農(nóng)機(jī)智能化技術(shù)的應(yīng)用情況與基礎(chǔ)設(shè)施需求分析

朱顯明

(黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院，黑龍江 牡丹江 157041)

0 引言

在農(nóng)業(yè)機(jī)械的快速發(fā)展推動(dòng)下，我國的農(nóng)作物產(chǎn)量和產(chǎn)出品質(zhì)得到了不斷提升，農(nóng)民經(jīng)營農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的收益也得到了較大的改善。由于近年來農(nóng)村地區(qū)的青壯年勞動(dòng)力呈現(xiàn)逐年減少的狀態(tài)，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過程對于農(nóng)業(yè)機(jī)械的依賴性更強(qiáng)，在此背景下，農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的性能、技術(shù)含量和可靠性都得到了顯著的提升，很多先進(jìn)的農(nóng)機(jī)裝備應(yīng)用了大量的自動(dòng)化技術(shù)，有效優(yōu)化了農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用狀態(tài)。從農(nóng)業(yè)的總體發(fā)展趨勢來看，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化是未來的主要方向，智慧化生產(chǎn)的實(shí)施需要大量的智能農(nóng)機(jī)裝備作為保證，而從現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況來看，農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品已經(jīng)具備了部分智能化特點(diǎn)，但整體的智能化成度和配套建設(shè)仍有較大的發(fā)展空間，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展需要先進(jìn)的科技支撐做保證，智能農(nóng)機(jī)也將成為未來農(nóng)機(jī)發(fā)展的主要方向。

1 智能農(nóng)機(jī)的應(yīng)用優(yōu)勢

智能農(nóng)機(jī)是具有環(huán)境感知、信息采集、信息處理、動(dòng)作執(zhí)行等多種智能化功能特點(diǎn)的農(nóng)機(jī)裝備，其有效整合了計(jì)算機(jī)、信息通信、電氣控制、衛(wèi)星導(dǎo)航、互聯(lián)網(wǎng)、檢測技術(shù)等眾多技術(shù)，并具有傾向于農(nóng)業(yè)的專業(yè)化和專項(xiàng)性特點(diǎn)。智能農(nóng)機(jī)裝備的特點(diǎn)是在現(xiàn)階段的農(nóng)機(jī)自動(dòng)化技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)無人化、高效化、合理化、標(biāo)準(zhǔn)化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)目標(biāo)，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的耕作、播種、施肥、植保、灌溉、采摘、收獲等行為全部通過農(nóng)業(yè)機(jī)械智能來實(shí)施。智能農(nóng)機(jī)裝備具有典型的程序化和標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)特點(diǎn)，能夠保證機(jī)具在最佳的狀態(tài)和合理的操作模式下進(jìn)行工作，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)整個(gè)過程的資源消耗、人力成本、生產(chǎn)成本顯著降低，同時(shí)環(huán)境污染、耕地退化等問題得到有效改善。智能農(nóng)機(jī)的作業(yè)優(yōu)勢具有以下幾個(gè)典型特征。

(1)智能感知與邏輯判斷。智能農(nóng)機(jī)能夠通過視覺系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)感知自己的位置、周邊環(huán)境關(guān)系和機(jī)械內(nèi)部工作狀態(tài)，并利用強(qiáng)大的信息處理和分析能力實(shí)現(xiàn)對多種數(shù)據(jù)的分析判斷，并做出決策執(zhí)行相應(yīng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方案，智能農(nóng)機(jī)的生產(chǎn)具有較高的柔性化特點(diǎn)，能夠根據(jù)環(huán)境變化、田地情況實(shí)時(shí)改變工作方案。

(2)精準(zhǔn)作業(yè)與規(guī)范實(shí)施。智能農(nóng)機(jī)可利用自身的技術(shù)優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)很多傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)無法實(shí)現(xiàn)的作業(yè)效果，例如精準(zhǔn)的勻速直線行駛、精準(zhǔn)控制往返行駛的間距、精準(zhǔn)控制農(nóng)機(jī)裝備各個(gè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)速等，且結(jié)合精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的相關(guān)要求可實(shí)施更優(yōu)質(zhì)的精量播種、變量噴藥等作業(yè)，并使各個(gè)工序的控制、操作實(shí)現(xiàn)良好配合和科學(xué)實(shí)施，有效提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化作業(yè)效果。

