智慧農(nóng)業(yè)對農(nóng)機化發(fā)展的影響與典型技術(shù)的應(yīng)用情況

田玉萍

(同心縣農(nóng)業(yè)機械化推廣服務(wù)中心，寧夏 同心 751300)

0 引言

我國是世界農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的水平對經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定影響很大，近年來我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在技術(shù)和經(jīng)營方式上得到了很大的改善，使傳統(tǒng)的粗放型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式逐漸向著精細(xì)型農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，且隨著農(nóng)業(yè)機械化的日益普及，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動化程度得到了顯著的提升，使農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)能力得到了更好的保障。在農(nóng)業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展下，先進的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)理念逐步被越來越多的人所接受，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)化也不單純集中于生產(chǎn)力的優(yōu)化，而是向著科學(xué)、環(huán)保、節(jié)能、高效、高質(zhì)的更高要求發(fā)展。智慧農(nóng)業(yè)作為世界范圍的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式變革，對我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也發(fā)生了潛移默化的影響，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)了全方位的技術(shù)升級，更是對現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)提供了更合理的發(fā)展方向。

1 智慧農(nóng)業(yè)及其實施模式

智慧農(nóng)業(yè)是在精確農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)上建立起來的農(nóng)業(yè)新理念，其結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、遙感技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)、數(shù)據(jù)獲取技術(shù)、云計算技術(shù)和智慧農(nóng)機技術(shù)等眾多先進技術(shù)，其目標(biāo)是使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個過程實現(xiàn)智能感知、邏輯思維、智能決策、方案執(zhí)行等功能，使傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程逐步被現(xiàn)代化技術(shù)所取代，進一步減輕人力活動的強度，逐步實現(xiàn)無人化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)。總體來說，智慧農(nóng)業(yè)是極其廣泛的，其不僅涉及智慧生產(chǎn)，還涉及到智慧供需、智慧管理、智慧銷售等很多過程。智慧農(nóng)業(yè)的應(yīng)用能有效提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化和科學(xué)化水平，并通過信息技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)模式的逐步升級，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不僅更加高效，而且運營模式更為科學(xué)，經(jīng)營成本和實際收益都將得到顯著的優(yōu)化[1]。

智慧農(nóng)業(yè)的實施需要先進的技術(shù)和合理的流程作保障，總體來看，智慧農(nóng)業(yè)的運營按照如圖1所示的步驟開展。一是進行生產(chǎn)信息的采集工作，包括農(nóng)田實時信息、農(nóng)機裝備位置信息、基礎(chǔ)設(shè)施的運行情況、氣象條件信息等眾多原始信息，并將其進行匯總；二是將收集到的信息進行數(shù)據(jù)傳輸，并由數(shù)據(jù)處理中心的相關(guān)程序進行數(shù)據(jù)接收和存儲；三是針對收集到的信息進行分類、分析，并根據(jù)預(yù)設(shè)程序?qū)Ρ壬上鄳?yīng)的決策方案，對比云數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)庫，對于決策方案的可行性進行驗證或優(yōu)化；四是決策中心將可行性方案進行輸出，并通過通信系統(tǒng)傳達給執(zhí)行機構(gòu)，執(zhí)行機構(gòu)接收到指令后，執(zhí)行相應(yīng)的工作方案，并將執(zhí)行的效果反饋給數(shù)據(jù)中心進行驗證及儲存[2]。

圖1 智慧農(nóng)業(yè)的實施流程

2 智慧農(nóng)業(yè)對農(nóng)機技術(shù)產(chǎn)生的影響

2.1 向精確性方向發(fā)展

我國現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)機械化作業(yè)受到傳統(tǒng)生產(chǎn)模式的制約，存在著明顯的粗放型特征，農(nóng)業(yè)機械的功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計也缺乏精確性和嚴(yán)謹(jǐn)性，而農(nóng)業(yè)機械作為智慧農(nóng)業(yè)實施的執(zhí)行者，在沒有人力干涉的條件下進行工作，必須要具有更高的作業(yè)精確性，這有利于生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)有序銜接，還有利于精確的產(chǎn)量判斷、病蟲害預(yù)防和其他田間管理工作[3]。

2.2 向自動化方向發(fā)展

目前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的大多數(shù)農(nóng)機裝備仍對駕駛?cè)藛T存在著較大的依賴性，實際的作業(yè)效果受操作人員技術(shù)的影響較大，生產(chǎn)過程中駕駛?cè)藛T既需要作業(yè)，又需要檢查工作質(zhì)量，又需要防范農(nóng)機故障，還要負(fù)責(zé)機具的保養(yǎng)。這說明盡管目前我國的農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品有效替代了傳統(tǒng)的人力作業(yè)模式，但在高度自動化方面還有很大的發(fā)展空間，而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械的自動化是向農(nóng)機智能化發(fā)展的必由之路。

