基于智能化的農(nóng)業(yè)機(jī)械工程自動化研究

費(fèi)縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局 王素敏

農(nóng)業(yè)機(jī)械工程自動化是提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平的基本條件，是實(shí)現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化目標(biāo)的基本實(shí)現(xiàn)載體。在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程自動化體系中，合理應(yīng)用智能化技術(shù)，不僅能夠有效提升自動化系統(tǒng)運(yùn)行水平，還能夠推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式根本變革，為我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，解決三農(nóng)問題，實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興奠定良好基礎(chǔ)。

1 農(nóng)業(yè)機(jī)械工程智能化的概念和意義

1.1 農(nóng)業(yè)機(jī)械工程智能化的概念

農(nóng)業(yè)機(jī)械是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本載體，基于工程自動化技術(shù)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中，不僅能夠有效節(jié)約勞動力，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，還能夠提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)核心競爭力，推動農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不斷提升。農(nóng)業(yè)機(jī)械工程智能化是指在自動化技術(shù)基礎(chǔ)上，通過智能化技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，使得機(jī)械在生產(chǎn)作業(yè)中，能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)場景的智能化識別，更加精準(zhǔn)地辨識作業(yè)對象，能夠?qū)ψ鳂I(yè)流程進(jìn)行智能化設(shè)計，最終達(dá)到以人類思維模式進(jìn)行生產(chǎn)活動的新型技術(shù)體系[1]。在當(dāng)前人工智能高速發(fā)展背景下，農(nóng)業(yè)機(jī)械工程智能化在技術(shù)上已經(jīng)具備發(fā)展和應(yīng)用基礎(chǔ)，但是受制于社會經(jīng)濟(jì)等因素限制，整體智能化水平還有待提升。

1.2 農(nóng)業(yè)機(jī)械工程智能化的意義

自動化和智能化都是人類社會技術(shù)發(fā)展中具有里程碑意義的技術(shù)體系，對推動社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著顯性的促進(jìn)作用。在實(shí)際應(yīng)用中，自動化和智能化是相互關(guān)聯(lián)而又截然不同的技術(shù)體系，二者在工業(yè)領(lǐng)域和科技領(lǐng)域已經(jīng)有較為成熟的結(jié)合應(yīng)用體系。但是受制于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)傳統(tǒng)模式和經(jīng)濟(jì)效益等方面因素影響，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系中的結(jié)合應(yīng)用還處于起步階段，發(fā)達(dá)國家在這方面的研究和應(yīng)用相對較為成熟，近些年來，我國在這方面的研發(fā)投入也不斷增加，而農(nóng)業(yè)機(jī)械由于具備農(nóng)業(yè)應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)的雙重特征，成為農(nóng)業(yè)智能化發(fā)展的重要突破點(diǎn)。在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程自動化體系中，合理導(dǎo)入智能化技術(shù)，能夠有效提升農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)的可靠性、安全性，有效提升整體作業(yè)的科學(xué)性、合理性，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中人力資源投入，有效解決農(nóng)村勞動力緊缺問題[2]。通過智能化技術(shù)的應(yīng)用，還能夠從根本上改變我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，滿足新時期鄉(xiāng)村振興背景下農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系變革的新型要求。從這些方面而言，推動農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化發(fā)展，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的根本趨勢，是確保新時代社會主義建設(shè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要基礎(chǔ)。

2 智能化在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程自動化中的應(yīng)用形式

2.1 在生產(chǎn)計劃制定中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，主要是以粗放式管理模式為主，農(nóng)民和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主體在制定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)計劃時，主要是以市場和技術(shù)的感性分析為基本導(dǎo)向，由此造成種植項(xiàng)目選擇與市場和社會需求產(chǎn)生偏差，甚至對生產(chǎn)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生負(fù)面影響。利用人工智能技術(shù)搭建農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)劃模型，對區(qū)域范圍內(nèi)或特定作物類型歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行全面采集，在完成智能化學(xué)習(xí)和模型優(yōu)化后，不僅能夠及時、準(zhǔn)確、便捷地查詢所需要的作物信息，給出精準(zhǔn)的分析報告，還能夠?qū)ψ魑锓N植和市場需求情況進(jìn)行預(yù)測[3]。以此對種植戶和種植企業(yè)進(jìn)行指導(dǎo)，能夠更好地提升相關(guān)資源利用效率，提升作物種植水平，更好地促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展，全面提升農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 在灌溉栽培管理中的應(yīng)用

