3）农业机器人。农业机器人是用于农业生产的特种机器人，是一种新型多功能农业机械，其由不同程序软件控制，并能感知作物种类和环境变化，以完成不同农业作业。农业机器人是现代农业机械发展的结果，是机器人技术和自动化控制技术发展的产物。农业机器人的出现和应用，改变了传统的农业劳动方式，促进了现代农业的发展。包括施肥、除草机器人等多种类型。
（3）农业自动化的应用范围
自20世纪70年代以来，信息技术，如自动控制、遥感等，在农业中的推广应用使部分农业生产作业和管理过程实现了自动化，提高了作业效率和质量，减少了劳力和资源消耗。目前，农业自动化主要涉及耕作、栽培、收割、运输、排灌、作物管理、禽畜饲养等过程，以及温室的自动控制和最优管理。
1）栽培、耕作、收割和运输自动控制。在这方面主要是采用高速、宽幅和自走式农具，利用液压控制、自动快速挂接、自动监视和排除故障。
2）自动排灌系统。无线电遥控喷灌装置已开始应用于农田。当发现旱象时，即用无线电装置发出信号，控制电动机和水泵喷灌；当灌水量达到要求时，再发出控制信号，停止灌水。在稻田中，应用自动灌溉系统，还可根据水分蒸发自动决定供水或停水。
3）作物自动管理系统。应用计算机调整作物布局，根据作物的生长特点和生态环境因素制订可能获得最佳经济效益的管理方案。比如，选择适宜的作物品种，确定最佳施肥时间和数量，预报病虫害并提供科学的防治决策信息等。
4）禽畜饲养自动化。以计算机为其核心，选择满足禽畜营养要求、成本最低的配方，对禽畜进行定时定量喂料或在群养条件下的个体管理。例如，养鸡场利用计算机进行饲料配方，对喂食、喂水、照明、温度、取蛋、清粪等进行自动控制，可节省大量劳动力，提高鸡的产蛋率。此外，用计算机还可记录和处理禽畜有关数据，提供选种、繁殖管理的最优方案。
5）温室自动控制与管理系统。温室的自动化控制和管理是农业自动化中发展较快和较成熟的领域。温室控制与管理系统一般由传感器、计算机和相应的控制系统组成，能自动调节光、温、水、肥、湿度和二氧化碳浓度，为作物生长创造最优环境，促进作物生产。温室控制和管理系统的核心是电子计算机，其主要功能是进行环境控制、温室和作物响应数据识别、算法控制、适宜参数确定和温室管理等。
6.5精准农业
人口膨胀、粮食需求量增加对农业生产提出了更高的要求，传统农业必须突破资源和环境双重约束，以进一步提高农业产量，并实现降低有限资源消耗、保护农业生态环境的可持续发展。科学技术，特别是信息技术的快速发展，给传统农业带来了新的挑战和发展机遇。精准农业是基于“3S”技术、决策支持技术、农业工程技术、变量投入并定位实施的现代农业生产管理技术系统，充分体现了因地制宜、科学管理的理念，使农业生产管理观念发生了深刻变革，有力地促进了传统粗放农业向现代精细高效农业的发展，已成为高产、高效、低耗、环保的现代农业生产方式。
6.5.1精准农业的概念
精准农业是全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、连续数据采集传感器（CDS）、遥感技术（RS）、变率处理设备（VRT）和决策支持系统（DSS）等现代信息技术与地理学、农学、生态学、土壤学、植物生理学等涉农学科的有机结合，通过现代信息技术实时监测，获取农业生产过程中农作物、气象、土壤等各方面信息，分析每一操作单元存在的差异及原因，因地制宜地针对不同操作小区采取可行、有效的调控措施，最大限度地优化各项农业投入，以获取高产、高效，同时保护农业生态环境、降低资源消耗。
精准农业具有三个要点：
1）基于作物及资源环境的时空差异特征。
2）以最小投入、最大收益和最小危害为目标。
3）以“3S”等现代信息技术为支撑体系。具有手段精细、投入精省、尺度精确、高产优质、高效环保等特点。
6.5.2精准农业的特征
（1）地域性
