精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)概論范文
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第1篇
關(guān)鍵詞：3S技術(shù)集成；精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)；應(yīng)用；研究進(jìn)展
一、前言
“3S”技術(shù)是以遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)（GlS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）為基礎(chǔ),將RS、GlS、GPS三種獨(dú)立技術(shù)領(lǐng)域中的有關(guān)部分與其它高技術(shù)領(lǐng)域（如網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)等）有機(jī)地構(gòu)成一個(gè)整體而形成的一項(xiàng)新的綜合技術(shù)。它集信息獲取、信息處理、信息應(yīng)用于一身,突出表現(xiàn)在信息獲取與處理的高速、實(shí)時(shí)與應(yīng)用的高精度、可定量化方面。
在信息社會(huì)，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)代表著農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的誕生和發(fā)展受到3S單項(xiàng)技術(shù)的推動(dòng)，目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的研究，主要內(nèi)容仍然集中在3S技術(shù)利用上。
近年來，隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、無線電通訊技術(shù)、空間技術(shù)及地球科學(xué)的迅猛發(fā)展，3S技術(shù)已從各自獨(dú)立發(fā)展進(jìn)入相互融合、共同發(fā)展的階段，并且在農(nóng)業(yè)生命科學(xué)、交通網(wǎng)絡(luò)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、資源調(diào)查、區(qū)域管理、城市規(guī)劃等諸多領(lǐng)域里得到了迅速?gòu)V泛的應(yīng)用。3S技術(shù)的集成為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了科學(xué)而適用的技術(shù)方法和手段，它不僅可為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)工作提供及時(shí)、可靠的基礎(chǔ)信息，而且還可對(duì)所獲取的信息進(jìn)行綜合分析、處理，其應(yīng)用前
景非常廣闊。
二、3S技術(shù)及其集成
（一）遙感技術(shù)（RS）
遙感（Remote Sensing，RS）是指從遠(yuǎn)距離高空以及外層空間的各種平臺(tái)上利用可見光、紅外光、微波等電磁波探測(cè)儀器，通過攝影、掃描及信息感應(yīng)、傳輸、處理，從而研究地面物體的形狀、大小、位置及其環(huán)境的相互關(guān)系的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。現(xiàn)代遙感技術(shù)將向集多種傳感器、多級(jí)分辨率、多光譜段和多時(shí)相為一體的方向發(fā)展，并將與GPS、INS、CCD等技術(shù)結(jié)合，從而以更快的速度、更高的精度和更大的信息量來獲取對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)。
（二）全球定位系統(tǒng)（GPS）
全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）是美軍自70年代初期開始研制的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航和定位系統(tǒng)。
其基本工作原理是通過GPS接收機(jī)接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航電文，獲得必要的導(dǎo)航信息及觀測(cè)量，再經(jīng)數(shù)據(jù)處理，從而完成導(dǎo)航和定位工作。目前，GPS可滿足高精度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的精度要求。
（三）地理信息系統(tǒng)（GIS）
地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System,GIS）是處理地理數(shù)據(jù)的輸入、輸出、管理、查詢、分析和輔助決策的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。GIS有兩個(gè)顯著特征：一是它不僅可以像傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）那樣管理數(shù)字和文字信息（屬性信息），而且可以管理空間信息（圖形信息）；二是它可以利用各種空間分析的方法，對(duì)多種不同的信息進(jìn)行綜合分析，尋求空間實(shí)體間的相互關(guān)系，分析和處理在一定區(qū)域內(nèi)分布的現(xiàn)象和過程。
目前，GIS正向多功能、高精度、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)的時(shí)態(tài)GIS（TemporalGIS，TGIS）方向發(fā)展。
（四）RS、GPS、GIS技術(shù)集成
GPS提供適時(shí)而準(zhǔn)確的定位信息，對(duì)于空間數(shù)據(jù)的確定有特殊的意義；RS技術(shù)利用某些儀器設(shè)備在不與被研究對(duì)象直接接觸的情況下收集數(shù)據(jù)，通過處理分析最后提取和應(yīng)用有關(guān)對(duì)象信息，是一種高效的信息采集手段，具有極高的空間、時(shí)間分辨率；GIS是利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖形和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)來輸入、存儲(chǔ)、編輯、查詢、分析、決策和輸出空間圖形及屬性數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，即RS發(fā)現(xiàn)變化、GPS測(cè)量變化區(qū)域、GIS統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)，形成“一個(gè)大腦，兩只眼睛”的框架。