(3)功能整合與高效作業(yè)。先進(jìn)的智能農(nóng)機(jī)裝備不僅在傳統(tǒng)的農(nóng)機(jī)技術(shù)上進(jìn)行了智能化改進(jìn)，更具有明顯的功能集成化特點(diǎn)，能夠?qū)鹘y(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的多個(gè)臨近工序在智能農(nóng)機(jī)的一次性作業(yè)中完成，有效減少作業(yè)過程的時(shí)間消耗，同時(shí)農(nóng)業(yè)機(jī)械的性能顯著提高，針對不同面積的耕地合理選擇不同規(guī)格的農(nóng)機(jī)進(jìn)行作業(yè)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)資源的最佳匹配，同時(shí)農(nóng)業(yè)機(jī)械的故障率顯著降低，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的工作效率得到大幅提升。

(4)生產(chǎn)安全與節(jié)能環(huán)保。智能農(nóng)機(jī)配套的監(jiān)測技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對農(nóng)機(jī)自身的狀況、機(jī)具作業(yè)狀態(tài)、氣象條件和作業(yè)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)獲取的信息指導(dǎo)農(nóng)業(yè)機(jī)械及時(shí)調(diào)整作業(yè)方案，有效降低農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)過程中出現(xiàn)故障、機(jī)具損壞、質(zhì)量不佳等問題。同時(shí)由于主要以無人化生產(chǎn)為主，傳統(tǒng)生產(chǎn)過程中對于人身安全的威脅基本被消除，生產(chǎn)的安全性大幅提升。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的智能匹配減少了農(nóng)業(yè)機(jī)械的無效作業(yè)量，能源利用率明顯提高，精準(zhǔn)作業(yè)還實(shí)現(xiàn)了農(nóng)藥、化肥的精確施用，真正實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保要求。

2 智能農(nóng)機(jī)的典型應(yīng)用情況

從現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來看，智能化技術(shù)只是實(shí)現(xiàn)了局部的應(yīng)用，現(xiàn)階段的智能化應(yīng)用主要依靠在傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)裝備上加裝智能化設(shè)施來實(shí)現(xiàn)，總體的作業(yè)形式仍以農(nóng)機(jī)自動(dòng)化為主，大部分工作仍需要人工操作才能實(shí)施。但是農(nóng)業(yè)機(jī)械化的快速發(fā)展為智能農(nóng)機(jī)的研究和開發(fā)奠定了基礎(chǔ)，使智能農(nóng)機(jī)的技術(shù)儲(chǔ)備日漸豐富，從目前的生產(chǎn)實(shí)際來看，智能農(nóng)機(jī)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。包括了農(nóng)田信息采集、農(nóng)作物生長狀態(tài)采集、農(nóng)機(jī)作業(yè)信息采集、農(nóng)田氣象信息采集，這些工作的實(shí)施主要利用衛(wèi)星定位技術(shù)、地理信息技術(shù)和遙感技術(shù)相配套，用于農(nóng)作物產(chǎn)量預(yù)測、農(nóng)作物病蟲害防治、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉時(shí)機(jī)把握、農(nóng)機(jī)作業(yè)補(bǔ)貼核算等。

(2)農(nóng)機(jī)智能行駛技術(shù)的研究和應(yīng)用?，F(xiàn)階段，我國的大型農(nóng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)和農(nóng)機(jī)科研機(jī)構(gòu)對于農(nóng)機(jī)智能行駛技術(shù)的研究和應(yīng)用熱情很高，投入研究和試驗(yàn)的機(jī)型有很多種，例如智能拖拉機(jī)、水稻插秧機(jī)、聯(lián)合收獲機(jī)等，這些機(jī)具的智能化技術(shù)研究重點(diǎn)在于智能化的行走技術(shù)，利用GPS技術(shù)作為主要的定位與導(dǎo)航技術(shù)，結(jié)合圖像識別和通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的農(nóng)機(jī)行駛路線導(dǎo)航。盡管很多農(nóng)機(jī)仍在試驗(yàn)階段，但隨著各個(gè)地區(qū)對于智能農(nóng)機(jī)示范區(qū)建設(shè)的加強(qiáng)，以智能拖拉機(jī)為代表的動(dòng)力機(jī)械在導(dǎo)航、駕駛自動(dòng)控制方面已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展，并在小范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了實(shí)踐驗(yàn)證。

