農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

溫永濤

（河南技師學(xué)院，河南 鄭州 450007）

1 農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)

1.1 機(jī)器視覺技術(shù)

實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展，推動(dòng)農(nóng)產(chǎn)品自動(dòng)化高效生產(chǎn)，首先要實(shí)現(xiàn)的就是精確定位作業(yè)目標(biāo)，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域，可以監(jiān)測(cè)作物的生長發(fā)育、病蟲害以及外界環(huán)境等情況[1]。該技術(shù)所確定的指標(biāo)涵蓋范圍廣泛，不僅能夠判斷農(nóng)作物表面的生長狀況和數(shù)量，還能夠?qū)ψ魑锼诘氐淖匀画h(huán)境情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如土壤的覆蓋情況等。要全面地了解糧食作物的生長情況，需要利用這種方法充分地對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行監(jiān)測(cè)。機(jī)器視覺技術(shù)具有較為全面的功能，不僅能對(duì)作物的外形特征進(jìn)行模擬描述，還能詳細(xì)地對(duì)作物的紋理等情況進(jìn)行檢索，以此獲得有效信息，助力種植戶了解和掌握作物生長的全過程，以便后續(xù)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)做到有效管理。目前，機(jī)器視覺技術(shù)已在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程中得到廣泛應(yīng)用，如工作人員運(yùn)用該技術(shù)對(duì)作物的果實(shí)和葉片展開實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦出現(xiàn)缺水，即可下達(dá)補(bǔ)水的指令，以此來確保作物的健康生長。如果機(jī)器視覺技術(shù)與AI技術(shù)相結(jié)合，二者的聯(lián)合使用，能輔助機(jī)器人對(duì)作物的幼苗與雜草進(jìn)行區(qū)別，以此來幫助機(jī)器人更高效地除草、種植農(nóng)作物等。

1.2 專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)與相關(guān)軟件結(jié)合形成的一個(gè)新型知識(shí)系統(tǒng)，將專業(yè)的農(nóng)產(chǎn)品判斷和栽培等有關(guān)的知識(shí)全面記錄和匯集，方便農(nóng)業(yè)工作者掌握和運(yùn)用。專家系統(tǒng)所存儲(chǔ)的農(nóng)業(yè)知識(shí)可以解決一系列的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題，同時(shí)還能達(dá)到宣傳與推廣農(nóng)業(yè)知識(shí)的效果[2]。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式中，農(nóng)戶只能通過作物的莖葉、生長習(xí)性、分布區(qū)域等來分辨作物的種類，分辨作物種類的準(zhǔn)確性得不到有效保證，要做到有效識(shí)別，需要有多年的種植經(jīng)驗(yàn)和觀察力，花費(fèi)的時(shí)間和精力較多，而采用圖像掃描、比較，然后通過專家系統(tǒng)對(duì)其做出判別，即可識(shí)別作物的品種。

1.3 數(shù)據(jù)融合技術(shù)

數(shù)據(jù)融合技術(shù)產(chǎn)生于在20世紀(jì)70年代，它是一種多傳感器信息融合技術(shù)，旨在實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域的信息整合與管理，并通過對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位的處理分析，從而產(chǎn)生出新的可用信息內(nèi)容，這一類信息內(nèi)容的獲得通常不能僅僅依賴單個(gè)傳感器，而需要多方位、深層次的大數(shù)據(jù)作為支撐。隨著時(shí)代的發(fā)展，信息融合技術(shù)逐步由軍事領(lǐng)域向其他領(lǐng)域拓展，已成為許多行業(yè)使用的信息技術(shù)之一。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用，相關(guān)科研人員應(yīng)積極了解相關(guān)的前沿科學(xué)技術(shù)，并根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際加以研究，從而實(shí)現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中對(duì)數(shù)據(jù)融合技術(shù)的合理應(yīng)用。為提高農(nóng)業(yè)科技的準(zhǔn)確性，須利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)開展更加廣泛的探索[3]。通過數(shù)據(jù)融合技術(shù)能夠?qū)τ绊懠Z食作物產(chǎn)量的諸多要素，如對(duì)自然資源、氣候狀況、土地狀態(tài)等要素做出判斷，賦予主控人員更加準(zhǔn)確、快捷的信息平臺(tái)以及更加簡單易懂的算式方法，讓主控人員可以做出更加精確的判斷，由此推動(dòng)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化發(fā)展。

2 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)

2.1 農(nóng)業(yè)機(jī)械中自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用

自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用原理，是把視覺技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械控制系統(tǒng)，再通過其技術(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的定位并收集對(duì)應(yīng)的目標(biāo)，然后再由控制中心發(fā)布控制指令，最后通過機(jī)械手來完成自動(dòng)收割，以實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)[4]。自動(dòng)化控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也有一些傳統(tǒng)機(jī)器，如谷物收割機(jī)、割曬機(jī)、收獲機(jī)等，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，這些傳統(tǒng)機(jī)器難以滿足農(nóng)業(yè)發(fā)展需求，不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平的提高?，F(xiàn)階段，農(nóng)機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中已被廣泛應(yīng)用，如現(xiàn)代大型聯(lián)合收割機(jī)可以利用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)完成收割、烘干、脫粒等操作，從而實(shí)現(xiàn)一體化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展，有助于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，自動(dòng)控制技術(shù)已被用于收割玉米、花生、蘋果、橙子和西紅柿等經(jīng)濟(jì)作物。

