新技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用

張闖闖 李楨楨 曹麗芳

1、南陽農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院 2、黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院

作為農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化是國家現(xiàn)代化的重要體現(xiàn)[1]。推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化是國家十三五規(guī)劃的重要內(nèi)容，這就離不開農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)水平的提升。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，自動(dòng)化、智能化、信息網(wǎng)絡(luò)這些新的技術(shù)被應(yīng)用到了農(nóng)業(yè)機(jī)械上，改變了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)方式，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。例如，2019年南陽市臥龍區(qū)、新野縣推廣了花生農(nóng)業(yè)機(jī)械化新技術(shù)，解決了花生播種、收獲的一些問題，提高了經(jīng)濟(jì)作物的機(jī)械化水平；在鄧州市開展的油菜生產(chǎn)收獲農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)，為油菜的機(jī)械化生產(chǎn)提供了重要的數(shù)據(jù)理論支撐。

1 耕種、收獲機(jī)械

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，廣泛使用的農(nóng)機(jī)裝備主要有耕作機(jī)械、種植機(jī)械和收獲機(jī)械，相關(guān)方面的農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)水平反映了我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況。

1.1 耕作機(jī)械

保護(hù)性耕作是耕作機(jī)械的典范，反映了機(jī)械耕作的重大變革。在以往的機(jī)械耕作過程中，沒有意識(shí)到農(nóng)業(yè)機(jī)械與環(huán)境資源保護(hù)之間的關(guān)系。機(jī)械化耕作提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平，但也破壞土壤的微結(jié)構(gòu)，有些地區(qū)水土流失，嚴(yán)重?fù)p壞了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

保護(hù)性耕作的特點(diǎn)是對(duì)農(nóng)田少耕或者免耕，用農(nóng)作物的秸稈覆蓋地表，它是從過度耕作向環(huán)?？沙掷m(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變。為了減少燃燒秸稈帶來的嚴(yán)重環(huán)境污染，在耕作時(shí)采用的秸稈還田技術(shù)可以增加土壤的肥力。采用保護(hù)性耕作能夠使土壤自然恢復(fù)，不需要重復(fù)耕作。

1.2 種植機(jī)械

種植的過程主要有開溝、排種、復(fù)土等工序。免耕播種機(jī)作為種植機(jī)械的典型代表，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了大力推廣，它不需要對(duì)土壤進(jìn)行旋耕就可以直接進(jìn)行播種，減少了農(nóng)田的耕作費(fèi)用。目前，免耕、變量播種、施肥可以集于一體，在一次作業(yè)中完成。

在播種方面，精密播種機(jī)是未來發(fā)展的一個(gè)重要方向。精密播種機(jī)能夠減少種子浪費(fèi)，節(jié)約工時(shí)。目前，種植機(jī)械多采用機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行工作，少量裝有電機(jī)進(jìn)行控制。

1.3 收獲機(jī)械

收獲機(jī)械中常見的是聯(lián)合收割機(jī)。小麥機(jī)械收獲的問題已經(jīng)基本解決，水稻收獲機(jī)仍有巨大的潛力，玉米收獲機(jī)的研制已經(jīng)取得一定的成果，油菜、土豆等經(jīng)濟(jì)作物的機(jī)械化收獲正在迅猛發(fā)展，相關(guān)的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品處于試驗(yàn)和改進(jìn)階段。對(duì)市場(chǎng)上的聯(lián)合收割機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行分析，聯(lián)合收割機(jī)技術(shù)仍有待進(jìn)一步的提升。

20世紀(jì)，耕種、收獲農(nóng)業(yè)機(jī)械雖然在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量使用，也得到了一定程度的發(fā)展，但是設(shè)備相對(duì)較為落后；農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品消耗了大量的能源，利用率不高；農(nóng)業(yè)機(jī)械上的電控成分占比不高，許多機(jī)具缺少傳感裝置，作業(yè)的精度不高。近些年來，隨著傳感技術(shù)、微機(jī)技術(shù)、生物技術(shù)、大數(shù)據(jù)平臺(tái)的建立，農(nóng)業(yè)機(jī)械已經(jīng)與多種新技術(shù)融合，農(nóng)業(yè)機(jī)械也更加智能化、精細(xì)化，這都顯著改變了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)模式，使農(nóng)業(yè)資源的使用更加科學(xué)合理。

2 農(nóng)業(yè)機(jī)械的新技術(shù)

當(dāng)前，農(nóng)業(yè)機(jī)械使用的新技術(shù)主要有自動(dòng)化控制技術(shù)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)以及農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)等。這些新技術(shù)的應(yīng)用，降低了勞動(dòng)者的工作強(qiáng)度，改善了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，提高了生產(chǎn)效率，對(duì)國家農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化具有重要的作用。

2.1 自動(dòng)化控制技術(shù)

自動(dòng)化控制技術(shù)能夠使農(nóng)業(yè)機(jī)械按照預(yù)先設(shè)計(jì)的軌跡自動(dòng)作業(yè)，顯著提高機(jī)械的可靠性，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。自動(dòng)控制半喂入聯(lián)合收割機(jī)是農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化作業(yè)的典型，它可以顯示作業(yè)機(jī)械運(yùn)行參數(shù)、收割狀態(tài)以及行進(jìn)的速度，能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)作物喂入深度。

