智能農(nóng)機(jī)的文獻(xiàn)計(jì)量研究現(xiàn)狀分析

趙嘉琦，高阿芳，張勇，李許多，范肅

（1.長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130012；2.長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)國(guó)際教育學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130012）

實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、將先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)融入農(nóng)業(yè)是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要途徑。智能農(nóng)機(jī)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要載體，也是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必經(jīng)之路和必備條件，但由于社會(huì)實(shí)際問(wèn)題存在，部分農(nóng)業(yè)生產(chǎn)依然依賴(lài)農(nóng)民個(gè)體，其生產(chǎn)規(guī)模較小。曹萌等[1]認(rèn)為由于生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的缺乏，我國(guó)智能農(nóng)機(jī)的發(fā)展呈現(xiàn)出科學(xué)性不足和收益低等問(wèn)題。農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化與科學(xué)的管理、經(jīng)營(yíng)及智能化的機(jī)械設(shè)備密不可分。謝錚輝等[2]認(rèn)為人工智能技術(shù)已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的核心驅(qū)動(dòng)力量之一，具有人工智能的農(nóng)機(jī)將有效助力科學(xué)的管理及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)。如何提高農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、解放勞動(dòng)力、實(shí)現(xiàn)農(nóng)民增產(chǎn)增收，智能農(nóng)機(jī)將行之有效地解決上述問(wèn)題。

智能農(nóng)機(jī)是一個(gè)集微機(jī)、機(jī)械、電氣等于一體的技術(shù)型集成品，涉及許多農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)。在智能化時(shí)代，發(fā)達(dá)國(guó)家圍繞智能農(nóng)機(jī)展開(kāi)了一系列的研究，我國(guó)也取得了較大發(fā)展。智能農(nóng)機(jī)文獻(xiàn)綜述能總結(jié)前人研究的主題、方向、過(guò)程，給研究者提供寶貴的資料和經(jīng)驗(yàn)，使研究更加便捷和明確。同時(shí)，也可通過(guò)前人的研究成果，總結(jié)規(guī)律，預(yù)測(cè)未來(lái)的發(fā)展方向。本文運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量法及SATI 軟件，對(duì)國(guó)內(nèi)智能農(nóng)機(jī)方面的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，以方便學(xué)者做更深層次的研究。

1 智能農(nóng)機(jī)文獻(xiàn)研究分析

1.1 時(shí)間分析

智能農(nóng)機(jī)論文發(fā)表年份圖見(jiàn)表1。從表1 可以看出，2014 年之前智能農(nóng)機(jī)的研究寥寥無(wú)幾，2015 年之后智能農(nóng)機(jī)的研究數(shù)量驟增，從2015 年的23 篇增加到2019 年的151 篇。

近年來(lái)我國(guó)的農(nóng)業(yè)機(jī)械化裝配水平在逐步升高，從表2 中可以看出，第一次全國(guó)農(nóng)業(yè)普查到第二次全國(guó)農(nóng)業(yè)普查，大中小型拖拉機(jī)的數(shù)量穩(wěn)步提升。從表3 中可以看出，從第二次全國(guó)農(nóng)業(yè)普查到第三次全國(guó)農(nóng)業(yè)普查，拖拉機(jī)的種類(lèi)變多，各種智能拖拉機(jī)如耕整機(jī)、旋耕機(jī)、播種機(jī)、排灌動(dòng)力機(jī)等。相繼出現(xiàn)，我國(guó)農(nóng)業(yè)從業(yè)人數(shù)逐步減少，也是促使農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平提高的一個(gè)重要條件。由表4 中可以看出，從第一次全國(guó)農(nóng)業(yè)普查到第三次全國(guó)農(nóng)業(yè)普查，從事農(nóng)業(yè)人口數(shù)從42 453.125 萬(wàn)人減少到31 422 萬(wàn)人。自第三次全國(guó)農(nóng)業(yè)普查至今，我國(guó)智能農(nóng)機(jī)還在不斷發(fā)展，數(shù)量和種類(lèi)都在穩(wěn)步提升。

表1 智能農(nóng)機(jī)論文發(fā)表年份表Table 1 Publication year table of intelligent agricultural machinery papers

