試談自動(dòng)控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用

何培雄

（黑龍江省紅衛(wèi)農(nóng)場，黑龍江 佳木斯 156322）

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是社會(huì)生存和發(fā)展的基石，也是一個(gè)國家立足的首要任務(wù)。農(nóng)業(yè)機(jī)械作為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響巨大，同時(shí)也代表了農(nóng)業(yè)發(fā)展水平。第二次工業(yè)革命后，西方的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)就已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，無論是生產(chǎn)效率還是產(chǎn)量，都已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他國家。我國是一個(gè)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國，因?yàn)榻l(fā)展艱難，在農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展上遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于西方國家，人口眾多、耕地資源貧乏是我國農(nóng)業(yè)的基本現(xiàn)狀。因此，發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化，是農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然途徑。

1 農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展現(xiàn)狀

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中機(jī)械化和自動(dòng)化的發(fā)展是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要特點(diǎn)，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的未來之路。目前，從現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來看，自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)機(jī)械的重要部分，不僅大大減輕了勞動(dòng)力，還提高了生產(chǎn)效率。第二次工業(yè)革命之后，在農(nóng)業(yè)機(jī)械方面，歐美等國家開始采用機(jī)械化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。其中，美國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，也是最發(fā)達(dá)的資本主義國家之一，在農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展上極其迅速。在科技革命后，越來越多的現(xiàn)代化技術(shù)和手段被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械中。近年來，歐美國家開始廣泛地在農(nóng)業(yè)機(jī)械上安裝GPS 系統(tǒng)來對(duì)農(nóng)業(yè)作業(yè)進(jìn)行監(jiān)控，并且還將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到畜牧業(yè)等方面。近年來，歐美等國家的農(nóng)業(yè)自動(dòng)化機(jī)械已經(jīng)趨于飽和狀態(tài)，自動(dòng)化的農(nóng)業(yè)機(jī)械市場已經(jīng)逐漸向中國等亞洲國家轉(zhuǎn)移。

在我國穩(wěn)步實(shí)現(xiàn)四個(gè)現(xiàn)代化的過程中，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化是首要發(fā)展內(nèi)容。進(jìn)入21 世紀(jì)后，我國的農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平顯著提高，農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化也在逐步研究和應(yīng)用中。在國家和政府的大力倡導(dǎo)之下，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人員的科學(xué)觀念和自動(dòng)化意識(shí)逐漸加強(qiáng)，大量農(nóng)業(yè)自動(dòng)化設(shè)備需求增長，同時(shí)也在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中開始逐漸普及。

2 自動(dòng)控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用

2.1 自動(dòng)化灌溉控制技術(shù)

我國作為歷史悠久的農(nóng)業(yè)大國，在幾千年的農(nóng)業(yè)發(fā)展史上，催生出先進(jìn)的農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)。在傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，我國的農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)領(lǐng)先世界。但是到了近代社會(huì)，隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的改革和現(xiàn)代化水利工程的修建，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)已經(jīng)不能滿足當(dāng)下的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求。而且，地球上水資源日益短缺已經(jīng)成為全球性的問題。節(jié)約用水、高效用水已經(jīng)成為人類農(nóng)業(yè)工程發(fā)展的主題，也是世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。我國是目前世界十三個(gè)貧水國家之一，而且南北和東西部地區(qū)水資源分布極其不均衡。水資源已經(jīng)成為我國工農(nóng)業(yè)發(fā)展中的短缺資源，同時(shí)也成為了社會(huì)發(fā)展的“瓶頸”，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不得不面臨的問題。

在農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展過程中，節(jié)約用水也是自動(dòng)化系統(tǒng)研發(fā)和生產(chǎn)的主要原則，同時(shí)也是社會(huì)提倡和國家政策支持的內(nèi)容。我國的農(nóng)業(yè)用水占據(jù)了我國總用水量的70%左右，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)業(yè)灌溉效率低下和用水浪費(fèi)問題普遍存在。

目前，我國的農(nóng)業(yè)灌溉用水的利用率僅為43%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家的農(nóng)業(yè)灌溉用水利用率，而單方水的糧食生產(chǎn)率僅為10 kg 左右，相比較其他發(fā)達(dá)國家也有一定的差距?；谶@種現(xiàn)實(shí)問題，在發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化的過程中，節(jié)約用水、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的重要戰(zhàn)略。