近些年來，我國農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的自動(dòng)化控制技術(shù)獲得了飛速發(fā)展?！笆灏健迸平斩挻蚶C(jī)是一種國產(chǎn)農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備，能夠自動(dòng)裝載小麥的秸稈，機(jī)械作業(yè)可靠性高，避免了人工撿拾捆扎草捆，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。

以往的農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備自動(dòng)化大多是單一的輸入和輸出方式。但是，隨著微機(jī)控制系統(tǒng)和傳感器的研發(fā)，多輸入多輸出的農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備已經(jīng)制造出來，自動(dòng)化水平得到了提高。但是，自動(dòng)化控制技術(shù)不能片面追求精度和尖端科技，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化模式要適合我國各地區(qū)的情況。

2.2 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)

通過信息與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中的影響因素進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而做出有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的行為，促進(jìn)信息農(nóng)業(yè)的發(fā)展。信息網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上應(yīng)用的典范是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)，它根據(jù)水肥、農(nóng)作物生長狀況、病蟲害等信息，結(jié)合定位系統(tǒng)進(jìn)行田間機(jī)械作業(yè)。國外已經(jīng)研發(fā)了施肥、播種、病蟲害防治等精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備，降低了農(nóng)業(yè)的環(huán)境污染，提高了作物產(chǎn)量。

我國在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)方面快速發(fā)展。浙江省建立了全程機(jī)械化精準(zhǔn)作業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，能夠進(jìn)行施肥、播種、灌溉等數(shù)據(jù)采集，利用集成攝像頭、北斗衛(wèi)星定位技術(shù)和GIS技術(shù)對(duì)作業(yè)機(jī)械實(shí)時(shí)監(jiān)控，顯著提高了作業(yè)質(zhì)量。

國務(wù)院推進(jìn)的智慧農(nóng)業(yè)政策要求深入推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的信息融合，推進(jìn)農(nóng)業(yè)裝備產(chǎn)業(yè)升級(jí)。一些地區(qū)的聯(lián)合收割機(jī)和拖拉機(jī)安裝了北斗終端，使田間工作更精確；黑龍江省利用遙感技術(shù)助力精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)智能化的管理和精準(zhǔn)化的種植。

2.3 計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)

該技術(shù)能夠自動(dòng)獲取并處理信息，在統(tǒng)計(jì)分析和加工控制方面有很大的優(yōu)勢(shì)。它通過計(jì)算機(jī)獲取目標(biāo)的圖像并自動(dòng)分析圖像，從而獲得目標(biāo)的相關(guān)數(shù)據(jù)，因而在科研、生產(chǎn)等很多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。

利用此項(xiàng)技術(shù)，可以獲得農(nóng)作物的圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)檢測(cè)或者獲得植物的生長參數(shù)。對(duì)于果實(shí)品質(zhì)的分級(jí)，國內(nèi)學(xué)者做了許多研究。例如，張書慧、陳曉光、張曉梅等人設(shè)計(jì)了針對(duì)桃、蘋果的等級(jí)圖像系統(tǒng)，優(yōu)等果準(zhǔn)確率可以達(dá)到96%[2]；馮斌基于蘋果表面顏色分布的維度，對(duì)蘋果進(jìn)行了自動(dòng)分級(jí)[3]。

盡管計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在植物的病蟲害監(jiān)測(cè)、生長參數(shù)的測(cè)量和雜草的識(shí)別等方面得到了廣泛的應(yīng)用，但是由于植物品種多樣性、生長環(huán)境復(fù)雜性，該項(xiàng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的應(yīng)用上還不太成熟，仍需要進(jìn)一步提升。

2.4 農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)集合自動(dòng)控制技術(shù)、信息與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)等多種前沿技術(shù)于一身，可以提高生產(chǎn)力，改變生產(chǎn)模式，在多樣化、精準(zhǔn)化方面具有極大的優(yōu)越性。在國外，日本相繼研發(fā)了蔬菜、水果采摘機(jī)器人、噴藥機(jī)器人、施肥機(jī)器人等，改善了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境，提高了勞動(dòng)的生產(chǎn)率。

我國的農(nóng)業(yè)機(jī)器人發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，許多企業(yè)和科研單位相繼推出多款性能卓越的農(nóng)業(yè)機(jī)器人。例如，新大陸時(shí)代科技有限公司研發(fā)的5G農(nóng)業(yè)機(jī)器人，從研發(fā)階段進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段，能夠在蔬果大棚開展全天候生產(chǎn)巡檢；東北林業(yè)大學(xué)研制的林木球果采摘機(jī)器人，提高了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率，改善了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境。

農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)水平反映了一個(gè)國家農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的科技水平。但是由于農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研發(fā)費(fèi)用較高，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中尚未得到普遍推廣。目前，我國的農(nóng)業(yè)機(jī)器人仍有不足之處，還需要進(jìn)一步完善提升?？蒲腥藛T需要對(duì)當(dāng)前已有的農(nóng)業(yè)機(jī)器人進(jìn)行改進(jìn)，研發(fā)設(shè)計(jì)適合我國國情的農(nóng)業(yè)機(jī)器人，從而提高農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)的水平，推進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向更好更高的水平上發(fā)展。

3 總結(jié)

隨著科技水平的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備正向智能化、精準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)信息化方向發(fā)展。自動(dòng)化控制技術(shù)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)以及農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)等的應(yīng)用，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的健康、可持續(xù)發(fā)展提供了更加優(yōu)良的農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率與質(zhì)量。目前，農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)水平仍需大力提升，研發(fā)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品要符合我國國情，從而確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)健康穩(wěn)步發(fā)展。