灌溉栽培管理是農(nóng)作物生長質(zhì)量控制的重要因素，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系中，灌溉栽培管理方面的機(jī)械自動化水平極為有限，在灌溉作業(yè)時，水資源浪費(fèi)現(xiàn)象較為明顯，不僅對農(nóng)作物生長造成影響，同時會對周邊生態(tài)環(huán)境保護(hù)造成負(fù)面影響。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理精細(xì)化、生態(tài)化要求不斷提升背景下，利用遙感監(jiān)測技術(shù)，能夠更加直接、準(zhǔn)確地監(jiān)測土壤情況和農(nóng)作物生長情況，結(jié)合傳感器所采集的數(shù)據(jù)，能夠在智能化平臺中，對農(nóng)作物灌溉需求進(jìn)行智能分析，由系統(tǒng)自動調(diào)控灌溉量和灌溉時段，實(shí)現(xiàn)對灌溉作業(yè)的動態(tài)管理。以此不僅能夠有效降低生產(chǎn)管理人員勞動強(qiáng)度，還能夠達(dá)到種植質(zhì)量控制和環(huán)境保護(hù)的目的。同時，在農(nóng)作物病蟲害防治方面，智能化技術(shù)在相關(guān)設(shè)備中也具有較為廣泛的應(yīng)用，利用環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和智能中樞平臺的數(shù)據(jù)處理，能夠給出更為精準(zhǔn)的病蟲害防治方案。在部分農(nóng)業(yè)企業(yè)管理中，還出現(xiàn)農(nóng)業(yè)病蟲害防治機(jī)器人，在中臺給出作業(yè)要求后，由機(jī)器人自動噴灑農(nóng)藥，達(dá)到更高水平的智能化作業(yè)，更好地開展農(nóng)作物保護(hù)工作。

2.3 在農(nóng)作物收獲環(huán)節(jié)的應(yīng)用

在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理體系中，農(nóng)作物收獲環(huán)節(jié)機(jī)械化水平雖然相對較高，但是在具體作業(yè)過程中，依然需要投入大量人力物力資源，尤其是在水果產(chǎn)業(yè)中，多數(shù)水果在收獲完成后，還需要進(jìn)行二次分揀處理，對農(nóng)戶和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益造成影響[4]。在收割機(jī)械自動化控制基礎(chǔ)上，加入智能化控制程序，利用視覺技術(shù)將農(nóng)作物的顏色、形狀及大小等進(jìn)行精準(zhǔn)分類，機(jī)械設(shè)備能夠在收獲過程中，根據(jù)農(nóng)作物的成熟狀況和分類要求進(jìn)行自動分揀，以此有效減輕人力投入，更好地提升收獲作業(yè)效率，為提升作物經(jīng)濟(jì)效益水平奠定良好基礎(chǔ)。

2.4 在農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)導(dǎo)航中的應(yīng)用

在農(nóng)作物耕種、除草、病蟲害防治及收獲過程中，更多的新型設(shè)備不斷應(yīng)用于生產(chǎn)作業(yè)流程，有效提升整體機(jī)械化水平。但是受到地塊條件限制，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備在作業(yè)過程中，無法達(dá)到精準(zhǔn)化控制的目的，多數(shù)機(jī)械設(shè)備還需要人工操作，使得作業(yè)效率難以滿足生產(chǎn)管理要求。利用全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)和智能化技術(shù)的結(jié)合，能夠?qū)r(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場影像進(jìn)行還原處理，能夠自動繪制現(xiàn)場作業(yè)圖像，并根據(jù)智能化分析結(jié)果，對機(jī)械設(shè)備運(yùn)行路線進(jìn)行自動導(dǎo)航，從而更好地提升作業(yè)效率和作業(yè)精準(zhǔn)度[5]。農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化導(dǎo)航系統(tǒng)在大型農(nóng)場作業(yè)中，具有良好的應(yīng)用前景，也成為我國農(nóng)業(yè)機(jī)械工程自動化技術(shù)研究的主要方向，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式變革奠定良好基礎(chǔ)。在未來發(fā)展中，隨著智能化技術(shù)水平的進(jìn)一步提升，農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化運(yùn)行將成為主要的耕作管理模式。