自動(dòng)化的農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)是一套完善的技術(shù)系統(tǒng)，包括自動(dòng)控制技術(shù)、傳感技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等。自動(dòng)化的灌溉系統(tǒng)不僅廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，在城市綠化、園林景區(qū)等領(lǐng)域同樣有很大的作用。自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)不僅有效節(jié)約了水資源，而且還降低了人工成本，提升了生產(chǎn)效率。目前在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中比較常用的兩種自動(dòng)化灌溉形式是噴灌和微灌，自動(dòng)化控制技術(shù)具有遙控檢測功能，能夠有效檢測土壤及農(nóng)作物的實(shí)際情況，通過將檢測數(shù)據(jù)反饋給控制中心，遙感控制檢測通過一連串的系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)，能夠科學(xué)地調(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)灌溉水量的大小和時(shí)間，在保證農(nóng)作物充分灌溉的同時(shí)，最大程度地避免水資源的浪費(fèi)。

2.2 自動(dòng)化施肥控制技術(shù)

自動(dòng)化的施肥控制技術(shù)一般與灌溉技術(shù)相互結(jié)合，其主要工作原理是利用壓力將提前做好的肥料溶液加入到灌溉系統(tǒng)中，然后通過灌溉系統(tǒng)的管道給土壤農(nóng)作物施肥。這種施肥的過程同樣也是通過一整套系統(tǒng)來精確把握，不僅大大節(jié)約了人工成本，還能精準(zhǔn)控制農(nóng)作物土壤中肥料的含量。目前，由于我國自動(dòng)灌溉技術(shù)設(shè)施在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的比例還不是很高，因此這種自動(dòng)化施肥控制技術(shù)也沒有形成規(guī)范化的市場。自動(dòng)化施肥控制裝置還有一個(gè)很重要的特點(diǎn)，就是與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的面積有很大的關(guān)系。一套灌溉施肥系統(tǒng)包括水泵、過濾器、施肥器等，在灌溉施肥的過程中，面積越大，單位面積的成本就越小。如果使用面積越小，那么系統(tǒng)就會(huì)長時(shí)間閑置，相對(duì)就會(huì)增加使用成本。采用自動(dòng)化施肥控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)定時(shí)定量灌溉，還能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，基本上萬畝農(nóng)田只有一個(gè)人管理就足夠。這種系統(tǒng)能夠方便地實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉和農(nóng)業(yè)施肥的統(tǒng)一管理，在進(jìn)行灌溉時(shí)，對(duì)土壤的肥力進(jìn)行檢測，再對(duì)控制中心和資源庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。不同的農(nóng)作物所對(duì)比的肥力數(shù)據(jù)不同，以此制訂適合農(nóng)作物的最佳配比。再通過灌溉系統(tǒng)的管網(wǎng)將水肥輸送到農(nóng)田，這種施肥方式不僅大大提高了水資源的利用率，同時(shí)也使肥料得到高效利用，減輕了肥料對(duì)農(nóng)田周邊環(huán)境的污染。

2.3 自動(dòng)化溫室控制技術(shù)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的最大化就是利用最小的資源生產(chǎn)出最大的產(chǎn)量。我國作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，幾千年來不斷的農(nóng)業(yè)技術(shù)革新都是為了追求這一目的。但是在傳統(tǒng)的農(nóng)耕時(shí)代，人們的科學(xué)知識(shí)有限，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中依靠天然的土壤資源和天氣溫度來進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，這種情況導(dǎo)致了非常被動(dòng)的局面，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者只能依靠不同的季節(jié)播種不同的作物，在中國北方的冬季，只能播種耐寒的小麥過冬，沒有任何農(nóng)作物可以在寒冷的冬季成熟。在我國傳統(tǒng)社會(huì)中，冬季是產(chǎn)生饑荒最頻繁的時(shí)期，主要原因就是惡劣的天氣造成農(nóng)作物減產(chǎn)，就算是在其他季節(jié)，一旦天氣發(fā)生惡化，農(nóng)業(yè)作物的損失也會(huì)十分嚴(yán)重。