2.3 向高可靠性方向發(fā)展

從農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)的實際情況來看，農(nóng)業(yè)機械的故障率在機械產(chǎn)品中位于較高的行列，這一方面是由于農(nóng)機的作業(yè)環(huán)境和工作量大引起的，另一方面也是農(nóng)民這一群體對機械產(chǎn)品的使用維護不合理造成的。智慧農(nóng)業(yè)實施不僅要求農(nóng)機裝備加強對外界環(huán)境的感知能力，而且需要通過多種傳感器監(jiān)測農(nóng)機內(nèi)部的工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)農(nóng)機工作形式的合理性提高，以及異常工作狀態(tài)的及時調(diào)整，減少了農(nóng)機故障問題的產(chǎn)生。

2.4 向更高效率方向發(fā)展

為滿足智慧農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)要求，農(nóng)業(yè)機械化作業(yè)的各個工序利用控制程序進行銜接，各個工序之間的農(nóng)機作業(yè)特性實現(xiàn)有效匹配，從而實現(xiàn)一系列的機械化連續(xù)作業(yè)，有效減少傳統(tǒng)機械化生產(chǎn)中各個工序銜接所浪費的時間。同時為提高機械操控的便捷性，減少生產(chǎn)的無用工序，農(nóng)業(yè)機械將進一步實現(xiàn)功能集成化。例如，現(xiàn)階段應(yīng)用較多的聯(lián)合整地機和播種施肥聯(lián)合作業(yè)機，也可進行再次整合，形成耕整地與播種施肥的聯(lián)合作業(yè)機，使生產(chǎn)效率實現(xiàn)進一步提高[4]。

3 智慧農(nóng)機的典型應(yīng)用

3.1 自動行駛作業(yè)的農(nóng)機

近年來，很多地區(qū)紛紛建立了智慧農(nóng)業(yè)示范區(qū)，展示最新的智能農(nóng)機產(chǎn)品，而其中最典型的就是可以自動行駛的輪式作業(yè)機具，例如智能拖拉機、智能插秧機、智能整地機、智能噴藥機、智能播種機等，這些機具利用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)、圖像識別技術(shù)、傳感器技術(shù)等，實現(xiàn)了指定農(nóng)田區(qū)域的自動行駛作業(yè)，實現(xiàn)了無人操作情況下的全自動作業(yè)。這一技術(shù)的實施主要是在現(xiàn)階段的先進農(nóng)機裝備上設(shè)計自動轉(zhuǎn)向、自動換擋和導(dǎo)航自動控制等裝置，已經(jīng)基本能實現(xiàn)全程智能化作業(yè)的要求。但知識普及范圍和建設(shè)成本仍比較高，技術(shù)的廣泛應(yīng)用還需要較長時間[5]。

3.2 變量智能灌溉機械

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)灌溉對于水資源的利用率不高，灌溉過程存在著較嚴(yán)重的浪費問題，在現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，通過土壤濕度傳感器的組網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)耕地不同位置土壤含水率的實時獲取，以便于根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)有針對性地增減不同耕地位置的灌溉用水量，并實現(xiàn)土壤缺水自動灌溉的效果，有效優(yōu)化農(nóng)作物生長的土壤環(huán)境。

3.3 智慧大棚技術(shù)

由于大棚的生產(chǎn)環(huán)境較好，具有良好的封閉性和可控性，因此，近年來先進的智慧大棚在我國很多地區(qū)得到了有效應(yīng)用，智慧大棚中布置有光線傳感器、溫濕度傳感器、視像監(jiān)控器等眾多傳感器和信息獲取設(shè)備，能夠?qū)Υ笈飪?nèi)部的信息進行有效收集并傳輸?shù)絇LC終端進行分析，然后根據(jù)分析結(jié)果進行大棚的溫度、通風(fēng)、灌溉、噴霧等調(diào)節(jié)，使大棚內(nèi)部始終保持最適宜的生長條件，提高大棚作物的品質(zhì)和實際產(chǎn)量。

3.4 智能機器人技術(shù)

智能農(nóng)業(yè)機器人是基于現(xiàn)代機器人技術(shù)制造的農(nóng)機產(chǎn)品，其能夠自主感知農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和環(huán)境變化情況，并具有視覺和邏輯思維等能力的全自動化農(nóng)機設(shè)備，現(xiàn)階段大多數(shù)的機器人技術(shù)還處在試驗和開發(fā)過程，很多新型的機器人技術(shù)已經(jīng)可以實現(xiàn)果蔬自動采摘、農(nóng)產(chǎn)品自動轉(zhuǎn)移等功能，在未來具有較大的應(yīng)用空間。