農(nóng)業(yè)機(jī)械故障信息采集技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢簡析

賈勝云，陳嘉琪，史 可，趙金雅

（江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，212000，江蘇鎮(zhèn)江）

以大型拖拉機(jī)為代表的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械常常會(huì)產(chǎn)生一系列故障，如由四輪定位偏差產(chǎn)生的震顫故障、變速箱齒輪嚙齒不準(zhǔn)而產(chǎn)生的跳擋故障、機(jī)油管路問題產(chǎn)生的動(dòng)力不足故障等。此類故障通常會(huì)導(dǎo)致兩方面的問題，一是對農(nóng)業(yè)機(jī)械自身而言會(huì)產(chǎn)生零件的磨損、損壞，二是不能進(jìn)行精準(zhǔn)作業(yè)，作業(yè)時(shí)產(chǎn)生誤差，甚至作業(yè)不當(dāng)，對農(nóng)作物及土地造成破壞，所以對傳統(tǒng)農(nóng)用機(jī)械會(huì)定時(shí)進(jìn)行保養(yǎng)。傳統(tǒng)的保養(yǎng)措施大多是基于人的觀察與檢查，如拖拉機(jī)使用前檢查剎車、儀表盤、輪胎氣壓，同時(shí)對柴油濾芯、機(jī)油濾芯等定期檢查更換。此類故障排除的方法既費(fèi)時(shí)費(fèi)力，又對觀察者有一定的技術(shù)要求，大大增加了農(nóng)機(jī)作業(yè)的成本。與此同時(shí)，相關(guān)技術(shù)人員的觀察只是基于表象，準(zhǔn)確率不能達(dá)到百分之百，如果遺漏了一些機(jī)械故障，可能會(huì)造成相當(dāng)大的安全隱患。

缺乏先進(jìn)的農(nóng)業(yè)機(jī)械及相關(guān)技術(shù)，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械故障檢測、故障類型判斷、故障定位及故障排除等，主要采用依靠實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及他人幫助等人工方法，如觀察法、聽診法、觸測法等傳統(tǒng)簡易故障診斷手段[1]，既缺少相關(guān)依據(jù)，故障診斷的結(jié)果和真實(shí)性存在偏差，又浪費(fèi)相關(guān)資源和時(shí)間。

農(nóng)業(yè)信息采集也面臨類似的困擾，農(nóng)民獲得信息的渠道往往單一且時(shí)間漫長，信息采集技術(shù)和農(nóng)業(yè)機(jī)械結(jié)合并不緊密；或者農(nóng)民根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)判斷，會(huì)出現(xiàn)信息采集不及時(shí)、數(shù)據(jù)分析不夠科學(xué)合理甚至信息孤島和信息不對稱[2]等現(xiàn)象。

1 國內(nèi)農(nóng)業(yè)機(jī)械故障信息采集技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

第三次產(chǎn)業(yè)革命以來，伴隨著我國經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的大力發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用愈發(fā)成熟。通過應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械朝著高速、高效、大功率化的方向發(fā)展[3]，目前已有一批高精度、復(fù)雜化的農(nóng)業(yè)機(jī)械投入使用。然而由于農(nóng)業(yè)機(jī)械長期在惡劣的環(huán)境下工作，往往會(huì)產(chǎn)生故障，傳統(tǒng)的維修方法對新式農(nóng)業(yè)機(jī)械很難奏效，因此發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械故障診斷技術(shù)迫在眉睫。常見的故障信號處理方法主要有三種：時(shí)域分析法、頻域分析方法及時(shí)頻分析法[4]。常見的故障識別方法主要有以下幾種：對比分析法、數(shù)字模型分析法、故障樹分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷法、專家系統(tǒng)診斷法。故障預(yù)警方面參照汽車行業(yè)使用的OBD（車載診斷系統(tǒng)）進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)問題，即時(shí)報(bào)警。

