地提高土地利用率，減低生產(chǎn)成本。研究表明，采用自動(dòng)導(dǎo)航的農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)，可提高作物產(chǎn)量 2%-3%，減少肥料和農(nóng)藥用量 5%-10%，降低生產(chǎn)成本 5%-10%。

數(shù)字孿生技術(shù)還可以與虛擬現(xiàn)實(shí)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)結(jié)合，搭建三維可視化監(jiān)控平臺(tái)。平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)場(chǎng)環(huán)境、農(nóng)產(chǎn)設(shè)備、農(nóng)作物、顯示傳感器等多種數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和可視化，農(nóng)場(chǎng)主可以通過大屏和移動(dòng)端對(duì)農(nóng)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程精準(zhǔn)控制，對(duì)農(nóng)作物實(shí)時(shí)勘察農(nóng)業(yè)資源、作物墑情，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品線上瀏覽、交易等實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品溯源。同時(shí)，平臺(tái)還可以通過GIS地理信息定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)、物流環(huán)節(jié)的監(jiān)控，對(duì)農(nóng)場(chǎng)業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)和管理進(jìn)行賦能，打造農(nóng)產(chǎn)品安全產(chǎn)業(yè)鏈。

路徑規(guī)劃與復(fù)雜軌跡復(fù)用技術(shù)具備作業(yè)路徑自動(dòng)規(guī)劃能力是農(nóng)業(yè)機(jī)械實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的前提。當(dāng)前一般采用“S”形、“幾”字形、“回”字形以及兩者方式組合的路徑進(jìn)行作業(yè)。智能農(nóng)機(jī)按照規(guī)劃的路徑進(jìn)行作業(yè)后，軌跡上傳至遠(yuǎn)程管理平臺(tái)，可以利用平臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行軌跡復(fù)用。目前規(guī)則地塊的全覆蓋路徑規(guī)劃算法已經(jīng)比較成熟，未來的研究方向是不規(guī)則地塊及多障礙、多約束的全覆蓋路徑規(guī)劃算法。

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數(shù)字孿生智慧賦能