以GIS為核心的3S技術(shù)集成，構(gòu)成了對(duì)空間數(shù)據(jù)適時(shí)進(jìn)行采集、更新、處理、分析及為各種實(shí)際應(yīng)用提供科學(xué)決策的強(qiáng)大技術(shù)體系。
三、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)及其產(chǎn)生背景和國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
（一）精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的概念
“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”也被稱為因地制宜農(nóng)業(yè)（Site Specific Farming）、處方農(nóng)業(yè)（Prescription Farming）。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的含義是按照田間每一操作單元的環(huán)境條件和作物產(chǎn)量的時(shí)空間差異性（Temporal and Spatial Variability），精細(xì)準(zhǔn)確地調(diào)整各種農(nóng)藝措施，最大限度地優(yōu)化各種投入（水、肥、種子、農(nóng)藥等）的量、質(zhì)和時(shí)機(jī)，以期獲得最高產(chǎn)量和最大經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，保護(hù)土地等農(nóng)業(yè)自然資源。
精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)要求實(shí)時(shí)獲取地塊中每個(gè)小區(qū)（每1m2到每10Om2）土壤、水、農(nóng)作物、光、熱等信息，診斷作物長(zhǎng)勢(shì)和產(chǎn)量在空間上差異的原因，并按每一個(gè)小區(qū)做出決策，精確地在每一個(gè)小區(qū)進(jìn)行施肥、灌溉、殺蟲、除草、播種、耕作、收獲等。
精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)要求實(shí)現(xiàn)三個(gè)精確：一是定位的精確，精確確定灌溉、施肥、殺蟲等的地點(diǎn)；二是定量的精確，精確確定水、肥、藥、種子等的施用量：三是定時(shí)的精確，精確確定各種農(nóng)藝措施實(shí)施的時(shí)間。
（二）精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的產(chǎn)生背景和國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
1、產(chǎn)生背景。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)把耕地看作是具有作物均勻生長(zhǎng)條件的對(duì)象進(jìn)行管理，采用統(tǒng)一的耕作、播種、灌溉、施肥、噴藥等農(nóng)藝措施。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)一直忽視作物和資源環(huán)境的時(shí)空差異性，實(shí)行大田均勻施肥、均勻灌溉、均勻噴藥等統(tǒng)一的農(nóng)藝措施。為了從根本上解決傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)存在的問題，隨著信息技術(shù)、人工智能化技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用普及，美國(guó)農(nóng)業(yè)工作者于20世紀(jì)90年代初倡導(dǎo)并實(shí)施了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。
2、國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)目前在發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展十分迅速，美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)1997年已建議將PA的研究與發(fā)展納入國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略。日本政府專門啟動(dòng)了“2l世紀(jì)農(nóng)業(yè)機(jī)械開發(fā)課題”，也將PA的相關(guān)技術(shù)研究列入計(jì)劃。我國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用尚處在起步階段，但已引起各方面的重視。2O02年國(guó)家科技部批準(zhǔn)在北京農(nóng)業(yè)科學(xué)院成立了“國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心”，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)成立了“精確農(nóng)業(yè)研究中心”。“十五”期間，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息技術(shù)與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)列入了國(guó)家高技術(shù)研究計(jì)劃（“863”計(jì)劃）。
四、3S技術(shù)集成與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)
精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是基于作物和資源環(huán)境的時(shí)空差異性，以最小投入、最大收益和最小環(huán)境危害為目標(biāo)，以管理信息系統(tǒng)（MIS）、計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)和大規(guī)模存儲(chǔ)技術(shù)為基礎(chǔ)，以3S技術(shù)為核心，以寬帶網(wǎng)絡(luò)為紐帶，運(yùn)用海量農(nóng)業(yè)信息對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)行處方作業(yè)的一種全新農(nóng)業(yè)發(fā)展模式。
