先進的國際農機前沿技術

以傳感器、機器人、無人機等為代表的基于新興信息技術、光電控制技術、大數(shù)據(jù)技術的智能農機技術發(fā)展迅速，應用前景廣泛，已成為各國關注的焦點。

系統(tǒng)分析國際農業(yè)機械研發(fā)態(tài)勢，識別和探測國際農業(yè)機械領域的研究前沿，對該領域的科技規(guī)劃和科技決策具有重要意義。

本研究利用文獻計量方法，結合專家咨詢，采取定量分析和定性內容研判的方法，揭示了農業(yè)機械領域的研究前沿方向和內容，為開展相關領域科技管理決策提供支撐，并解釋未來農機發(fā)展方向。

對高被引論文及研究前沿的判讀發(fā)現(xiàn)，農機基礎研究和工程技術前沿主題主要包括機器人技術、精準農業(yè)傳感器技術、旋翼無人機、精準農業(yè)遙感技術和地理信息系統(tǒng)等研究方向。

1 機器人技術

除草機器人

可以預計，未來機器人將在農場得到廣泛應用并將改變農業(yè)機械的傳統(tǒng)發(fā)展方向。

機器人技術前沿中除草機器人和無人駕駛的研究又是最多的。除草機器人控制系統(tǒng)的4項核心技術包括雜草檢測與識別、雜草精準控制及制圖，其中對雜草的檢測和控制仍是最大的技術挑戰(zhàn)。無人駕駛相關技術可以推廣到田間輪式機器人研發(fā)。

放牧機器人

無人駕駛技術

在具體工程技術上，機器人領域的研究主題集中在農業(yè)機器人的導航、路徑跟蹤，運動控制，機器人視覺3個領域。

采摘機器人

路徑規(guī)劃的便利與精準控制、適應農業(yè)三維復雜地形的導航控制、避免對作物損害及降低能源消耗等是主要的研究目標；機器人運動控制研發(fā)主要側重應用于農業(yè)復雜地形，如崎嶇地面、坡地、有障礙物地面的運動控制；機器人視覺研究則主要圍繞實際作業(yè)場景、面向自主導航的視覺捕捉、分辨等視覺功能的研究。

2 精準農業(yè)傳感器技術

掉落柑橘計數(shù)傳感器

精準農業(yè)傳感器技術高被引論文包括無人機成像、病蟲害監(jiān)測等。

用于田間作物管理的監(jiān)測傳感技術主要包括田間電子傳感器、光譜輻射計、機器視覺、機載多光譜和高光譜遙感、衛(wèi)星成像、熱成像、射頻識別和機器嗅覺系統(tǒng)等。

其中用于作物生物量檢測、雜草檢測、土壤性質和養(yǎng)分監(jiān)測的傳感技術是最先進的，可以提供現(xiàn)場特定位置所需的數(shù)據(jù)。用于病蟲害檢測和表征，以及作物水分狀況監(jiān)測的傳感技術是基于植物和傳感器之間更復雜的相互作用，在田間水平上較難實施并需要更復雜的解釋，可利用光譜成像技術或植物揮發(fā)性物質檢測等技術，是重要的研究方向。

氣象及病蟲害監(jiān)測站

傳感器技術與無人機結合的無人機成像具有成本低、靈活、高空間分辨率和時間分辨率等優(yōu)點，可用于監(jiān)測作物和土壤條件的變化，近年來發(fā)展迅速，未來還需要發(fā)展圖像空間參考和拼接的標準化及信息提取技術。

在具體工程技術上，前沿研究則主要集中在無線傳感器網(wǎng)絡、傳感器設備與系統(tǒng)、傳感器算法、傳感器軟件等。

3 旋翼無人機

無人機用于農田信息采集

近來，人們對開發(fā)具有先進自主能力的無人駕駛飛機系統(tǒng)（UAS）的興趣日益增加，旋翼無人機具有能夠垂直起降、能自由懸停、控制靈活及可適應各種環(huán)境能力等優(yōu)點，成為國內外很多實驗室研究的重點。

無人機放牧

其中旋翼無人機特別是四旋翼飛行器的導航與控制是無人機研究的前沿方向，受到了研究界的重點關注。

4 精準農業(yè)遙感技術和地理信息系統(tǒng)

農田衛(wèi)星遙感圖像

在遙感技術領域，目前使用從紫外到微波的電磁波長范圍已經(jīng)可以實現(xiàn)諸如光探測和測距（LiDAR）、熒光光譜和熱光譜等高級遙感應用。隨著高光譜遙感技術的出現(xiàn)，光譜帶寬大大降低，從而改進了對特定化合物的分析、分子間相互作用、作物脅迫以及作物生物物理或生物化學特性的遙感監(jiān)測。

GIS數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

機載和衛(wèi)星遙感影像的空間分辨率已從100米提高到亞米級精度，從而允許在更高的空間分辨率下評估土壤和作物性質。遙感影像的時間頻率也有了顯著改善。

當前研究人員對遙感數(shù)據(jù)的多次收集更加關注，以便進行近實時的土壤、作物和病蟲害管理。

美國Cropscape系統(tǒng)

CropScape是美國農業(yè)部開發(fā)的用于農田空間數(shù)據(jù)即時獲取、定制的交互式網(wǎng)絡應用程序，可查詢、可視化、下載、傳播在線地理空間農田數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)，具有很大的應用價值并受到廣泛關注。

5 研究前沿機構

研究前沿的核心論文主要集中在美國、意大利、中國、澳大利亞、西班牙和丹麥等國。美國農業(yè)部農業(yè)研究局、意大利國家研究委員會、西班牙國家研究理事會、荷蘭瓦赫寧根大學及研究中心、丹麥奧爾堡大學、澳大利亞新南威爾士大學，我國的武漢大學、西北農林科技大學等大學和研究機構，以及美國和德國的創(chuàng)新型公司是核心論文的主要來源機構。

研究表明，信息化、自動化、智能化是未來農業(yè)機械研發(fā)的主要方向，第四次工業(yè)革命驅動的新興技術如大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和機器學習、自主車輛、機器人等技術可為農機行業(yè)轉型升級提供重大機遇。

因此，建議國家大力支持智能農業(yè)機械的研發(fā)，支持信息技術、人工智能技術等多學科在農業(yè)機械領域的交叉融合應用，推動行業(yè)共性關鍵技術創(chuàng)新，提升農業(yè)機械科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平。

文章來源：《農業(yè)工程》2018年第6期

原標題：基于文獻計量的國際農業(yè)機械研究前沿分析