隨著科技的發(fā)展，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為了最大程度地?cái)[脫天氣對(duì)農(nóng)作物造成的影響，溫室大棚開始興起。溫室大棚主要是利用塑料薄膜或者其他透光材料，將農(nóng)作物的生存環(huán)境與外界的環(huán)境相隔絕，同時(shí)能夠有效地使陽光透過塑料薄膜，也不影響農(nóng)作物的光照。而溫室大棚內(nèi)部采用精密的溫度控制系統(tǒng)來控制室內(nèi)的通風(fēng)和采光設(shè)備，進(jìn)而控制大棚內(nèi)的溫度。溫室大棚的使用就是要能夠在不適宜農(nóng)作物生長的時(shí)期人工創(chuàng)造出一定的環(huán)境，來達(dá)到適合農(nóng)作物生長的環(huán)境，最大程度地增加農(nóng)作物的年產(chǎn)量。溫室大棚內(nèi)的溫度主要是通過控制系統(tǒng)進(jìn)行，在溫室大棚的一些重要地方安裝溫度感應(yīng)器，能夠隨時(shí)檢測到溫室大棚內(nèi)的環(huán)境溫度、濕度和二氧化碳含量。溫度數(shù)據(jù)被傳送到控制中心，在控制中心通過運(yùn)算和分析，調(diào)整溫室大棚內(nèi)的控制設(shè)備、通風(fēng)窗或空氣循環(huán)機(jī)等，以此達(dá)到調(diào)整溫度、濕度和氧氣含量的目的。

2.4 自動(dòng)化地理信息化技術(shù)

地理信息化技術(shù)主要表現(xiàn)為地理信息系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)地理信息系統(tǒng)是通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)將地理信息化與農(nóng)業(yè)科學(xué)緊密結(jié)合起來，達(dá)到土壤最佳利用的目的。農(nóng)業(yè)地理信息系統(tǒng)可以通過展現(xiàn)農(nóng)業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提供全方位的地理信息服務(wù)，其主要組成部分包括農(nóng)情及生產(chǎn)管理系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)建設(shè)成果展示系統(tǒng)、耕地資源管理系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)區(qū)域布局管理系統(tǒng)、運(yùn)維管理系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)災(zāi)害控制系統(tǒng)、地理信息應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)等。地理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)土地、土壤以及農(nóng)作物的整體檢測，對(duì)農(nóng)作物的生長周期和生長環(huán)境進(jìn)行一定的評(píng)價(jià)，通過動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的分析來完成科學(xué)種植。這種科學(xué)化的監(jiān)測方法徹底改變了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)勞作方式，避免人工種植過程中可能出現(xiàn)的弊端，通過科學(xué)的觀察和預(yù)測，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的良性發(fā)展。比如，在農(nóng)作物的蟲害疾病高發(fā)的時(shí)期，可以通過地理信息系統(tǒng)的觀察和預(yù)測，準(zhǔn)確分析出農(nóng)作物的受害情況和可能造成的損失，根據(jù)這些數(shù)據(jù)的監(jiān)測，及時(shí)采取合理的除蟲措施。在地理信息技術(shù)的應(yīng)用中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場可以實(shí)現(xiàn)無人化管理，大大節(jié)約了人工成本，同時(shí)也能時(shí)刻保證農(nóng)作物處于最佳生長狀態(tài)。

3 結(jié)語

農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)能夠有效解決目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的諸多問題，比如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)勞動(dòng)力資源不足、農(nóng)業(yè)從業(yè)者的知識(shí)水平不高、農(nóng)業(yè)規(guī)?；N植落后等。自動(dòng)化的控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用使農(nóng)業(yè)機(jī)械能夠更加智能化，降低了人為因素造成的農(nóng)業(yè)機(jī)械方面的損失，更大程度地降低了人工成本和勞動(dòng)量。農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要發(fā)展方向，也是我國與其他發(fā)達(dá)國家縮小差距的主要途徑。但是目前由于各種因素的限制，我國的農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化還有很多不足之處，在推進(jìn)過程中遇到很多障礙，需要廣大的科研人員和從業(yè)人員通過自身的努力，為農(nóng)業(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。