表2 第一、二次拖拉機(jī)全國(guó)農(nóng)業(yè)普查表Table 2 The first and second tractor national agricultural census table

表3 第三次拖拉機(jī)全國(guó)農(nóng)業(yè)普查表Table 3 The third tractor national agricultural census table

表4 農(nóng)業(yè)從業(yè)人員數(shù)量Table 4 The number of agricultural employees

1.2 著者分析

表5（見(jiàn)下頁(yè)）顯示，關(guān)于智能農(nóng)機(jī)的研究全國(guó)共涉及361 名作者，大部分學(xué)者只發(fā)過(guò)1 篇關(guān)于智能農(nóng)機(jī)的文章，最多也僅發(fā)了4 篇?？梢?jiàn)，在智能農(nóng)機(jī)研究領(lǐng)域，大部分學(xué)者只是初涉該領(lǐng)域。智能農(nóng)機(jī)是一個(gè)新興領(lǐng)域，從2015 年開(kāi)始，關(guān)于智能農(nóng)機(jī)的研究才剛剛起步。發(fā)文數(shù)較高的學(xué)者中，洪暹國(guó)[3-5]在一段時(shí)間后發(fā)表了有關(guān)智能農(nóng)機(jī)的相關(guān)文章，此后很少有人發(fā)表關(guān)于這一主題的論文。而程楠楠[6-7]、張順等[8]學(xué)者則在近幾年關(guān)注了智能農(nóng)機(jī)的主題并對(duì)其進(jìn)行了相對(duì)集中的研究。

表5 智能農(nóng)機(jī)著者研究情況分析表Table 5 Research situation of intelligent agricultural machinery authors

1.3 被引分析

表6 智能農(nóng)機(jī)引用前8 情況表Table 6 Table of top 8 quotes of intelligent agricultural machinery

智能農(nóng)機(jī)方面的文章引用情況見(jiàn)表6。由表6 可知，這些文章以“智能農(nóng)機(jī)的發(fā)展”和“智能農(nóng)機(jī)的現(xiàn)狀”為中心論述，且多發(fā)表在農(nóng)業(yè)和科技的期刊上，總的來(lái)看這類(lèi)文章并不多，被引量也并不高。這些文章都是近些年發(fā)表的，說(shuō)明近幾年智能農(nóng)業(yè)廣受關(guān)注，而從被引量來(lái)看，這8 篇文章的被引數(shù)量差距較大且最高引用量?jī)H有46 次，可見(jiàn)該領(lǐng)域的研究極不成熟，還需加強(qiáng)關(guān)注。

1.4 關(guān)鍵詞分析

通過(guò)SATI 軟件抽取所有類(lèi)似于智能農(nóng)機(jī)的前20 個(gè)論文關(guān)鍵詞，按照由低到高的順序排列，見(jiàn)圖1。由圖1可知，所占比例排名靠前的分別為“智能農(nóng)機(jī)”“農(nóng)機(jī)裝備”“農(nóng)機(jī)”。由此可見(jiàn)，智能農(nóng)機(jī)是重點(diǎn)研究方向，而農(nóng)機(jī)、農(nóng)機(jī)裝備則是重點(diǎn)研究對(duì)象。

為更深層次地研究小規(guī)模、高質(zhì)量的研究對(duì)象及研究方向，將關(guān)鍵詞詞頻擴(kuò)大，結(jié)果如圖1、圖2、表7 所示。通過(guò)前文一系列的研究，可以得出“智能農(nóng)機(jī)”“農(nóng)機(jī)”“農(nóng)機(jī)裝備”等方面的研究較多，是較重要的研究主題。