（一）作為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的核心技術(shù)的GIS在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的具體應(yīng)用表現(xiàn)
1、對(duì)GPS和傳感器采集的各種離散性空間數(shù)據(jù)進(jìn)行空間差值運(yùn)算，形成田間狀態(tài)圖，如土壤養(yǎng)分分布圖、土壤水分分布圖、作物產(chǎn)量分布圖等。
2、對(duì)點(diǎn)、線、面不同類型的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)合疊置，為決策者提供數(shù)字化和可視化分析依據(jù)。例如，不同作物由于其不同的生物特性對(duì)土壤類型、土壤養(yǎng)分、耕作層深度、水分條件、光熱條件、有效積溫等均有不同的要求，在進(jìn)行作物種植規(guī)劃和布局時(shí)，只需將上述各專題圖層利用GIS的疊加功能，就可以快速、準(zhǔn)確地確定出各種作物的最佳生物布局，如果再將市場(chǎng)、運(yùn)輸?shù)壬鐣?huì)經(jīng)濟(jì)條件專題圖與最佳生物布局圖疊加，就可進(jìn)一步規(guī)劃出作物的最佳經(jīng)濟(jì)布局。
3、利用GIS的緩沖區(qū)分析功能，能直觀地顯示分析灌排系統(tǒng)的控制范圍、水肥的有效滲透區(qū)域、病蟲害的擴(kuò)散范圍以及周圍環(huán)境對(duì)作物生長(zhǎng)的影響范圍等。
4、利用GIS的路徑分析功能，能夠快捷地確定出農(nóng)道、水系、機(jī)井等各種農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的最佳空間布局和機(jī)械噴施農(nóng)藥、化肥以及收獲作物的最佳作業(yè)路線。
5、與專家系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)相結(jié)合，生成作物不同生育階段生長(zhǎng)狀況“診斷圖”（Diagnosis Maps）和播種、施肥、除草、中耕、灌溉、收獲等管理措施的“實(shí)施計(jì)劃”（Action Plan）。
6、利用GIS的數(shù)字高程模型（DEM），計(jì)算作業(yè)區(qū)的面積、周長(zhǎng)、坡度、坡向、通視性等空間屬性數(shù)值。
（二）精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)需要GPS
精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地確定作業(yè)對(duì)象和作業(yè)機(jī)械的空間位置，并將此信息轉(zhuǎn)變?yōu)榈乩硇畔⑾到y(tǒng)能夠貯存、管理和分析的數(shù)據(jù)格式，這就需要采用GPS。
GPS在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的主要作用有：精確定位水、肥、土等作物生長(zhǎng)環(huán)境的空間分布；精確定位作物長(zhǎng)勢(shì)和病、蟲、草害的空間分布；精確繪制作物產(chǎn)量分布圖；自動(dòng)導(dǎo)航田間作業(yè)機(jī)械，實(shí)現(xiàn)變量施肥、灌溉、噴藥等作業(yè)。為實(shí)現(xiàn)上述功能，需要將GPS接收機(jī)和田間變量信息采集儀器、傳感器以及農(nóng)業(yè)機(jī)械有機(jī)的結(jié)合起來。安裝有GPS接收機(jī)的農(nóng)田機(jī)械及田間變量信息采集儀器，除能夠不問斷地獲取土壤含水量、土壤養(yǎng)分、土壤壓實(shí)、耕作層深度和作物病、蟲、草害以及苗情等屬性信息，與此同時(shí)還同步記錄了與這些變量相伴而生的空間位置信息，從而為進(jìn)一步生成GIS圖層和專家決策提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
（三）衛(wèi)星遙感是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)農(nóng)田信息采集的主要數(shù)據(jù)源
衛(wèi)星遙感具有覆蓋面大、周期性強(qiáng)、波譜范圍廣、空間分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)農(nóng)田信息采集的主要數(shù)據(jù)源。
遙感技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的作用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1、農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)和產(chǎn)量估算。作物在生長(zhǎng)發(fā)育的不同階段，其內(nèi)部成分、結(jié)構(gòu)和外部形態(tài)特征等都會(huì)存在一系列的變化。葉面積指數(shù)（LAI）是綜合反映作物長(zhǎng)勢(shì)的個(gè)體特征與群體特征的綜合指數(shù)。遙感具有周期性獲取目標(biāo)電磁波譜的特點(diǎn)，因此通過建立遙感植被指數(shù)（VI）和葉面積指數(shù)（LAI）的數(shù)學(xué)模型，就能夠監(jiān)測(cè)作物長(zhǎng)勢(shì)和估測(cè)作物產(chǎn)量。
2、土壤水分含量和分布監(jiān)測(cè)。在植被條件和非植被條件下，熱紅外波段都對(duì)水分反映非常敏感，所以利用熱紅外波段遙感監(jiān)測(cè)土壤和植被水分十分有效。
3、作物水分虧缺監(jiān)測(cè)。干旱時(shí)，作物供水不足，一方面作物的生長(zhǎng)受到影響，植被指數(shù)降低，另一方面由于缺水，沒有足夠的水分供給植物蒸騰蒸發(fā)，迫使葉片關(guān)閉部分氣孔，導(dǎo)致植物冠層溫度升高，因此通過遙感植被指數(shù)和作物冠層間數(shù)學(xué)模型的建立，能夠監(jiān)測(cè)作物水分的虧缺。
4、作物養(yǎng)分監(jiān)測(cè)。作物養(yǎng)分供給的盈虧對(duì)葉片葉綠素含量有明顯的影響，通過遙感植被指數(shù)與不同營(yíng)養(yǎng)素（N、P、K、Ca、Mg等）數(shù)學(xué)模型的建立，能估測(cè)作物營(yíng)養(yǎng)素供給狀態(tài)。研究表明，遙感監(jiān)測(cè)作物氮素營(yíng)養(yǎng)水平的精度比監(jiān)測(cè)其他營(yíng)養(yǎng)素的精度高。
