淺談精確農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)機(jī)械化智能技術(shù)的應(yīng)用

劉怡云

中圖分類號(hào)：S23文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI： 10.19415/j.cnkl.1673-890x.2021.05.088

近年來，我國農(nóng)業(yè)得到了高質(zhì)量發(fā)展，為了進(jìn)一步提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益，精確農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)機(jī)械化智能技術(shù)成為了熱門的研究方向。現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)技術(shù)的目的是把人從傳統(tǒng)的勞工生產(chǎn)中解放出來，以更高效率、更大規(guī)模的機(jī)械運(yùn)作方式進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[1]。農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化，是在現(xiàn)有機(jī)械農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步更科學(xué)、更清晰地完成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)目標(biāo)。農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化技術(shù)的應(yīng)用，是實(shí)踐可持續(xù)的有效方式，不但可以更精確地對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和反饋，還能在用水、用能等方面得到精確的控制。因此，精確農(nóng)業(yè)相農(nóng)業(yè)機(jī)械化智能技術(shù)對于我國的農(nóng)業(yè)發(fā)展有著極為重要的積極作用。

1 精確農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)機(jī)械化智能技術(shù)

精確農(nóng)業(yè)是起源于美國的一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)理念，它要求生產(chǎn)者根據(jù)空間環(huán)境設(shè)計(jì)出一套符合自然變化規(guī)律的生產(chǎn)系統(tǒng)，是對現(xiàn)代化信息技術(shù)的一種拓展運(yùn)用，而農(nóng)業(yè)機(jī)械化智能技術(shù)是建立在精確農(nóng)業(yè)上的進(jìn)一步精細(xì)度和精準(zhǔn)度控制技術(shù)[2 3。精確農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)機(jī)械化智能技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：1）通過機(jī)械和智能技術(shù)整合現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)資源，讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)變得更具有系統(tǒng)性;2）降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，機(jī)械比人工有更加嚴(yán)格和精準(zhǔn)的傳感儀器，能極其精確地控制生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)期間造成的浪費(fèi);3）提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，不同的農(nóng)作物的生長方式和生長環(huán)境有差別，人們只能粗略地對其具體生長生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行把控，而機(jī)械可以按照理論研究保證作物生長在最適宜的環(huán)境中，以最大幅度地提高生產(chǎn)效率。

精確農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)機(jī)械化智能技術(shù)是時(shí)代的必然需求，人口數(shù)量的不斷增加和人們生活水平的不斷提升，對農(nóng)作物的數(shù)量和質(zhì)量提出了新的要求。從提高作物產(chǎn)量到提升作物口感，從要求作物可食用到要求作物營養(yǎng)健康，精確農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)機(jī)械化智能技術(shù)都能滿足了人們對農(nóng)產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量等方面的多重要求。因此.研究精確農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)機(jī)械智能技術(shù)擁有著極為重要的意義和價(jià)值。

2 精確農(nóng)業(yè)的技術(shù)支撐體系

精確農(nóng)業(yè)的核心是建立一個(gè)完善的地理信息系統(tǒng)，并在此系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建一個(gè)定位、定時(shí)、定量的現(xiàn)代化農(nóng)事操作系統(tǒng)和管理系統(tǒng)一3]。精確農(nóng)業(yè)主要由10個(gè)不同的系統(tǒng)組成，分別承擔(dān)了農(nóng)業(yè)收集、生產(chǎn)、反饋和咨詢等不同的專業(yè)功能，以下對主要的3種系統(tǒng)進(jìn)行簡述。

2.1 全球定位系統(tǒng)

全球定位系統(tǒng)（ GPS）的主要作用是通過衛(wèi)星進(jìn)行實(shí)時(shí)定位和監(jiān)測。通過對地理信息的收集，獲取土地地形、地貌的特征，為機(jī)械的智能播撒、除蟲等功能提供位置技術(shù)支持。

2.2 信息采集系統(tǒng)

農(nóng)田信息由復(fù)雜的多維信息構(gòu)成，包括空氣溫濕度、光照度、土壤水分等對作物具有影響的信息因素。農(nóng)田信息采集系統(tǒng)能夠通過不同的傳感器各類信息進(jìn)行采集，以便于專家進(jìn)行分析和做jm決策。