不同区域的农业生产条件、技术水平、资源环境特征有很大不同，精准农业实施的重点和角度相应有所差异。我国农业生态类型多种多样，不同区域实施精准农业的模式不能一概而论，应根据区域特点选择合适类型。
（2）综合性
精准农业是不同学科的综合，涉及农学、信息、工程等不同领域的理论和技术，是多学科的高度集成。因此，精准农业从指导思想、实施方法、技术集成等多方面都应具有综合的思想和观念。
（3）系统性
精准农业要对一个复杂的农业生态系统进行设计，包括指标技术体系、资源环境技术、信息采集、人工智能等多个子系统，它们之间相互关联，共同组成一个有特定功能的有机整体。
（4）渐进性
精准农业的实施受到技术的限制，而技术水平的提高是渐进的过程，而且精准农业的实施对象也在不断发生变化，精准农业不可能在短期内实现，精准农业的实施具有较强的渐进性和可变性。
（5）可操作性
精准农业必须具有一定的可操作性，也就是能实施到具体的农业生产实践中，切实指导农业生产；否则，精准农业就是水中月、镜中花。精准农业的可操作性因区域生态环境、社会经济条件、技术水平的差异而不同。
6.5.3精准农业的理论和技术体系
（1）精准农业的核心理论
精准农业的核心理论是基于田间差异的变量投入、最大收益和最小环境危害。所有耕地均存在土壤和产量差异，通过信息技术可及时发现作物生长环境和实际产量分布的差异性，获取农田可操作区间作物产量、环境因素实际的时空差异信息，分析差异的原因，并根据差异性采取经济有效的调控措施，实现区别对待、定位调控，以高产优质为目标，以适度投入获取最佳收益，并兼顾农业生态环境保护，实现农业可持续发展。
精准农业有3个方面的精准要求：第一，精准定位，以确定灌溉、施肥、喷药的具体地点；第二，精准定量，以确定种子、肥料、水分、农药的科学用量；第三，精准定时，以确定各种农艺措施的适宜实施时间。
（2）精准农业的技术体系
精准农业是不同学科的高度集成，从精准农业的实施环节来看，包括作物长势和环境信息检测、差异化的投入决策、决策实施3个环节，每个环节的完成都需要若干关键支撑技术，共同组成复杂的精准农业技术体系。除地理信息系统、遥感技术和全球定位系统外，还需要决策支持系统、变量控制技术（Variable Rate Technology，VRT）、智能机械装备技术等多种技术支撑。
1）地理信息系统。地理信息系统是在计算机软件、硬件支持下，对空间数据进行采集、存储、分析、处理和表达的计算机应用系统。GIS是精准农业技术的核心，其主要的作用是由农田基本数据库得出田间产量变异，找出低产区，并根据与其他数据的相关分析，找出影响产量的主要限制因子，在此基础上借助支持决策系统，根据作物的生长状况和环境条件，做出科学诊断并给出适宜的农艺管理建议，形成田间播种、施肥、灌溉、病虫防治等管理方案。
2）遥感技术。遥感技术就是借助专门的探测仪器，把遥远的物体所辐射的电磁波信号接收记录下来，再经过加工处理，变成人眼可以直接识别的图像，从而揭示出所探测物体的性质及其变化规律。由于遥感手段先进、客观、准确，可在同一时间获得较大范围的信息，在农业上有广泛应用，如作物生长监测与估产、资源环境与灾害监测等。由于遥感的精度和分辨率不断提高，已成为精确农业中大面积快速获取田间数据的重要工具。
3）全球定位系统。全球定位系统在精准农业中用于实时动态地确定作业对象和作业机械的空间位置，并将此信息转变为GIS可储存、管理和分析的数据格式，实现定位信息采集和处方作业实施。具体讲，在精准农业中，GPS主要应用于监测农田面积和边界测量、作物生长环境的空间分布、不同作物长势分布、病虫害分布、产量分布等，并实现田间作业机械导航，实施定位播种、施肥、灌溉等田间作业。