5、農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測(cè)。應(yīng)用遙感手段能夠探測(cè)病蟲害對(duì)作物生長(zhǎng)的影響，跟蹤其發(fā)生演變狀況，分析估算災(zāi)情損失，同時(shí)還能監(jiān)測(cè)蟲源的分布和活動(dòng)習(xí)性。
（四）3S技術(shù)集成優(yōu)勢(shì)
GPS的優(yōu)勢(shì)是精確定位，GIS的優(yōu)勢(shì)是管理與分析，RS的優(yōu)勢(shì)是快速提供各種作物生長(zhǎng)與農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境在地表的分布信息，它們可以做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，促進(jìn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。如GPS和GIS結(jié)合提供了科學(xué)種田需要的定位和定量進(jìn)行田間操作與田間管理的技術(shù)手段。RS與GIS結(jié)合提供了多種數(shù)據(jù)源，為建立農(nóng)田基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)奠定了基礎(chǔ)。
五、結(jié)論
3S技術(shù)集成為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了科學(xué)適用的技術(shù)方法和手段，其應(yīng)用前景非常廣闊。與此同時(shí)，3S技術(shù)集成在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)應(yīng)用中也存在許多亟待解決的問題，需要通過深入開展遙感機(jī)理和農(nóng)業(yè)遙感圖像解譯機(jī)理研究、進(jìn)一步提高農(nóng)田作業(yè)定位精度、加強(qiáng)農(nóng)田基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)更新研究、更加重視新型農(nóng)田機(jī)械與3S技術(shù)集成的整合等方法與途徑來解決。
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第2篇
[中圖分類號(hào)] S451.21 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1003-1650 （2015）05-0090-01
1 國(guó)內(nèi)環(huán)境及國(guó)家政策
在過去的幾十年間，我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)生了巨大的變化，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科技含量得到了很大的提高，高新技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。中國(guó)傳統(tǒng)的粗放型作業(yè)方式正向“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、持續(xù)"的精確節(jié)約型方向轉(zhuǎn)變。瑕不掩瑜，加入世界貿(mào)易組織之后，我國(guó)農(nóng)業(yè)仍面臨著不小挑戰(zhàn)――農(nóng)田除草方面與西方國(guó)家的農(nóng)業(yè)科平仍有很大差距。我國(guó)對(duì)株間除草應(yīng)采取“以防為主，綜合防治”的策略，優(yōu)先采用農(nóng)業(yè)、物理防治，積極采用生物防治和生態(tài)防治，合理應(yīng)用化學(xué)防治技術(shù)。因此，我國(guó)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新必須立足于研發(fā)無污染、低能耗、智能化的機(jī)械式機(jī)器人。
全國(guó)農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼暨農(nóng)機(jī)化工作座談會(huì)召開，其主要任務(wù)是，深入貫徹黨的十八屆三中全會(huì)及中央農(nóng)村工作會(huì)議、全國(guó)農(nóng)業(yè)工作會(huì)議精神，總結(jié)交流2013年農(nóng)機(jī)化工作和農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼政策落實(shí)情況，研究農(nóng)機(jī)化發(fā)展重要問題。關(guān)于當(dāng)前的農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展形勢(shì)，農(nóng)業(yè)部副部長(zhǎng)張?zhí)伊直硎荆邳h的強(qiáng)農(nóng)惠農(nóng)富農(nóng)政策有力促進(jìn)下，我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化取得了巨大成績(jī)，得到了長(zhǎng)足發(fā)展。
2 產(chǎn)品及技術(shù)介紹
產(chǎn)品為可拆卸的智能株間除草裝置。圖（1）為一個(gè)簡(jiǎn)易模型，僅供參考。
圖（1）
可拆卸的智能株間除草裝置可安裝在家用拖拉機(jī)上，由多關(guān)節(jié)機(jī)械臂、末端執(zhí)行器、雷達(dá)、嵌入式開發(fā)板、電機(jī)等組成。通過各部分的配合與響應(yīng)，進(jìn)行株間、行間的除草以及冠下的清耕等作業(yè)。
本組采用可安裝在拖拉機(jī)或其他農(nóng)業(yè)機(jī)器上的可拆卸裝置，利用單片機(jī)原理進(jìn)行控制，通過傳感、識(shí)別等技術(shù)利用機(jī)械臂、刀片等裝置進(jìn)行除草，具有極大優(yōu)勢(shì)：（1）用簡(jiǎn)單的操作方法即在作業(yè)部進(jìn)行除草機(jī)或中耕機(jī)的更換。所以， 很容易對(duì)應(yīng)于不同的栽培方式，節(jié)約了大量人力、物力和財(cái)力。（2）不僅可實(shí)現(xiàn)多方面的株間、行間的同時(shí)除草，而且可完成樹冠下清耕等管理作業(yè)。提高作業(yè)效率和資材的有效利用，實(shí)現(xiàn)了一定意義上的節(jié)能減排。