2.3 地理信息系統(tǒng)

農(nóng)田地理信息系統(tǒng)（ GIS）是一種對所有農(nóng)田信息、地理環(huán)境等因素進(jìn)行綜合管理的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它通過對數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，解決了數(shù)據(jù)的時(shí)間差異性，可以為生產(chǎn)者或農(nóng)業(yè)專家提供時(shí)間維度上的信息對比。

3 精確農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 精確農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的精確農(nóng)業(yè)系統(tǒng)具有獨(dú)立性，每次決策前都需耍人工進(jìn)行數(shù)據(jù)的整合和處理，由于信息處理過程中處于靜態(tài)，最終的結(jié)果仍會(huì)與實(shí)際存在差異。

現(xiàn)代化的精確農(nóng)業(yè)有即時(shí)、動(dòng)態(tài)、智能等多方面的優(yōu)勢，以中科院地理科學(xué)與資源研究所2018年發(fā)布的精確農(nóng)業(yè)農(nóng)田地理信息系統(tǒng)為例，系統(tǒng)具有采集、存儲(chǔ)、處理、分析和決策等功能，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)一體化處理方案‘4]。隨著科技的進(jìn)步，諸多企業(yè)已采用“物聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”的方式進(jìn)行管理生產(chǎn)，農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)提高的數(shù)據(jù)作為支撐，對農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行遠(yuǎn)程部署，無論是監(jiān)測預(yù)警、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品溯源等都實(shí)現(xiàn)了智能化。

3.2 智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀

以目前的農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化的發(fā)展水平看，我國雖然在農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化方面取得了較大的進(jìn)展，但與部分農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還存在著巨大的差距。1）我國的農(nóng)作物種類多，各地方的自然環(huán)境差異較大，農(nóng)業(yè)機(jī)械無法滿足各類工作環(huán)境。2）GPS等系統(tǒng)利用程度低，國外已實(shí)現(xiàn)在拖拉機(jī)等機(jī)械設(shè)備上安裝GPS設(shè)備，減少重復(fù)耕作和漏耕的情況，以達(dá)到精細(xì)耕作的目標(biāo)。

但與之前相比，目前我國在農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化的研究上有了更多的公司和團(tuán)體參與，無論是作物收割方面的谷物聯(lián)合收割機(jī)，還是運(yùn)用于果園的自動(dòng)對靶噴霧機(jī)都是農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化巨大進(jìn)步的體現(xiàn)。

4 精確農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化技術(shù)的應(yīng)用前景

4.1 精細(xì)農(nóng)業(yè)

精細(xì)農(nóng)業(yè)是對農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化技術(shù)應(yīng)用的標(biāo)志性體現(xiàn)。1）從GPS技術(shù)運(yùn)用來看，我國擁有了自主的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，對于拖拉機(jī)、耕種機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械可參熙國外先進(jìn)的GPS技術(shù)應(yīng)用，使農(nóng)業(yè)耕作做到“不重不漏”，實(shí)現(xiàn)耕作的全面性[5]。2）從施肥方面來看，通過對農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化技術(shù)的應(yīng)用，從根本上扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行施肥的落后方式，確保施肥要因地制宜、因作物制宜，減少化肥浪費(fèi)，提高作物質(zhì)量。3）從節(jié)約資源來看，運(yùn)用機(jī)械進(jìn)行滴灌微灌等精確化灌溉方式，可以有效杜絕采用漫灌等方式浪費(fèi)的水資源，提高資源利用效率。精細(xì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展是提高產(chǎn)量和效益的重要途徑，傳統(tǒng)人r只能依靠經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行生產(chǎn)勞作，由于人的特異性，即使統(tǒng)一管理也無法與機(jī)械相媲美，精細(xì)耕作的實(shí)現(xiàn)需要依賴于農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化技術(shù)的普及。

4.2 專業(yè)的農(nóng)業(yè)機(jī)械廣泛參與各個(gè)環(huán)節(jié)