4）田间信息采集和处理技术。快速、准确采集和描绘作物长势及环境因子的空间变量信息，是精确农业的重要基础，如监测作物苗情分布、病虫害发生、土壤含水量、土壤肥力等。目前，田间信息采集和处理技术仍比较落后，制约着精准农业的发展。如土壤肥力、水分等信息采集仍大部分采用定点采样和实验室分析，耗时耗力、时效性差。单一信息采集设备多，多种信息要素采集的设备少，难以实现空间尺度较小的信息采集。在作物信息监测方面，也不能满足精准农业的要求，如田间杂草识别。
5）决策支持系统。基于作物模拟模型和专家系统的作物生产管理决策支持系统，可根据作物生长、空间分析、预测分析等多种模型，综合土壤、气象、资源及作物生长有关数据进行决策，结合农业专家系统，针对不同农田管理目标制订相应的田间管理方案，用以指导田间变量作业，是精准农业中变量处方的基础。但目前大多数作物模拟模型、农业专家系统、决策支持系统的开发研究，主要基于农田或区域尺度上的作物生产管理决策支持技术，与精确农业的要求尚有较大差距。
6）变量控制技术。变量控制技术是指根据已做出的田间管理方案，自动调节物料箱中的物料投入速度，如种子、化肥、农药等，实现对症下药、按需供给。变量控制设备随着空间位置的变化而改变种子、肥料、农药的投入量。根据物料类型可分为变量播种技术、变量施肥技术、变量施药技术和变量灌溉技术等，目前，变量施肥和播种技术设备已经开始规模化应用。
7）智能化变量农作机械。精确农业中大功率、高速度、大幅宽作业机械的人工驾驶难度大，需要借助自动控制技术，保证作业机械按照设计路线高速行驶和作业性能良好，以便提高田间作业质量、效率和作业精度，减轻驾驶员的劳动强度，所以，智能化变量农作机械是精确农业发展的标志。目前，商品化的能够按处方图进行农田投入调控的几种智能化变量农业机械已应用于实践，其中比较成功的有施肥、喷药、播种和灌溉等农业机械，并取得了较好效益。
6.5.4精准农业的实施过程
精准农业的实施过程主要包括数据采集、差异分析、处方生成和控制实施。
（1）数据采集
精准农业通过产量测量、土壤采样、作物监测等方法获取数据，以便了解整体田块作物生长环境的空间变异特征。数据采集主要包括：第一，产量数据采集，了解田块产量变异是精准农业的重要内容，是生产决策的重要依据；第二，土壤数据采集，包括土壤水分、肥力、酸碱度等，是精准农业实施的重要基础；第三，作物营养监测，主要目的是实时、快速、精准、大范围、无损监测作物营养状况，为作物管理决策提供必要依据；第四，苗情、病虫数据采集，实现苗情分布、病虫害发生位置的精准监测；此外，还有地形和边界数据采集等。
（2）差异分析
一般直接采集到的信息数据都是文本形式，必须利用数学的方法进行科学处理，转变为变量控制信号来指挥机械，实施精准农作。主要包括生成产量分布图、土壤各种信息分布图、苗情分布图、病虫害分布图等。
（3）处方生成
通过采集到的田间不均衡空间分布数据和作物其他相关信息，经过分析决策，形成不同田间管理方案，生成处方，控制投入方式和用量。处方生成是精准农业的核心，直接影响精准农业技术的实际应用效果。
（4）控制实施
在GIS、GPS等技术支持下，将得到的信息经过一系列处理后，形成变量控制信息，由计算机控制农业机械，实施变量管理。智能变量农业机械是精确农业中控制实施的重要手段，主要由信息采集、决策判断和控制执行3部分组成。
当前，信息化浪潮席卷全球，成为新经济时代的重要特征，从工业化社会走向信息化社会，是人类社会进步的里程碑。农业作为基础产业，也必然受到这场浪潮的洗礼，从而使农业信息化成为未来一段时期内农业现代化的主导，成为引领农村经济发展和提高农民收入的重要途径。我国农业信息化尽管有较大发展，但是在生产中的实际应用水平还比较低，许多深层次的问题不断暴露，高性能、低成本、普适和智能化将是今后主要的发展方向，并急需在网络化技术、数字化技术、监测预测技术、决策管理技术、平台和硬件技术、产业化技术等重点领域有较大突破和创新，以更好满足不同层次和对象的需求，真正实现我国农业的全面现代化。