精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)[1]（Precision Agriculture）是20世紀(jì)80年代初，從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)展起來的一門跨學(xué)科的研究領(lǐng)域。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的智能化農(nóng)機(jī)具[2]在農(nóng)田中指裝有全球衛(wèi)星定位儀、產(chǎn)量傳感器及監(jiān)視器的聯(lián)合收割機(jī)及帶有自動(dòng)裝置的播種機(jī)、施肥機(jī)以及其他與拖拉機(jī)配套的農(nóng)機(jī)具。
精準(zhǔn)機(jī)械式除草技術(shù)是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的重要課題之一，其核心是獲取農(nóng)田中雜草的位置信息，通過除草執(zhí)行機(jī)構(gòu)，將雜草的莖鏟斷。此過程沒有了農(nóng)藥的使用，改善了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，提高了農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量；同時(shí)通過智能化的除草執(zhí)行裝置，實(shí)現(xiàn)了除草作業(yè)的低能耗和低碳化，從而促進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化和可持續(xù)發(fā)展。
除草機(jī)器硬件部分由主體、多關(guān)節(jié)機(jī)械臂、末端執(zhí)行器等組成。軟件部分主要包括導(dǎo)航控制和雜草檢測(cè)。各種部件的聯(lián)系極為重要，其中主體由客戶已有的家用拖拉機(jī)擔(dān)任。將可拆卸的智能株間除草裝置安于主體上便可進(jìn)行工作。由雷達(dá)檢測(cè)裝置周圍植株并判斷距裝置的距離，將數(shù)據(jù)傳到控制核心（由運(yùn)行XP系統(tǒng)的嵌入式開發(fā)板承擔(dān)）后進(jìn)行分析，再由電機(jī)控制主體自主行走和機(jī)械臂升降，伸展與收縮，從而達(dá)到除草目的。另外，裝置中的下位機(jī)系統(tǒng)采用穩(wěn)定性高的 PLC 和人機(jī)界面搭建，中間繼電器和一些開關(guān)、按鈕等。車輛行進(jìn)過程中裝置周圍環(huán)境的檢測(cè)由雷達(dá)檢測(cè)。
3 發(fā)展方向
雜草綜合治理體系的主要環(huán)節(jié)[3]有：增強(qiáng)作物群體生長(zhǎng)勢(shì)；減少雜草密度；削弱雜草群體生長(zhǎng)勢(shì)等。由此，許多方法應(yīng)運(yùn)而生。如覆蓋治草、人工除草、機(jī)械除草、化學(xué)除草、生物治草等。傳統(tǒng)的人工除草費(fèi)時(shí)費(fèi)力，工作效率低，不利于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展；化學(xué)除草廣泛被人們接受，其帶來高效和經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也伴隨著嚴(yán)重的消極影響[4]：農(nóng)田雜草抗藥性明顯增強(qiáng)，抗性雜草的數(shù)量增多，抗除草劑的雜草種類明顯增加；除草劑混用不合理，從而藥效差、造成藥害；在土壤中殘留時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)后茬作物造成藥害。這些已給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了嚴(yán)重?fù)p失，并嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，同時(shí)也違背了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展宗旨。為了在對(duì)環(huán)境污染最小，低碳排放，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化和可持續(xù)發(fā)展的前提下，達(dá)到最佳的除草效果，對(duì)機(jī)械式田間除草機(jī)械的研究已成為一種趨勢(shì)。所以說智能株間除草機(jī)具有更廣闊的前景。
參考文獻(xiàn)
[1]陳桂芬等，《數(shù)據(jù)挖掘與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)智能決策系統(tǒng)》，科學(xué)出版社，2011
[2]劉金彤等，《精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)概論》，氣象出版社，2002
第3篇
關(guān)鍵字：建筑、精確性、環(huán)境設(shè)計(jì)
Abstract: Aiming at the construction of resource and environmental problem, put forward architecture and environment design should increase the " precision " principle and countermeasures. Accuracy refers to the design to the accurate extraction of different kinds of factors, the precise analysis of factor interaction mechanism and interaction, fine integration of factors, and with fine rules, precision standard for accurate description and expression of the content of design of precision design connotation, property, basis, effect and value are put forward, to guide the various types of engineering and environmental design to the depth direction of development, advancing the " precise construction industry " development.