表7 前100 詞頻分類(lèi)表Table 7 Classification table of the first 100 word frequencies

2 重要主題分析

2.1 智能農(nóng)機(jī)研究

農(nóng)業(yè)發(fā)展，農(nóng)機(jī)先行。我國(guó)許多農(nóng)機(jī)所研究人員和科學(xué)家投入大量的時(shí)間、精力來(lái)研究智能農(nóng)機(jī)，并取得了一定的成績(jī)。如黃才志[17]認(rèn)為，智能農(nóng)機(jī)方面，我國(guó)的起步晚于國(guó)外，我國(guó)農(nóng)機(jī)伴隨著快速發(fā)展的國(guó)民經(jīng)濟(jì)及改革開(kāi)放的深層次推進(jìn)正在穩(wěn)步發(fā)展。李志偉等[18]運(yùn)用visualbasic 和mapobjects 對(duì)GPS、GIS 和RS 進(jìn)行了一體化融合，為日后施肥的精確性尤其是對(duì)氮肥的實(shí)施能傳達(dá)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的信息。而智能農(nóng)機(jī)的作業(yè)需要一個(gè)穩(wěn)定的電路，王亮等[19]所設(shè)計(jì)的電源系統(tǒng)可滿(mǎn)足控制系統(tǒng)、電機(jī)控制電路、傳感器和北斗GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)等對(duì)電源的需求，在智能小區(qū)精密播種機(jī)上應(yīng)用效果良好，整體電源系統(tǒng)能很好地為各模塊穩(wěn)定地提供所需的電能。電壓特性?xún)?yōu)良，在錯(cuò)綜復(fù)雜的條件下，抗干擾能力也很強(qiáng)。

時(shí)代高速發(fā)展的背景下，人們對(duì)高效、綠色環(huán)保、可持續(xù)性等發(fā)展理念高度重視，而智能農(nóng)機(jī)的發(fā)展順應(yīng)時(shí)代的要求。欒慶華[20]在大數(shù)據(jù)背景下，介紹了智能農(nóng)機(jī)的特點(diǎn)，指出智能農(nóng)機(jī)加快了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的步伐。董勝等[21]在多學(xué)科下對(duì)農(nóng)機(jī)控制平臺(tái)進(jìn)行了研究，論證了多學(xué)科下的協(xié)作是平臺(tái)發(fā)展的方向。楊紅梅[22]認(rèn)為智能化、機(jī)械化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化必走的道路，也是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和前提。陳福云[23]通過(guò)對(duì)農(nóng)機(jī)發(fā)展歷程的總結(jié)，表明智能農(nóng)機(jī)對(duì)全世界的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化意義非凡，未來(lái)會(huì)存在更多的智能產(chǎn)品，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平。

2.2 農(nóng)機(jī)裝備研究

我國(guó)在2025 年擬突破的領(lǐng)域之一是智能農(nóng)機(jī)裝備，我國(guó)對(duì)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重視，使農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)有了較大的發(fā)展。但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在農(nóng)機(jī)裝備上相差很大，伴隨著農(nóng)村人口的城市化、城鎮(zhèn)化轉(zhuǎn)移及土地經(jīng)營(yíng)方式的不同，農(nóng)機(jī)市場(chǎng)已達(dá)到低級(jí)飽和狀態(tài)[10]。任志超[25]認(rèn)為提高智能農(nóng)機(jī)裝備技術(shù)水平，改善農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的裝備“供給側(cè)”，對(duì)于加快我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)由農(nóng)機(jī)制造大國(guó)到制造強(qiáng)國(guó)的跨越意義重大。

林波等[26]通過(guò)總結(jié)機(jī)械化種植大豆的研究，提出未來(lái)的發(fā)展建議，以加快大豆的現(xiàn)代化進(jìn)程。凌杰[27]提出，隨著農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展和國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重視，當(dāng)前我國(guó)的農(nóng)業(yè)機(jī)械化得到了很大程度的發(fā)展。機(jī)械化的大量應(yīng)用在很大程度上代替了人工勞動(dòng)，這不僅減輕了農(nóng)民勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，而且推動(dòng)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)量和質(zhì)量的提升。關(guān)亞欣[28]認(rèn)為我國(guó)現(xiàn)在農(nóng)業(yè)機(jī)械面臨的問(wèn)題是技術(shù)人員短缺，機(jī)械成本過(guò)高和設(shè)備的推廣范圍有限。唐榮燦[29]對(duì)農(nóng)機(jī)裝備進(jìn)行了研究，表明該行業(yè)值得投資。馬雨秋等[30]通過(guò)對(duì)智能機(jī)械的研究，提倡要大力推廣智能農(nóng)機(jī)技術(shù)。徐翠[31]基于智能裝備，提出了發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)的可行性建議。與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的農(nóng)業(yè)機(jī)械化仍處在一個(gè)較低水平，智能農(nóng)機(jī)的出現(xiàn)必然帶動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展。

