自動控制在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用與前景

王曉亮

摘 要：近年來，土地流轉(zhuǎn)的開展，致使農(nóng)業(yè)向規(guī)模化、集約化、現(xiàn)代化的經(jīng)營模式轉(zhuǎn)變。為更好的實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給農(nóng)業(yè)帶來了全新的發(fā)展機(jī)遇。機(jī)器人視覺技術(shù)、人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)融合技術(shù)等高科技技術(shù)都將應(yīng)用于現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。本文將結(jié)合應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的自動化控制系統(tǒng)，談一談自動化控制系統(tǒng)在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)；自動化控制；物聯(lián)網(wǎng)

歐美一些工業(yè)水平發(fā)達(dá)的國家從上個世紀(jì)三十年代開始，就對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的機(jī)械技術(shù)、生物工程技術(shù)和農(nóng)業(yè)管理技術(shù)三個方面進(jìn)行了全面的技術(shù)改造，完成了農(nóng)業(yè)從傳統(tǒng)向現(xiàn)代化的轉(zhuǎn)變。目前，我國正處于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變時期，自動控制系統(tǒng)大范圍應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中符合世界范圍內(nèi)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)理念的要求。所謂精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，是指“由信息技術(shù)支持的根據(jù)空間變異，定位、定時、定量地實(shí)施一整套現(xiàn)代化農(nóng)事操作技術(shù)與管理系統(tǒng)”。要實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)“系統(tǒng)診斷、優(yōu)化配方、技術(shù)組裝、科學(xué)管理”的目標(biāo)，就需要將自動化控制技術(shù)廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率，將效益最大化。

一、自動控制在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)機(jī)械自動化可以大大提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，減輕農(nóng)民的勞動力度。傳統(tǒng)的收獲谷物收獲機(jī)械需要采用收割機(jī)、割曬機(jī)、谷物脫粒機(jī)等多種機(jī)械完成。在科學(xué)技術(shù)的推動下， 傳統(tǒng)的谷物收獲機(jī)械也開始實(shí)現(xiàn)自動化控制。自動化控制系統(tǒng)可將收割、割曬、脫粒等多個步驟一次性完成。自動化控制系統(tǒng)通過中心計算機(jī)對各個機(jī)械部分進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度控制，按照預(yù)設(shè)的過程對農(nóng)作物進(jìn)行高效的管理。近些年來，針對西紅柿、西瓜、卷心菜、蘋果、柑橘、棉花等農(nóng)產(chǎn)品的收獲機(jī)械也逐漸實(shí)現(xiàn)自動化控制。這種采摘機(jī)械采用激光瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，它以較高頻率提供大量準(zhǔn)確的距離信息，可靠地提供果實(shí)的方位和尺寸信息，當(dāng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后，自動控制系統(tǒng)會發(fā)出指令，引導(dǎo)機(jī)械手進(jìn)行農(nóng)作物采摘工作。激光瞄準(zhǔn)器能夠方便快速準(zhǔn)確地瞄準(zhǔn)目標(biāo)，且激光瞄準(zhǔn)器輻射強(qiáng)度高、單色性好、相干性好、方向性強(qiáng)，在目標(biāo)定位方面具有很多優(yōu)勢。這些自動化采摘控制系統(tǒng)，大大提高了農(nóng)作物采摘速度，保證新鮮的農(nóng)產(chǎn)品第一時間被采摘下來進(jìn)行處理、進(jìn)入市場銷售，對于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著突破性的影響。

二、環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)在溫室中的應(yīng)用

溫室大棚內(nèi)作物生長的好壞，受溫室內(nèi)溫度、濕度、光照強(qiáng)弱、土壤的溫度和含水量的影響是比較大的。因此對溫室的內(nèi)作物生長環(huán)境參數(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)，起著非常重要的作用，特別是溫室內(nèi)的溫度和濕度。自動監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對作物生長環(huán)境的溫度、濕度和光照度、土壤溫度和土壤含水量等參數(shù)的采集、存儲和向監(jiān)控中心傳送數(shù)據(jù)以及執(zhí)行監(jiān)控中心的指令等功能。該系統(tǒng)配有專用的溫濕度環(huán)境監(jiān)控軟件，可以方便的對農(nóng)作物生長環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲與分析，在設(shè)備異常情況下還將以多種形式的報警通知相應(yīng)人員，能24小時不間斷實(shí)時監(jiān)控記錄的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。該環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)可廣泛運(yùn)用于其它場合：農(nóng)業(yè)溫室大棚內(nèi)蔬菜的育苗、水稻育苗、花卉養(yǎng)殖等。