Keywords: construction, accuracy, environment design
中圖分類號(hào)：TU972+.12文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2104（2012）
由于人類自身需求的增長(zhǎng)和消費(fèi)的不斷膨脹,使人居建筑與環(huán)境建設(shè)得到了空前大發(fā)展.面對(duì)建設(shè)空前膨脹,人本需求升級(jí),資源危機(jī),環(huán)境嚴(yán)重污染,自然生態(tài)的破壞,以及科技成果廣泛應(yīng)用和研究手段的現(xiàn)代化、自動(dòng)化和數(shù)字化,人居建筑與環(huán)境的未來發(fā)展倍受關(guān)注.走可持續(xù)發(fā)展之路已得到人們的普遍認(rèn)同.因此建立可持續(xù)發(fā)展的人居建筑與環(huán)境發(fā)展模式已成為帶有戰(zhàn)略性和關(guān)鍵性的課題.設(shè)計(jì)是建設(shè)模式的先導(dǎo)和表達(dá),可持續(xù)的發(fā)展模式應(yīng)以具有可持續(xù)性的設(shè)計(jì)為先導(dǎo)和示范.但如何結(jié)合本國(guó)、本地區(qū)的實(shí)際情況實(shí)施可持續(xù)性設(shè)計(jì)?切入點(diǎn)從那里開始可以有較大的突破?如何從宏觀和微觀兩個(gè)方面進(jìn)行有效的實(shí)施?如何進(jìn)一步發(fā)揮建筑學(xué)科的作用?當(dāng)前比較時(shí)尚的生態(tài)建筑、綠色建筑、健康建筑、智能型建筑、節(jié)能建筑,可持續(xù)性發(fā)展的建筑等,如何確切定義、評(píng)價(jià)和經(jīng)濟(jì)估算?如何推廣應(yīng)用和普及?這些都是當(dāng)前發(fā)展中亟待解決的現(xiàn)實(shí)問題.
1精準(zhǔn)性的內(nèi)涵“精準(zhǔn)性”內(nèi)涵是指在設(shè)計(jì)的全過程中精細(xì)準(zhǔn)確地確定相關(guān)決定因子,精確分析要素之間相互作用的機(jī)理和互動(dòng)程度,精巧地整合諸因子,提出精確的設(shè)計(jì)指標(biāo)體系和目標(biāo)體系,選用精良的建筑用材、設(shè)備用品、綠化物種等,通過精心策劃和精致工藝制造,達(dá)到精簡(jiǎn)節(jié)約各種生態(tài)資源,建造精美舒適的生存環(huán)境,使人居建筑成為真正意義上的精品的目的.而且設(shè)計(jì)應(yīng)為加工及使用管理過程中實(shí)施精良管理和總量、分量的有效控制提供前提和基礎(chǔ).各地區(qū)也‘應(yīng)形成具有當(dāng)?shù)氐赜颉h(huán)境、經(jīng)濟(jì)、人本特性的設(shè)計(jì)精細(xì)準(zhǔn)則、精量標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)施方案.設(shè)計(jì)“精準(zhǔn)性”的內(nèi)涵構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)性”是一次變革的過程和一次革命的過程.如當(dāng)前我國(guó)正在貫標(biāo)實(shí)施中的采暖居住建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)[1],若從建筑節(jié)能這一“精準(zhǔn)性”設(shè)計(jì)目標(biāo)出發(fā),應(yīng)從節(jié)能與住區(qū)規(guī)劃布局、局地氣候、日照環(huán)境、風(fēng)環(huán)境、當(dāng)?shù)啬茉礌顩r、地形地貌、保溫體系、維護(hù)體系材料、供暖熱源、供暖方式、供暖路徑、住宅平面空間組合、室內(nèi)通風(fēng)組織、用戶使用狀況、工程施工狀況、資金籌措、節(jié)支去向、法規(guī)、相鄰用戶使用狀態(tài)、散熱器、鍋爐等設(shè)施設(shè)備運(yùn)用、戶內(nèi)其他能源的利用、窗洞口尺寸、居住舒適度、建筑的耐用年限、建造能耗等方面的要素之間的綜合作用機(jī)理和互動(dòng)程度進(jìn)行模擬分析與研究、精細(xì)準(zhǔn)確的策劃、提供精細(xì)準(zhǔn)則、精量標(biāo)準(zhǔn)和整體設(shè)計(jì)方案,以保證建筑節(jié)能目標(biāo)的“精準(zhǔn)度”.
