農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動化與智能化應(yīng)用方式與發(fā)展途徑

摘?要：農(nóng)業(yè)機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中發(fā)揮著巨大的作用，隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)的不斷完善，農(nóng)機(jī)的自動化作業(yè)能力顯著提升，使農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效率進(jìn)一步得到優(yōu)化。自動化的農(nóng)機(jī)設(shè)備在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的方方面面得到了廣泛的應(yīng)用，這為我國農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)向智能化發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。從現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)機(jī)械自動化和智能化的應(yīng)用出發(fā)，分析了智能農(nóng)機(jī)技術(shù)未來發(fā)展的趨勢和途徑。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)械;自動化;智能化;應(yīng)用;發(fā)展

中圖分類號：S126?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.11.072

作者簡介：白伏升（1974-），男，回族，寧夏同心人，本科，農(nóng)機(jī)工程師，研究方向：農(nóng)機(jī)化。

0?引言

隨著我國科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)和研發(fā)過程中所能使用的先進(jìn)技術(shù)越來越多，到20世紀(jì)90年代，我國的農(nóng)業(yè)機(jī)械自動化水平得到了快速的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動化程度顯著提高，隨后的20多年，農(nóng)業(yè)機(jī)械的技術(shù)圍繞著自動化進(jìn)行了深入研究，使農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)一步替代了傳統(tǒng)的人力勞動，且機(jī)械化作業(yè)的使用體驗(yàn)也得到了進(jìn)一步提升，現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)已經(jīng)向著精確農(nóng)業(yè)發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械化的生產(chǎn)方式逐漸實(shí)現(xiàn)了高效率、高質(zhì)量要求。在此基礎(chǔ)上，很多農(nóng)機(jī)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)向智能農(nóng)機(jī)產(chǎn)品，并利用現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)等開發(fā)出了很多具有智能化特點(diǎn)的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品，為農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)向智能化發(fā)展創(chuàng)造了良好的開端。

1?農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動化與智能化

從工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展來看，通常將自動化生產(chǎn)稱為3.0時代，而智能化生產(chǎn)則稱為4.0時代，可見智能化是在自動化的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。農(nóng)業(yè)機(jī)械的技術(shù)發(fā)展也符合由3.0時代向4.0時代升級的特征，從現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)來看，農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)向全程機(jī)械化作業(yè)轉(zhuǎn)變，理論技術(shù)的研究已經(jīng)能滿足自動化生產(chǎn)的發(fā)展需求。從概念上看，農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)主要是利用農(nóng)業(yè)機(jī)械來替代傳統(tǒng)的人力勞動模式，意在通過最小的人力資源實(shí)現(xiàn)最大化的生產(chǎn)作業(yè)，而機(jī)械的作業(yè)仍需要人工進(jìn)行操作或檢測，自動化的機(jī)械設(shè)備更多的是進(jìn)行重復(fù)性的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)作業(yè);農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能化是在農(nóng)業(yè)機(jī)械實(shí)現(xiàn)自動化功能的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)代化的視覺技術(shù)、傳感器技術(shù)等形成對環(huán)境的感知力，并通過計(jì)算機(jī)技術(shù)對環(huán)境感知的相關(guān)信息進(jìn)行處理分析，從而使農(nóng)業(yè)機(jī)械具備完全自主的工作能力，進(jìn)而有效替代人為的管理和決策過程，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程逐漸向無人化轉(zhuǎn)變。

2?自動化農(nóng)機(jī)的應(yīng)用方式

農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動化技術(shù)在現(xiàn)階段已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)，隨著在農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)的主要糧食作物生產(chǎn)逐漸實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化，自動化農(nóng)機(jī)產(chǎn)品在我國的應(yīng)用程度也進(jìn)一步增強(qiáng)。自動化農(nóng)機(jī)作業(yè)覆蓋了主要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，其主要機(jī)型包括了聯(lián)合整地機(jī)、播種施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)、寬幅植保機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)、秸稈還田機(jī)、自動灌溉機(jī)械等，這些機(jī)具實(shí)現(xiàn)了在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，依靠駕駛員的簡單操作即可高效地完成傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)任務(wù)，作業(yè)過程中除需要進(jìn)行農(nóng)機(jī)駕駛外，基本不需要再進(jìn)行其他的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作，同時自動化技術(shù)還向著產(chǎn)前和產(chǎn)后方向延伸，例如種子篩選與自動處理機(jī)械、水稻自動育秧機(jī)械等產(chǎn)前機(jī)械和谷物烘干機(jī)、糧食深加工機(jī)械等產(chǎn)后機(jī)械也基本實(shí)現(xiàn)了自動化作業(yè)，不僅使生產(chǎn)效率得到了提升，而且對于育種育秧、谷物干燥等工作品質(zhì)也進(jìn)一步提升，農(nóng)民參與勞動生產(chǎn)的工作強(qiáng)度顯著降低。