2.5 在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測不僅是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的重要環(huán)節(jié)，更是涉及消費(fèi)者身心健康的重要影響因素。在我國農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測體系中，主要還是以抽樣檢測為主，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備使用范圍受到限制，對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量管理造成明顯影響。依托智能化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建完善的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測體系，從農(nóng)產(chǎn)品種植階段入手，就由相應(yīng)的傳感設(shè)備自動采集肥料、農(nóng)藥和管理方面的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入智能化管理中臺。在農(nóng)產(chǎn)品銷售流通環(huán)節(jié)，結(jié)合二維碼技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對質(zhì)量控制的全過程追溯，在出現(xiàn)質(zhì)量問題時，能夠在智能化系統(tǒng)中準(zhǔn)確分析問題出現(xiàn)的環(huán)節(jié)，從而為農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量控制奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。

3 智能化在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程自動化應(yīng)用中的問題

3.1 人工智能技術(shù)相對較為滯后

將智能化技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械工程自動化體系中，需要高水平的智能化技術(shù)作為支撐，需要精準(zhǔn)算法作為基礎(chǔ)。但是在當(dāng)前人工智能技術(shù)研究體系中，多數(shù)技術(shù)研究主要是針對高科技產(chǎn)業(yè)和工業(yè)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)，專門針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求開發(fā)的人工智能技術(shù)相對較為缺失。而農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)行體系中，需要處理的地塊信息、農(nóng)作物信息和自然環(huán)境信息較為復(fù)雜，需要人工智能算法具有較高的算力，由此使得農(nóng)業(yè)機(jī)械工程自動化控制體系中，智能化技術(shù)水平還無法滿足多數(shù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場景要求，數(shù)據(jù)處理還不夠精確，使得機(jī)械設(shè)備自動化控制中會出現(xiàn)多方面問題，由此對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精度造成影響。同時，人工智能快速發(fā)展過程中，還沒有形成各個行業(yè)應(yīng)用的規(guī)范體系，使得人工智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，對技術(shù)推廣也造成不同程度負(fù)面影響。

3.2 智能化體系建設(shè)成本較高

我國是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，不同地區(qū)農(nóng)作物種植種類有較大差異，所需要的機(jī)械設(shè)備類型較為復(fù)雜，不同機(jī)械設(shè)備自動化水平也存在明顯差異。但是就整體而言，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益水平較之工業(yè)還有明顯差距，在智能化技術(shù)應(yīng)用成本較高的情形下，使得多數(shù)農(nóng)戶和農(nóng)業(yè)企業(yè)不愿意加強(qiáng)在智能化體系建設(shè)方面的投入[6]。同時，智能化體系研究開發(fā)還需要高技能水平人才作為支撐，但是我國高等教育體系中，人工智能專業(yè)教育相對較為滯后，能夠流向農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)律較為了解的綜合性人才明顯不足，由此使得農(nóng)業(yè)機(jī)械工程自動化體系中智能中臺及管理系統(tǒng)開發(fā)成本較高，短期經(jīng)濟(jì)效益難以體現(xiàn)出來，使得智能化技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系中的推廣應(yīng)用受到影響。

3.3 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理理念較為滯后

我國是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大國，但距離農(nóng)業(yè)強(qiáng)國建設(shè)依然有較為明顯的差距，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系中，除技術(shù)方面的影響因素外，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理理念滯后，也是影響農(nóng)業(yè)規(guī)?；l(fā)展和自動化、智能化技術(shù)推廣的主要因素。在城鎮(zhèn)化不斷發(fā)展背景下，多數(shù)農(nóng)村地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)人員主要是以中老年群體為主，對智能化技術(shù)應(yīng)用缺乏認(rèn)識基礎(chǔ)，在部分大型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)中，雖然智能化技術(shù)也在不同種類的農(nóng)業(yè)機(jī)械中有所應(yīng)用，但是整體占有量比較低，所能夠起到的影響力極為有限。落后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理理念，使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中智能化技術(shù)的推廣應(yīng)用依然需要經(jīng)歷較為漫長而復(fù)雜的過程。