2.3 其他智能農(nóng)機(jī)研究

未來(lái)種田靠“數(shù)據(jù)”，智能農(nóng)機(jī)的發(fā)展需要更有效地通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)來(lái)利用農(nóng)業(yè)資源。使用“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)機(jī)作業(yè)”等現(xiàn)代信息技術(shù)，搭建智慧農(nóng)業(yè)的云平臺(tái)。王艷紅[32]表明智能農(nóng)機(jī)是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，大數(shù)據(jù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必由之路。溫靖等[33]得出了智能農(nóng)機(jī)對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要性。除了上述研究的智能農(nóng)機(jī)外，還有許多智能農(nóng)機(jī)的應(yīng)用，其中比較多的是關(guān)于人工智能、無(wú)人機(jī)和農(nóng)業(yè)機(jī)器人，人工智能需要智能化的管理系統(tǒng)。李道亮等[34]對(duì)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了分析，表明物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是未來(lái)研究的熱點(diǎn)。王洋[35]融合了云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)研究農(nóng)機(jī)體系，提出應(yīng)利用云計(jì)算對(duì)信息進(jìn)行共享，以實(shí)現(xiàn)智能調(diào)度。陳凌男等[36]調(diào)查了智能農(nóng)機(jī)傳感器和機(jī)器人專(zhuān)利，發(fā)現(xiàn)我國(guó)在該領(lǐng)域內(nèi)的專(zhuān)利較多。劉運(yùn)通等[37]對(duì)中小企業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，提出要實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。孫鐵波[38]認(rèn)為無(wú)人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)高效地生產(chǎn)、防蟲(chóng)。廖晨陽(yáng)等[39]通過(guò)試驗(yàn)證明無(wú)人機(jī)噴灑農(nóng)藥的準(zhǔn)確率較高。董詩(shī)繪[40]運(yùn)用遺傳算法，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的路徑仿真模擬分析，提高搜索效率。李偉等[41]提出農(nóng)業(yè)機(jī)器人是未來(lái)振興鄉(xiāng)村的技術(shù)支撐。張睛丹等[42]在各地考查調(diào)研得出，農(nóng)業(yè)機(jī)器人是幫助農(nóng)民減輕負(fù)擔(dān)的好助手。郭建軍等[43]運(yùn)用無(wú)人控制技術(shù)，融合人工智能等技術(shù)修剪花圃，使工作更加便利。劉晨[44]認(rèn)為人工智能會(huì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展。數(shù)字化戰(zhàn)略下，阿里、京東都拓展到農(nóng)業(yè)方面，大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器人、智能技術(shù)為三大應(yīng)用方向。相信未來(lái)，智能農(nóng)機(jī)的應(yīng)用將無(wú)比廣闊。

3 存在問(wèn)題

目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)智能農(nóng)機(jī)已經(jīng)進(jìn)行了一些研究，尤其是關(guān)于智能農(nóng)機(jī)的應(yīng)用、發(fā)展戰(zhàn)略以及規(guī)劃等方面，這引起了農(nóng)業(yè)科學(xué)、農(nóng)業(yè)機(jī)械等領(lǐng)域?qū)W者的廣泛關(guān)注，然而這些研究仍存在許多不足。

3.1 智能農(nóng)機(jī)范圍廣，界限不明確

因?yàn)槲覈?guó)當(dāng)前對(duì)智能農(nóng)機(jī)的研究并不多，導(dǎo)致智能農(nóng)機(jī)方面的研究大多偏理論，所以并沒(méi)有哪個(gè)機(jī)構(gòu)或哪些專(zhuān)家給出智能農(nóng)機(jī)的明確范圍，對(duì)智能農(nóng)機(jī)的定義并不是十分了解，且大多數(shù)學(xué)者都是沿用前人的看法和說(shuō)辭而未作深入的研究，所以形成了智能農(nóng)機(jī)范圍、界限不明確的問(wèn)題，導(dǎo)致目前對(duì)此方面研究問(wèn)題的增多。