3?目前智能農(nóng)機(jī)的應(yīng)用方式

隨著智能化技術(shù)研究的深入，很多具有智能化特點(diǎn)的技術(shù)逐漸應(yīng)用到現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)機(jī)械上，使很多農(nóng)業(yè)機(jī)械具備了一定的智能化功能，也可以將這些農(nóng)業(yè)機(jī)械稱為半智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械。從現(xiàn)階段的應(yīng)用來看，智能化技術(shù)已經(jīng)逐漸進(jìn)入了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，其典型的應(yīng)用方式包括以下幾類。

（1）農(nóng)業(yè)植保的智能檢測與智能化藥物噴施?，F(xiàn)階段，隨著視覺技術(shù)和圖像分析技術(shù)的進(jìn)步，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中逐漸應(yīng)用了生長狀態(tài)的視覺檢測技術(shù)，通過攝像頭檢測作物的生長狀態(tài)，獲取的圖像信息經(jīng)計(jì)算機(jī)分析是否存在病蟲害等異常問題，植保機(jī)械在進(jìn)行農(nóng)藥噴施作業(yè)時，能夠根據(jù)各個攝像頭覆蓋區(qū)域提供的病蟲害情況實(shí)現(xiàn)噴施量的自動化調(diào)節(jié)，達(dá)到替代傳統(tǒng)人工決策的效果，避免了農(nóng)藥噴施量的不合理問題，減少環(huán)境污染，并提高病蟲害的防治效果。

（2）定點(diǎn)土壤檢測與智能化播種施肥。通過在耕地土壤中布置檢測裝置，獲取區(qū)域范圍內(nèi)土壤的養(yǎng)分、含水量等情況，實(shí)時檢測土壤狀態(tài)，并為播種施肥工作提供數(shù)據(jù)支持，在進(jìn)行播種施肥作業(yè)時，播種量、播種時機(jī)、土壤類型、施肥量等參數(shù)的把握可以根據(jù)區(qū)域范圍的測土數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)最佳的種肥配比，為農(nóng)作物后續(xù)生長提供合理?xiàng)l件，并避免化肥過量使用造成的環(huán)境問題。

（3）糧食收獲狀態(tài)的智能化檢測。糧食收獲的智能化主要表現(xiàn)在兩方面，一是利用GPS技術(shù)和GIS技術(shù)分析田間的產(chǎn)量情況，以相關(guān)數(shù)據(jù)形成收獲作業(yè)的實(shí)施方案，農(nóng)業(yè)機(jī)械結(jié)合預(yù)設(shè)方案在GPS定位技術(shù)的指導(dǎo)下進(jìn)行智能化作業(yè)，根據(jù)不同的作物產(chǎn)量情況智能地調(diào)節(jié)關(guān)鍵部件的轉(zhuǎn)速、行駛速度等，使收獲過程更為合理;二是利用谷物損失監(jiān)測技術(shù)分析收獲機(jī)的工作狀態(tài)，避免出現(xiàn)谷物損失量過大造成的糧食浪費(fèi)問題，解決了傳統(tǒng)機(jī)械化生產(chǎn)作業(yè)品質(zhì)無法及時考察與統(tǒng)計(jì)的弊端。

4?農(nóng)機(jī)智能化的發(fā)展途徑

4.1?加強(qiáng)智能農(nóng)機(jī)管理系統(tǒng)的研究開發(fā)