2精準(zhǔn)性的屬性
2.1整體性精準(zhǔn)性有別于“標(biāo)準(zhǔn)化”又高于標(biāo)準(zhǔn)化,標(biāo)準(zhǔn)化是工業(yè)時(shí)代的產(chǎn)物,它具有固定性、單一性和同一性,局限于中間產(chǎn)品,強(qiáng)調(diào)的是尺寸的協(xié)調(diào),產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、集約化生產(chǎn).而精準(zhǔn)性是信息時(shí)代知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的產(chǎn)物,強(qiáng)調(diào)動(dòng)態(tài)同一,體現(xiàn)最終產(chǎn)品,強(qiáng)調(diào)是整體的一體化的協(xié)調(diào),將最終產(chǎn)品置于更大的環(huán)境范圍來整體性思考[2,3].2.2可控制性應(yīng)能適時(shí)、適量、適地控制,以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo).2.3靈活性和多樣性精準(zhǔn)性要求通過不同因素的組合,不同質(zhì)與量的組合,通過精良策劃,精密結(jié)合,精打細(xì)算,按需要優(yōu)化組合,以形成不同特點(diǎn)的方案,又可以形成在某些特點(diǎn)方面具有高度集成化的方案,所以個(gè)性突出,豐富多彩.2.4可匹配性由于在設(shè)計(jì)全過程中按一體化精致搭配而成,所以最終產(chǎn)品匹配準(zhǔn)確、性能可靠.2.5明顯的目標(biāo)性由于所處地域、經(jīng)濟(jì)、人本、生態(tài)條件、生態(tài)資源和所處的時(shí)期不同,其精準(zhǔn)出的結(jié)果是有很大出入的,因此精準(zhǔn)性設(shè)計(jì)的對(duì)策和方案具有明顯的目標(biāo)性和多目標(biāo)性.2.6可度量性精準(zhǔn)性增加了產(chǎn)品可量化的指標(biāo)的透明度,可以將這些指標(biāo)體系用作評(píng)價(jià)、購(gòu)買、租用、銷售、使用、管理、納費(fèi)的依據(jù).
3精準(zhǔn)性設(shè)計(jì)原則的作用精準(zhǔn)性設(shè)計(jì)原則可以是軟的細(xì)則,也可以是硬的條件,還可以是一種回歸原理的方法和途徑.引導(dǎo)人們思索、探求和實(shí)踐,逐步地走向可持續(xù),它的作用和意義將逐步被人們認(rèn)同.貫徹執(zhí)行精準(zhǔn)性設(shè)計(jì)原則促進(jìn)綜合量化設(shè)計(jì)的深入,改善以往設(shè)計(jì)中的一些模糊性,在更大環(huán)境范圍內(nèi)作到量入為出,宏觀控制.精準(zhǔn)性原則可促進(jìn)產(chǎn)品以及產(chǎn)品接口匹配化,并通過精良技術(shù),精良工藝制作,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)性產(chǎn)品.精準(zhǔn)性原則可以使室內(nèi)各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)因子在互動(dòng)情況下,得出精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)指標(biāo),為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制提供基礎(chǔ),滿足人們的質(zhì)量追求.精準(zhǔn)性原則可以實(shí)現(xiàn)以較小的生態(tài)資源消耗獲取更大的生態(tài)效益回報(bào),并可針對(duì)資源消費(fèi)不限定、無節(jié)制,進(jìn)行有效控制.精準(zhǔn)性原則可為實(shí)現(xiàn)對(duì)資源、能源的有效控制和監(jiān)測(cè)提供基礎(chǔ),保證在更大規(guī)模和范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)社會(huì)的平等和公平.精準(zhǔn)性可以對(duì)環(huán)境實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和保護(hù),增強(qiáng)抵御自然災(zāi)害的能力,創(chuàng)造適宜的人居環(huán)境,保證人類健康.精準(zhǔn)性原則可以針對(duì)不同人群的身心健康、體能狀態(tài),在動(dòng)態(tài)的居住環(huán)境中提供居住需要保證,以體現(xiàn)最大的關(guān)懷度.