(3)農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能作業(yè)。現(xiàn)階段，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的具有智能化特點(diǎn)的作業(yè)方式包括了農(nóng)田智能灌溉和農(nóng)作物智能藥物噴施，其能夠根據(jù)田間的溫濕度、作物狀態(tài)和預(yù)設(shè)程序?qū)崿F(xiàn)無人監(jiān)管的智能灌溉和智能病蟲害防治，有效改善了農(nóng)作物的生長條件。同時(shí)，關(guān)于智能播種、耕整地、施肥、收獲等技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了大量的研究和試驗(yàn)，有利于未來智慧農(nóng)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

我國現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)存在著土地經(jīng)營面積小、小型落后農(nóng)機(jī)具過多、生產(chǎn)環(huán)境不固定、農(nóng)民思想認(rèn)識落后等問題，這都與農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)的快速發(fā)展十分不符，不利于農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)向智能化發(fā)展和應(yīng)用，且在智能農(nóng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)方面也存在著數(shù)據(jù)不準(zhǔn)、采集范圍小、衛(wèi)星定位準(zhǔn)確度不足等問題，使農(nóng)機(jī)的作業(yè)精度和可靠性達(dá)不到智慧農(nóng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)要求，要改善智慧農(nóng)機(jī)推廣的不利局面，需努力轉(zhuǎn)變農(nóng)民經(jīng)營農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的思想觀念，并做好農(nóng)村地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)農(nóng)田優(yōu)化組合工作。

3 實(shí)施智能農(nóng)機(jī)的基礎(chǔ)設(shè)施需求

3.1 衛(wèi)星基站的組網(wǎng)建設(shè)

目前，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的很多農(nóng)業(yè)機(jī)械所配備的衛(wèi)星定位終端存在著定位誤差大、導(dǎo)航精度不高的問題，這主要是因?yàn)樾l(wèi)星定位技術(shù)的先進(jìn)程度不足導(dǎo)致的，這與我國基層地區(qū)的衛(wèi)星定位基站的建設(shè)密度直接相關(guān)。目前來說只要農(nóng)村地區(qū)在農(nóng)田附近建設(shè)足夠的衛(wèi)星基站，農(nóng)機(jī)作業(yè)就能利用基站坐標(biāo)校正傳統(tǒng)衛(wèi)星定位的坐標(biāo)偏差，使衛(wèi)星定位和導(dǎo)航的精確度達(dá)到厘米級。

3.2 農(nóng)機(jī)行駛道路規(guī)范建設(shè)

智能農(nóng)機(jī)的作業(yè)需要良好的農(nóng)機(jī)行駛道路作為保障，現(xiàn)階段我國的基層地區(qū)僅能保證必要的交通公路建設(shè)，而田間的農(nóng)機(jī)行駛道路建設(shè)較少，部分地區(qū)甚至存在著農(nóng)機(jī)難以進(jìn)入田地的問題。智能農(nóng)機(jī)的自動(dòng)作業(yè)和無人操作的模式需要以優(yōu)良的農(nóng)田行駛道路作為保障，以此提高農(nóng)機(jī)到達(dá)指定田塊的效率和準(zhǔn)確性。

3.3 生產(chǎn)規(guī)模連片化和擴(kuò)大化

農(nóng)田的連片化經(jīng)營也是智能農(nóng)機(jī)作業(yè)的一個(gè)重要條件，由于目前小塊農(nóng)田居多，會(huì)導(dǎo)致智能農(nóng)機(jī)的作業(yè)任務(wù)量過大，且引起智能農(nóng)機(jī)趨向于小型化發(fā)展，小型農(nóng)機(jī)受到體積小的空間限制，不利于應(yīng)用和布置較多的先進(jìn)設(shè)備，且其功能和效率也遠(yuǎn)不如大型農(nóng)機(jī)，因此規(guī)模化經(jīng)營也應(yīng)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)未來發(fā)展的一個(gè)重要方向。

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