隨著智能農(nóng)機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械上應(yīng)用的智能化技術(shù)越來越多，智慧農(nóng)機(jī)要實(shí)現(xiàn)最佳的應(yīng)用效果，就必須將智能農(nóng)機(jī)的管理平臺技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用與推廣?，F(xiàn)階段，我國智慧農(nóng)業(yè)管理平臺功能還不全面，多數(shù)功能集中于農(nóng)機(jī)工作管理與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方面，而對于智慧農(nóng)機(jī)所擁有的豐富功能利用不全面。農(nóng)機(jī)智能管理系統(tǒng)的研究應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對智慧農(nóng)機(jī)的控制、作業(yè)方案與決策指導(dǎo)、大數(shù)據(jù)匯總利用、智慧農(nóng)機(jī)資源的區(qū)域化調(diào)配等技術(shù)的升級，確保智慧農(nóng)機(jī)應(yīng)用的合理性。

4.2?加強(qiáng)農(nóng)機(jī)無人化智能作業(yè)技術(shù)的研究

農(nóng)業(yè)機(jī)械要真正實(shí)現(xiàn)智能化必須以無人作業(yè)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)為前提，以此保證在農(nóng)機(jī)具備一定邏輯判斷能力的同時，能夠智能化的實(shí)現(xiàn)工作性能和方式的調(diào)整。無人作業(yè)技術(shù)的研究應(yīng)著力解決以下幾點(diǎn)問題：一是農(nóng)機(jī)自動化駕駛技術(shù)，這不僅要求農(nóng)業(yè)機(jī)械能夠在耕地中實(shí)現(xiàn)自動行駛，還必須根據(jù)視覺系統(tǒng)和傳感器獲取的信息進(jìn)行速度自動調(diào)節(jié)、障礙物躲避、行駛路線自動優(yōu)化等功能;二是機(jī)電液一體化技術(shù)的智能化發(fā)展與應(yīng)用，智慧農(nóng)機(jī)要求機(jī)電液一體化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)升級，要求農(nóng)機(jī)上的關(guān)鍵功能部件實(shí)現(xiàn)高度的智能化和可控化，并依靠傳感器技術(shù)感知和調(diào)整作用力、運(yùn)轉(zhuǎn)速度等參數(shù)，以便于智能功能的實(shí)現(xiàn);三是確保智能控制的穩(wěn)定性，優(yōu)化電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用模式，使決策、實(shí)施過程更為可靠，避免因系統(tǒng)問題導(dǎo)致的智能農(nóng)機(jī)實(shí)際工作能力不足問題。

4.3?智能感知技術(shù)與邏輯思維技術(shù)仍需提升

智能感知與邏輯思維是農(nóng)機(jī)智能化的主要表現(xiàn)，是在生產(chǎn)過程中進(jìn)一步替代人腦決策的關(guān)鍵技術(shù)，目前我國農(nóng)業(yè)機(jī)械上應(yīng)用的感知技術(shù)仍比較少，傳感器、視覺設(shè)備等技術(shù)的利用程度比較初級，沒有達(dá)到與農(nóng)業(yè)機(jī)械深度融合的效果，基于計(jì)算機(jī)程序的邏輯思維技術(shù)仍處于研究階段，距離實(shí)際的應(yīng)用也有一定差距，因此，智能感知技術(shù)與邏輯思維技術(shù)是農(nóng)機(jī)智能化發(fā)展的主要技術(shù)突破口，只有在這兩方面加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)，才能促進(jìn)智慧農(nóng)機(jī)技術(shù)的早日成熟。

5?結(jié)語

隨著我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械化程度不斷提高，自動化作業(yè)的優(yōu)勢也凸顯出來，農(nóng)民使用農(nóng)業(yè)機(jī)械的熱情空前高漲，同時也對農(nóng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步提升給予很高的期望，農(nóng)機(jī)智能化作為農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)發(fā)展的下一個目標(biāo)，其研究和發(fā)展決定了未來農(nóng)業(yè)的水平，也是農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)步的必然需求。因此，將現(xiàn)階段的農(nóng)機(jī)自動化技術(shù)與我國生產(chǎn)實(shí)際需求相結(jié)合，進(jìn)一步研究和開發(fā)具有我國特色的智慧農(nóng)機(jī)技術(shù)，有利于農(nóng)業(yè)的合理化發(fā)展和生產(chǎn)效益的進(jìn)一步提升。

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