精準(zhǔn)性原則有助于使人居建筑與環(huán)境中的能流、物流、信息流、人流、技術(shù)流形成精良循環(huán).達(dá)到資源的可再生、可重復(fù)利用.精準(zhǔn)性原則要求設(shè)計(jì)成果不僅是方案圖、施工圖;而且還包括周圍環(huán)境生態(tài)條件分析圖;各工種利用資源狀況圖、表;以及運(yùn)營(yíng)工況,管理水平的動(dòng)態(tài)監(jiān)控技術(shù)軟件等.精準(zhǔn)性原則的實(shí)施將召集各專長(zhǎng)人才匯集,匯集得越多,精準(zhǔn)性程度越高,則具有越高的應(yīng)用和學(xué)術(shù)價(jià)值.精準(zhǔn)性原則是實(shí)現(xiàn)資源共享,便于實(shí)施最佳配置的有效途徑.精準(zhǔn)性設(shè)計(jì)原則可以變粗放建筑業(yè)為精準(zhǔn)建筑業(yè).克服以往在學(xué)科領(lǐng)域方面存在的專一化、單一性設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)相關(guān)因素綜合集合,精心考慮各種因素之間的相互支持、相互制約的作用機(jī)理和作用功效.精準(zhǔn)性設(shè)計(jì)有利于對(duì)人居建筑環(huán)境實(shí)施有效控制,保持持久的高水平和高品味的生存質(zhì)量.精準(zhǔn)性設(shè)計(jì)可建立生態(tài)仿真模型,使設(shè)計(jì)科技化、仿真化.精準(zhǔn)性設(shè)計(jì)能為智能化、信息化技術(shù)應(yīng)用提供條件,使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí).精準(zhǔn)性設(shè)計(jì)觀念可以拓展設(shè)計(jì)者從更宏大的環(huán)境條件中去匯集創(chuàng)作靈感.數(shù)千年靠天吃飯的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)如今逐步走進(jìn)“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”.如意大利種植主利用衛(wèi)星監(jiān)察葡萄園里葡萄的生長(zhǎng)過程,用電腦分析生長(zhǎng)中葡萄的糖分和丹寧酸含量,以決定灌溉、施肥的適時(shí)方案并確定適宜的收割日期,還通過衛(wèi)星追蹤葡萄病菌.我國(guó)農(nóng)業(yè)在示范區(qū)也開展衛(wèi)星定位、精準(zhǔn)灌溉、精準(zhǔn)施肥和控制農(nóng)用藥等精準(zhǔn)設(shè)計(jì)和精準(zhǔn)技術(shù).農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)技術(shù)雖然起步較晚,但它為種植業(yè)帶來變革,也帶來新的發(fā)展前景,其影響是深遠(yuǎn)的.
5結(jié)語(yǔ)
人居建筑與環(huán)境是人類自身人為創(chuàng)造和制造的,它比農(nóng)業(yè)更具有人為控制性. 21世紀(jì)是信息化、網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代,為精準(zhǔn)性設(shè)計(jì)的理念和技術(shù)提供了條件,使人居建筑與環(huán)境實(shí)施人為控制成為必要和可能,可以達(dá)到可靠、有效、有序、有量和可調(diào)的設(shè)計(jì)目標(biāo).樹立精準(zhǔn)性的設(shè)計(jì)觀念,明確精準(zhǔn)性設(shè)計(jì)原則,建立精準(zhǔn)化目標(biāo)設(shè)計(jì)體系,實(shí)施科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)方法是實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)建筑業(yè)”的基礎(chǔ)和關(guān)鍵.本文提出“精準(zhǔn)性”的內(nèi)涵、屬性、作用和價(jià)值,可以引起人們對(duì)人居建筑與環(huán)境設(shè)計(jì)研究的更大關(guān)注,并使精準(zhǔn)性設(shè)計(jì)技術(shù)的精準(zhǔn)程度不斷提高,方向不斷拓展,使人居環(huán)境質(zhì)量迎來新面貌、新情感,也帶來建設(shè)資源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展.
參考文獻(xiàn):
[1]李桂文,周淑萍.住宅科技概論[M].哈爾濱:黑龍江民族出版社,1999.