目前，無人機(jī)撒種、撒藥已經(jīng)被廣泛運(yùn)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，但是無人機(jī)的運(yùn)用是一種非專業(yè)的農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)用，從技術(shù)層面來看，提高了作業(yè)效率，但是對于播種、除害等方面沒有起到專業(yè)性和針對性的作用。未來的農(nóng)業(yè)，一定是播種、培養(yǎng)、采摘收割等每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)有農(nóng)業(yè)機(jī)械參與的。1）從播種方面來看，要在精細(xì)耕作的基礎(chǔ)上研發(fā)科學(xué)的播種技術(shù)，掌握作物的科學(xué)種植距離;2）在作物成長期，對于其光照、水分、土內(nèi)營養(yǎng)、病蟲害等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，通過機(jī)械改善生長環(huán)境，及時(shí)提供怍物成長所需要的各類元素;3）在采摘收割方面，傳統(tǒng)的人工收割效率低，收割量小，采用機(jī)械進(jìn)行會(huì)極大地提高收割效率，降低人工成本。

4.3 農(nóng)業(yè)智能化管理

智能化是農(nóng)業(yè)未來的發(fā)展趨勢，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為農(nóng)業(yè)智能化管理提供新的發(fā)展方向，生產(chǎn)者通過物聯(lián)網(wǎng)可以完成遠(yuǎn)程機(jī)械操控。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)者需要擔(dān)心作物的各個(gè)生長階段，對施肥、澆水、防盜等都需要花費(fèi)大量的成本和精力，而通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，生產(chǎn)者可以通過通信終端遠(yuǎn)程監(jiān)控農(nóng)田信息，確保生產(chǎn)過程中作物不會(huì)被破壞;對于發(fā)生病蟲害信息，生產(chǎn)者可以第一時(shí)間接收到產(chǎn)生原因和嚴(yán)重程度，從而有針對性地給機(jī)械下達(dá)指令，實(shí)現(xiàn)無人值守。

在作物生長生產(chǎn)期間，也會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，生產(chǎn)者可以通過大數(shù)據(jù)對作物的生產(chǎn)效益進(jìn)行分析，從而在具體的選種、栽培等方面有更具有指導(dǎo)性的數(shù)據(jù)參考指標(biāo)。智能化的農(nóng)業(yè)管理，能夠幫助生產(chǎn)者節(jié)約大量的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的監(jiān)測和控制。

4.4 機(jī)器人應(yīng)用

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，有大量重復(fù)的機(jī)械式工作，在當(dāng)下人工成本高的狀況下，未來農(nóng)業(yè)機(jī)器人將會(huì)有極大需求。目前，我國在機(jī)器人育苗、機(jī)器人嫁接等方面都有了較為成熟的機(jī)器人工作體系。相較于人工而言，機(jī)器人能適應(yīng)更多的工作環(huán)境，鐘對于如噴灑除草、除蟲藥劑等有毒作業(yè)環(huán)境有更好的適應(yīng)性。同時(shí)，機(jī)器人擁有極大的拓展性，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行改裝，利用多種傳感器對作物進(jìn)行詳細(xì)檢查，如傳統(tǒng)的病蟲害技術(shù)只能通過經(jīng)驗(yàn)和觀察來判斷果樹是否被害蟲影響，而機(jī)器人可以通過超聲波和紅外線等技術(shù)對果樹進(jìn)行內(nèi)部檢查，反饋給生產(chǎn)者。

5 結(jié)語

我國的農(nóng)業(yè)科技水平雖然距離世界頂尖水平還有著巨大差距，但精確農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化技術(shù)的應(yīng)用是我國農(nóng)業(yè)邁向現(xiàn)代化的重要途徑，也是踐行可持續(xù)發(fā)展理念的科學(xué)發(fā)展方向。精確農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化技術(shù)的發(fā)展離不開相關(guān)領(lǐng)域人才的不斷探索，農(nóng)業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)是農(nóng)業(yè)技術(shù)不斷提高的前提。對內(nèi)而言，只有農(nóng)業(yè)科技水平有了切實(shí)的發(fā)展，才能滿足人民日益增長的物質(zhì)文化需求;對外而言，只有農(nóng)業(yè)科技水平追趕上了發(fā)達(dá)國家的綜合水平，才能提高我國的綜合實(shí)力和在世界上的影響力。

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（責(zé)任編輯：趙中正）