在本系統(tǒng)中，溫室大棚內(nèi)的傳感器監(jiān)測點(diǎn)，為三路土壤水分、三路疫苗環(huán)境溫度、光照度傳感器等，分布在各個測點(diǎn)的傳感器將采集到的信息進(jìn)行處理，利用 RS485總線將傳感器信息送給大棚環(huán)境監(jiān)測箱， 進(jìn)行實(shí)時顯示和報警。大棚環(huán)境監(jiān)測箱可設(shè)置每一路傳感器的上下限，并有3 路控制輸出和統(tǒng)一聲光報警輸出。大棚環(huán)境監(jiān)測箱并通過無線把大棚內(nèi)的傳感器的信心發(fā)送到機(jī)房監(jiān)控中心，機(jī)房計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過專業(yè)軟件把信息進(jìn)行匯總處理，同時也將收到的采樣數(shù)據(jù)以顯示和存儲。大棚內(nèi)的傳感器采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) RS485 總線形勢傳輸，抗干擾性強(qiáng)、可靠性高，并便于擴(kuò)展和維護(hù)。這一些列的活動就是信息自動化應(yīng)用原理的基本表現(xiàn)。

三、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更智能更高效

浙江省有一個高科技農(nóng)業(yè)園區(qū)，在那里的田間地頭，見不到工作人員忙碌的身影，因?yàn)橹参镌耘嗨璧臏囟?、濕度、養(yǎng)分、水分等信息，都由傳感器實(shí)時獲取，然后通過無線通訊傳輸?shù)街行目刂剖业挠嬎銠C(jī)系統(tǒng)，相關(guān)人員根據(jù)收集到的信息作出判斷，并按照精準(zhǔn)的方式進(jìn)行無土噴霧栽培。

這就是物聯(lián)網(wǎng)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)管控系統(tǒng)。它通過現(xiàn)代傳感技術(shù)及通信技術(shù)對有機(jī)蔬菜從來源、生產(chǎn)過程、檢測體系及物流等環(huán)節(jié)進(jìn)行全過程可視數(shù)字化管理，并為消費(fèi)者提供全過程可追溯查詢平臺。例如一棵西紅柿的生長過程，可以利用溫濕度、氣敏、光照、化學(xué)等多種傳感器結(jié)合一項新型農(nóng)業(yè)專利產(chǎn)品進(jìn)行全程監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理。后期人員可以實(shí)時了解生產(chǎn)過程中是否添加化學(xué)合成肥料、農(nóng)藥、生長調(diào)節(jié)劑和飼料添加劑等物質(zhì)；結(jié)合RFID電子標(biāo)簽還可以對每批種苗來源、等級、培育場地以及在培育、生產(chǎn)、質(zhì)檢、運(yùn)輸?shù)冗^程中具體實(shí)施人員等信息進(jìn)行有效、可識別的實(shí)時數(shù)據(jù)存儲和管理。

氣象要素自古就對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起到關(guān)鍵作用。浙江聯(lián)通利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)的環(huán)保眼，通過傳感器技術(shù)獲取環(huán)境各種參數(shù)，可用于測量大氣風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣濕、氣壓、全輻射、雨量、蒸發(fā)、土壤溫度、土壤水分等各類環(huán)境數(shù)據(jù)，通過對參數(shù)的分析處理，能增強(qiáng)預(yù)警減災(zāi)能力，大大提升了環(huán)境監(jiān)測的時效性。

同時，系統(tǒng)還能通過數(shù)據(jù)傳輸渠道從污染源獲取數(shù)據(jù)，上傳到上級環(huán)保部門，間接為更高層級的數(shù)據(jù)共享和決策提供支持。

四、自動化控制系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用前景

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，自動化控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代過程中不可替代的地位和作用越來越突出。農(nóng)業(yè)自動化能夠大大提高勞動生產(chǎn)率和增加勞動舒適性，而且隨著經(jīng)濟(jì)的全球化，面臨農(nóng)產(chǎn)品開放進(jìn)口和市場競爭的壓力，現(xiàn)代業(yè)只有通過進(jìn)一步提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品品質(zhì)才能生存。從這些新的需求出發(fā)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)著高效率和高精度的機(jī)械化、自動化方向發(fā)展是必然的選擇。

自動化技術(shù)特別是微電子自動控制技術(shù)在農(nóng)機(jī)上的成功應(yīng)用，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。根據(jù)我國實(shí)際國情，必須考慮該技術(shù)的成熟程度，即自動化技術(shù)本身的可靠性，必須考慮整機(jī)售價應(yīng)適臺我國農(nóng)民當(dāng)前的購買力，以及采用自動化技術(shù)的實(shí)用性和農(nóng)民在操作使用維修保養(yǎng)時的方便性。

現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)基本上是各種系統(tǒng)的集成，硬件上有傳感器、傳感器變換器接口、控制器、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、被控設(shè)備、總線等組成的。隨著自動化信息技術(shù)和生物技術(shù)以及工程制造業(yè)的發(fā)展，智能控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精確控制必然是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展方向。

所謂的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，是在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)機(jī)裝備技術(shù)上，運(yùn)用高新技術(shù)進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理，是一種自動化和信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合的產(chǎn)業(yè)，也是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要途徑。目前我國在這方面已經(jīng)取得一些進(jìn)展。如日前投入運(yùn)行的農(nóng)業(yè)氣象觀測自動化儀器，除了能對土壤墑情和農(nóng)田小氣候?qū)崟r監(jiān)測外，還可以獲取冬小麥和夏玉米不同發(fā)育階段的圖像并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至遠(yuǎn)程服務(wù)器，為制定農(nóng)業(yè)氣象自動化儀器安裝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與農(nóng)作物自動化觀測規(guī)范積累資料。

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