4 智能化在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程自動化中的應(yīng)用趨勢

4.1 優(yōu)化智能化應(yīng)用形式

在鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略引領(lǐng)下，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)類型將會向多元化方向發(fā)展，農(nóng)業(yè)與工業(yè)、服務(wù)業(yè)的融合水平不斷提升，為農(nóng)業(yè)機(jī)械工程自動化系統(tǒng)中智能化的研究應(yīng)用提供了良好的運(yùn)行環(huán)境。在此背景下，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)緊隨時代趨勢，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化研究，優(yōu)化智能化應(yīng)用形式。例如在農(nóng)作物生長環(huán)境監(jiān)測中，應(yīng)當(dāng)充分借助傳感器技術(shù)發(fā)展優(yōu)勢，通過系統(tǒng)性建設(shè)，實(shí)時獲取溫濕度、光照和土壤信息，并結(jié)合5G技術(shù)將相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息傳輸至管理中臺，由中臺進(jìn)行智能化分析后，將分析結(jié)果傳輸至農(nóng)業(yè)管理和機(jī)械設(shè)備終端，對機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行智能化調(diào)控[7]。例如在田間施肥和雜草處理等方面，可以利用計算機(jī)視覺技術(shù)和智能化技術(shù)，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息儲存至管理中臺，并由中臺發(fā)出指令，對相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行智能化操作，同時完成數(shù)十臺甚至上百臺設(shè)備的同步控制。以此不僅能夠有效提升作業(yè)效率，還能夠通過圖像采集的形式對比農(nóng)作物生長狀態(tài)，避免誤操作對作物正常生長造成影響。

通過農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化運(yùn)行模式的構(gòu)建，在逐步改變農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)運(yùn)行模式的同時，還能夠逐步改變農(nóng)民和農(nóng)業(yè)企業(yè)對智能化作業(yè)模式的認(rèn)知，逐步接受和應(yīng)用智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)方式，通過技術(shù)應(yīng)用全面提升農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益水平，為我國農(nóng)業(yè)強(qiáng)國建設(shè)奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。

4.2 強(qiáng)化作業(yè)人員素質(zhì)培養(yǎng)

強(qiáng)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員綜合素質(zhì)培養(yǎng)，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械工程由落后生產(chǎn)方式向智能化方向轉(zhuǎn)變的重要基礎(chǔ)。這方面工作開展需要注意如下方面要點(diǎn)：一是在智能化系統(tǒng)開發(fā)中，要能夠遵從我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的一般特征，結(jié)合當(dāng)前移動終端應(yīng)用，對操作模式進(jìn)行優(yōu)化，盡量提升智能化技術(shù)應(yīng)用的便利性，減少由于誤操作或操作不當(dāng)對農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)行造成的影響。二是在農(nóng)技部門技術(shù)推廣工作中，要逐步加強(qiáng)智能化技術(shù)應(yīng)用方面的培訓(xùn)，從農(nóng)業(yè)機(jī)械工程技術(shù)較為發(fā)達(dá)，應(yīng)用基礎(chǔ)條件較好的地區(qū)入手，逐步加強(qiáng)農(nóng)業(yè)機(jī)械和技術(shù)方面的推廣力度，使農(nóng)戶和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)更加主動地接受智能化機(jī)械，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理水平提升奠定良好基礎(chǔ)。再次是要結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特征，逐步構(gòu)建具有特色、適用性的農(nóng)業(yè)機(jī)械工程智能化發(fā)展規(guī)范，為相關(guān)技術(shù)研究和推廣應(yīng)用提供規(guī)程參考，有效提升智能化應(yīng)用水平。

4.3 拓展智能化應(yīng)用場景

結(jié)合鄉(xiāng)村振興項(xiàng)目實(shí)施需要，全面拓展智能化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程自動化中的應(yīng)用水平，是未來重要的發(fā)展趨勢。例如在農(nóng)業(yè)與旅游業(yè)相結(jié)合的鄉(xiāng)村旅游項(xiàng)目中，就可以搭建覆蓋農(nóng)作物選種、種植、管理、采收、加工、消費(fèi)等全流程的智能化管理體系，將游客在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的所有活動，以數(shù)據(jù)形式記錄下來，由智能管理中臺定期向游客推送作物生長和管理信息，由此不僅能夠提升游客的參與水平和黏性，還能夠更好地提升旅游項(xiàng)目運(yùn)行水平，有效提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)水平。

5 結(jié)語

智能化時代背景下，農(nóng)業(yè)機(jī)械工程自動化體系不僅對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理模式優(yōu)化具有重要的推動作用，還是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式變革的基本驅(qū)動力量，因此對相關(guān)技術(shù)部門而言，必須從自身理念革新入手，認(rèn)識到智能化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程建設(shè)中的作用，對技術(shù)應(yīng)用模式進(jìn)行優(yōu)化，推動我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式不斷變革，為我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到積極有效的促進(jìn)作用。