2.2 自動(dòng)化控制技術(shù)在無土栽培中的應(yīng)用

無土栽培不是用土壤栽培植物，而是用一些營養(yǎng)液來培育植物。無土栽培突破了傳統(tǒng)種植的局限性，并且通過利用營養(yǎng)液能夠?qū)崿F(xiàn)靈活調(diào)節(jié)和重復(fù)運(yùn)用的效果。在具體栽培中，通過添加營養(yǎng)成分來控制農(nóng)作物的生長，無土栽培具有管理便利等多種特點(diǎn)，因此，其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。自動(dòng)化控制技術(shù)被應(yīng)用于無土栽培中，主要是利用中央控制系統(tǒng)對(duì)整個(gè)栽培系統(tǒng)的作物生長情況實(shí)現(xiàn)全面的監(jiān)督與控制。不同種類的植株在發(fā)育過程中需要不同的養(yǎng)分種類與數(shù)量。在不同的生長環(huán)境下，有效控制植株的生長發(fā)育情況，需要依靠專業(yè)系統(tǒng)和相關(guān)自動(dòng)控制技術(shù)的支持，以此采集、分析和管理有關(guān)信息[5]。在無土栽培自動(dòng)化控制體系中，必須優(yōu)化各子系統(tǒng)的功能模塊，其中重點(diǎn)涉及自動(dòng)化控制程序的優(yōu)化應(yīng)用、圖像識(shí)別與大數(shù)據(jù)分析水平的提升、智能計(jì)算機(jī)程序的高效管理等。

2.3 自動(dòng)化控制技術(shù)在節(jié)水灌溉中的應(yīng)用

隨著科技的發(fā)展，農(nóng)作物用水已經(jīng)可以采用節(jié)水灌溉方式，在有效解決作物用水問題的基礎(chǔ)上，能更高效地節(jié)約地下水資源。農(nóng)業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)在當(dāng)前農(nóng)作物節(jié)水灌溉領(lǐng)域得到了有效應(yīng)用，它主要是通過使用中央控制臺(tái)、電子負(fù)壓計(jì)、土壤水分傳感器、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等設(shè)備建立農(nóng)業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，利用感應(yīng)器檢測(cè)土地含水率，進(jìn)而按照規(guī)定的閾值進(jìn)行分析與計(jì)算，最后再由中央監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行判斷，并發(fā)出控制指令，從而完成對(duì)灌溉裝置的自動(dòng)化管理。當(dāng)通過土壤水分傳感器傳輸給控制系統(tǒng)的信息達(dá)到灌溉要求時(shí)，灌溉裝置將立即停止運(yùn)行[6]。所以，自動(dòng)控制技術(shù)在節(jié)水灌溉上的運(yùn)用可以顯著提高農(nóng)田灌溉水利用率，同時(shí)還能提高農(nóng)作物產(chǎn)量。

2.4 自動(dòng)化控制技術(shù)在溫室大棚中的應(yīng)用

溫室大棚作為一種農(nóng)業(yè)先進(jìn)生產(chǎn)方式，可以顯著縮短作物的生長周期，同時(shí)大大提高作物的生產(chǎn)質(zhì)量與效率。由于溫室大棚能夠控制作物的生長環(huán)境，而且能夠在不適于作物生長發(fā)育的季節(jié)進(jìn)行栽培，給作物提供更適宜的生長發(fā)育環(huán)境，可提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。由于溫室大棚管理?xiàng)l件相對(duì)復(fù)雜，對(duì)自動(dòng)化控制技術(shù)的使用要求也很高。自動(dòng)化控制技術(shù)在溫室大棚中的運(yùn)用，主要表現(xiàn)在空氣濕度照明控制系統(tǒng)、溫度控制器、供水系統(tǒng)、照明控制系統(tǒng)等領(lǐng)域。在溫室大棚的自動(dòng)化管理上，通過利用計(jì)算機(jī)控制中心對(duì)各種系統(tǒng)的有關(guān)信息進(jìn)行收集與分析，以便于對(duì)大棚內(nèi)的氣溫、濕度、日照、CO2含量等情況做出有效控制，并針對(duì)這些信息制定科學(xué)合理的調(diào)控措施，給作物提供良好的生長發(fā)育環(huán)境，進(jìn)而取得較好的生產(chǎn)效益[7]。另外，從溫室大棚自動(dòng)化管理中收集的各種數(shù)據(jù)，可以為今后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理工作提供更加可信的依據(jù)。