農(nóng)機(jī)信息采集是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涵蓋多個(gè)學(xué)科與領(lǐng)域。由于早期的技術(shù)落后，我國農(nóng)機(jī)信息采集工程起步晚于發(fā)達(dá)國家，但是后來居上，發(fā)展非常迅速[5]。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展，使得農(nóng)機(jī)信息采集技術(shù)不斷豐富完善，廣泛應(yīng)用于拖拉機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械，成為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要推力。自1980 年代以來，經(jīng)過長期的實(shí)踐與完善，我國已建立專業(yè)的農(nóng)機(jī)信息采集網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，健全農(nóng)機(jī)信息采集網(wǎng)絡(luò)平臺，能夠高效穩(wěn)定地為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供相應(yīng)的技術(shù)服務(wù)支持[6]，對促進(jìn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)改造和升級、加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化和現(xiàn)代化、解決“三農(nóng)”問題、推動(dòng)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)起到了重要作用。但受到農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等因素的影響，我國農(nóng)機(jī)信息采集還存在某些方面的不足[7]。隨著國內(nèi)外農(nóng)機(jī)信息采集技術(shù)的不斷發(fā)展，相關(guān)農(nóng)業(yè)信息技術(shù)結(jié)合大數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)一體化、智能無人化的新型技術(shù)，得以發(fā)展并且應(yīng)用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。

（1）農(nóng)業(yè)傳感器技術(shù)。農(nóng)作物種類繁多，其各自采集的信號波段都不相同，適配不同種類的傳感器。通常我國使用的農(nóng)業(yè)傳感器主要是生命信息傳感器和環(huán)境信息傳感器。生命信息傳感器可以監(jiān)測作物的生理信息，例如作物含氮量、農(nóng)藥殘留量、成熟度、病蟲害等；環(huán)境信息傳感器可以監(jiān)測農(nóng)作物的生長環(huán)境，例如溫度、濕度、壓強(qiáng)、光照等。

（2）農(nóng)業(yè)智能機(jī)器人。農(nóng)業(yè)智能機(jī)器人集成了自控技術(shù)、信號處理技術(shù)、傳感器技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)，能夠代替人工進(jìn)行部分農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，提高生產(chǎn)效率。目前我國使用的農(nóng)業(yè)智能機(jī)器人主要用于農(nóng)產(chǎn)品加工與檢測、畜牧養(yǎng)殖、植物生長等領(lǐng)域。

（3）農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)依托快速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中發(fā)揮著重要的作用，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全過程，形成產(chǎn)業(yè)鏈、集約化的整體農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)由各個(gè)網(wǎng)絡(luò)子集系統(tǒng)綜合而成，一定程度上可以為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供技術(shù)支持，為生產(chǎn)效率的提高、農(nóng)作物產(chǎn)量的增加、生產(chǎn)成本的降低作出巨大貢獻(xiàn)。

2 國外農(nóng)業(yè)機(jī)械故障信息采集技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

目前數(shù)據(jù)庫開發(fā)與算法優(yōu)化、自控技術(shù)農(nóng)業(yè)化、農(nóng)業(yè)多媒體技術(shù)的運(yùn)用等新領(lǐng)域是世界農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展趨勢。美國等西方國家由于工業(yè)化發(fā)展較早，在農(nóng)業(yè)信息技術(shù)方面一直處于領(lǐng)先地位，美國是農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的領(lǐng)頭羊；日本、德國等發(fā)達(dá)國家緊隨其后；印度等發(fā)展中國家發(fā)展也較為迅速，緊跟世界的步伐[8]。

國外農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于資源環(huán)境監(jiān)測、生產(chǎn)精細(xì)管理、食品安全保障等領(lǐng)域。發(fā)達(dá)國家利用不同種類的傳感器對農(nóng)作物從施肥播種到收獲采摘的整個(gè)生長過程都進(jìn)行全方位監(jiān)測，包括溫度、濕度等信息。同時(shí)，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)這種新的技術(shù)領(lǐng)域也同步進(jìn)行研究。

從20 世紀(jì)四五十年代開始，美國、澳大利亞、英國、加拿大等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了初步農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)，到現(xiàn)在機(jī)械化水平已經(jīng)很高，體系相對成熟，因此對農(nóng)業(yè)機(jī)械故障診斷技術(shù)的研究也較早，相對比較領(lǐng)先[9]。

3 結(jié)語

隨著5G 通信技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)的不斷應(yīng)用，農(nóng)業(yè)機(jī)械更加向著智能化的方向發(fā)展，信息采集監(jiān)測裝置對智能農(nóng)業(yè)裝備來說至關(guān)重要，而以無人駕駛農(nóng)機(jī)為代表的智能農(nóng)業(yè)裝備將更加依賴于故障信息采集技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)步。