3.2 實(shí)證研究不足

目前，關(guān)于智能農(nóng)機(jī)的研究多停留在理論上，只是按照理想情況進(jìn)行，卻很少依照實(shí)證研究數(shù)據(jù)去處理。而且，實(shí)證研究得到的數(shù)據(jù)以及結(jié)論的處理水平有限，誤差較大，研究方法也有待考究。同時(shí)，智能農(nóng)機(jī)尚未普及，研究的方向和場(chǎng)景過(guò)于狹窄，對(duì)有些農(nóng)業(yè)類(lèi)型的研究比較少，缺乏實(shí)用性和指導(dǎo)意義，應(yīng)在這個(gè)方向上進(jìn)行充分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)證研究。

3.3 智能農(nóng)機(jī)研究與科技發(fā)展不對(duì)應(yīng)

隨著我國(guó)科技的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)勞務(wù)方式發(fā)生翻天覆地的改變，特別是人工智能、機(jī)器人的興起，大大減少了農(nóng)務(wù)的工作量。隨著農(nóng)業(yè)從手動(dòng)耕種模式到全自動(dòng)化、全機(jī)械化的演變，智能農(nóng)機(jī)的使用群體也由年輕群體向低齡和高齡群體不斷擴(kuò)張，但5G 及衛(wèi)星在農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用的案列較少且大數(shù)據(jù)背景下的智能農(nóng)機(jī)數(shù)據(jù)處理并應(yīng)用在農(nóng)田耕種中的實(shí)例也暫為空白，由此可見(jiàn)智能農(nóng)機(jī)的研究進(jìn)度明顯落后于科技發(fā)展。因此，前沿科技在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究需及時(shí)跟上。

4 智能農(nóng)機(jī)發(fā)展建議

4.1 分清智能農(nóng)機(jī)的界限

隨著時(shí)代的進(jìn)步，更多農(nóng)業(yè)發(fā)展領(lǐng)域需要智能農(nóng)機(jī)的推廣和應(yīng)用，分清智能農(nóng)機(jī)的范圍和界限使今后的智能農(nóng)業(yè)發(fā)展目標(biāo)更明確，而不再是無(wú)用的形式主義。建議科研人員查閱大量機(jī)械、農(nóng)機(jī)、智能化定義的文獻(xiàn)，為以后交叉學(xué)科更好地發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

4.2 加強(qiáng)實(shí)證研究

目前智能農(nóng)機(jī)的內(nèi)容研究完成了從書(shū)面到農(nóng)田、從手工到機(jī)械的轉(zhuǎn)變。但是，我國(guó)的智能農(nóng)機(jī)起步較晚，多數(shù)學(xué)者僅停留在淺層次，研究的深度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。建議學(xué)者實(shí)地走訪(fǎng)農(nóng)田、農(nóng)業(yè)研究所，了解智能農(nóng)機(jī)在不同土壤、地貌、氣候等因素影響下速度、耕深、機(jī)器靈活程度的變化。在大數(shù)據(jù)、文化強(qiáng)國(guó)背景下，研究者應(yīng)注意尋找智能農(nóng)機(jī)、古籍、農(nóng)田之間的關(guān)聯(lián)性和差異性，加強(qiáng)差異化的實(shí)證研究，使其具有更強(qiáng)的實(shí)用性和指導(dǎo)意義。

4.3 關(guān)注科技的發(fā)展及新型智能農(nóng)機(jī)的研究

隨著科技的發(fā)展，新農(nóng)業(yè)形式不斷產(chǎn)生，新型智能農(nóng)機(jī)更要在研究上緊隨科技發(fā)展步伐，科研人員應(yīng)該學(xué)習(xí)科技發(fā)展的新思想，參考人工智能、全自動(dòng)、全機(jī)械化技術(shù)，將農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展與新型智能農(nóng)機(jī)的研究相結(jié)合，打造走在科技前沿的新型農(nóng)業(yè)產(chǎn)物，使農(nóng)務(wù)效率更高、時(shí)間更短。未來(lái)，技術(shù)和社會(huì)的發(fā)展速度將會(huì)大大提升，學(xué)者們可以關(guān)注技術(shù)的發(fā)展與新時(shí)代農(nóng)業(yè)智能產(chǎn)物，從其獲取靈感，研發(fā)更加智能的機(jī)械投入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，為未來(lái)便捷、智能化發(fā)展提供智慧。