2.5 自動(dòng)化控制技術(shù)在收割機(jī)械中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的收割機(jī)械一般是谷物收割機(jī)，分為收割機(jī)、割曬機(jī)、脫粒機(jī)等幾個(gè)種類。近年來，針對(duì)番茄、卷心菜、西瓜、柑橘、蘋果等農(nóng)產(chǎn)品的收割機(jī)械也逐步應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。這些收割機(jī)械利用機(jī)器視覺技術(shù)來對(duì)收集目標(biāo)做出分析判斷，在找到總體目標(biāo)后，自動(dòng)控制器會(huì)發(fā)送指令，指導(dǎo)機(jī)械手完成農(nóng)產(chǎn)品收割工作。這項(xiàng)科技能夠大大降低農(nóng)戶的勞作強(qiáng)度，同時(shí)提高農(nóng)產(chǎn)品收割速度，確保農(nóng)產(chǎn)品第一時(shí)間被收割下來后可加以管理、流入市場(chǎng)售賣，對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式具有革命性的影響[8]。

3 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的發(fā)展策略

3.1 促進(jìn)機(jī)械設(shè)備改造

科技是第一生產(chǎn)力，可以帶動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的改造與升級(jí)。為了推進(jìn)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化建設(shè)的進(jìn)程，必須加大對(duì)機(jī)械設(shè)備的技術(shù)創(chuàng)新。一方面，政府相關(guān)機(jī)構(gòu)應(yīng)該提供技術(shù)協(xié)同合作平臺(tái)，使農(nóng)業(yè)機(jī)械相關(guān)的科研院校、農(nóng)機(jī)生產(chǎn)公司、農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)公司等單位參與其中，進(jìn)一步加強(qiáng)農(nóng)業(yè)科技交流，從而全方位地提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的技術(shù)含量，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合的農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新機(jī)制；另一方面，為了加強(qiáng)對(duì)農(nóng)機(jī)生產(chǎn)專業(yè)人才的培訓(xùn)，有關(guān)院校和公司可積極舉辦實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，使相關(guān)工作人員可以到農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)熟悉地理狀況、工藝流程，從而在機(jī)械研發(fā)中更加注重機(jī)器的實(shí)用性和適用性，以加快研制中小型綜合性強(qiáng)、規(guī)格多樣、效率較高的農(nóng)業(yè)機(jī)具[9]。

3.2 提高農(nóng)民的操作水平

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化發(fā)展過程中，農(nóng)民本身的素質(zhì)也是亟須提高的方面。在大多數(shù)農(nóng)村，農(nóng)民的文化程度相對(duì)較低，對(duì)自動(dòng)化控制技術(shù)和新型農(nóng)業(yè)機(jī)械的接受能力不足。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)推廣員在普及自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)的過程中，要加強(qiáng)科學(xué)技術(shù)普及宣傳，并傳播農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化的重要價(jià)值，盡快培養(yǎng)出可以適應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化發(fā)展需要的新型農(nóng)業(yè)人才[10]?？萍纪茝V員要深入基層，向農(nóng)戶耐心、詳細(xì)地介紹農(nóng)業(yè)生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，并運(yùn)用新型機(jī)具開展現(xiàn)場(chǎng)演示，幫助農(nóng)戶熟悉和掌握新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)及相關(guān)機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用技能[11-13]。

3.3 加強(qiáng)自動(dòng)化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)可以為農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)的運(yùn)用與普及提供良好保證。做好自動(dòng)化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是一個(gè)打基礎(chǔ)、擴(kuò)需求、促增長的重大措施，需要政府相關(guān)單位增加投入，把握開發(fā)機(jī)遇，及時(shí)采用一些新型的農(nóng)業(yè)機(jī)械與自動(dòng)化控制技術(shù)，從而擴(kuò)大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的應(yīng)用范圍[14-15]。一方面，當(dāng)?shù)卣贸鼋?jīng)費(fèi)，整修鄉(xiāng)村的主要路面，為大型農(nóng)用機(jī)械設(shè)備進(jìn)入田間生產(chǎn)創(chuàng)造良好條件；另一方面，設(shè)立大型的農(nóng)業(yè)機(jī)械維修站，以便及時(shí)處理農(nóng)業(yè)機(jī)具故障，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供技術(shù)支持與保障[16-17]。

4 結(jié)語

農(nóng)業(yè)的出路在現(xiàn)代化，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的關(guān)鍵在科技進(jìn)步。將科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)中去，可以為農(nóng)業(yè)注入更強(qiáng)的推動(dòng)力。新型的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主力軍，為推動(dòng)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化與自動(dòng)化發(fā)展，政府部門和有關(guān)企業(yè)應(yīng)進(jìn)一步提高對(duì)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化進(jìn)展的關(guān)注度，共同推進(jìn)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展，推進(jìn)自動(dòng)化控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。與此同時(shí)，相關(guān)農(nóng)業(yè)部門還應(yīng)加大對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化的宣傳和推廣力度，讓廣大農(nóng)民認(rèn)識(shí)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化，因地制宜擴(kuò)大區(qū)域范圍內(nèi)的農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化應(yīng)用，助力建設(shè)精準(zhǔn)化的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。