自動化技術在農業機械化生產中的應用與發展趨勢

姜振龍

(哈爾濱市呼蘭區蓮花鎮鄉村振興發展服務中心，哈爾濱 150514)

0 引言

近年來，隨著農業機械的廣泛使用，我國的農業生產模式已經基本進入機械化時代，盡管農業生產的效率得到了顯著提升，但由于農業機械的使用對農民的依賴程度大，導致人力成本仍比較高，而且農機的作業效果受到駕駛人員技術能力的制約，使部分農機化作業的效果達不到高質量要求。從國際農機發展形勢看，自動化技術的應用顯著提高了農業機械的作業能力，能夠實現以最小的人力成本、最舒適的生產過程和最佳的生產質量完成復雜的農業生產任務。因此，在我國現階段農機化實施基礎上，進一步提升農機生產的自動化程度，有利于促進農業機械化生產向更科學方向進步。

1 農機自動化發展情況

農業機械的大量使用使農民經營生產的收益也不斷增加，經濟能力的提升使農民有能力購置更加先進的農機裝備，以便于進一步提高生產效率，降低經營成本，從而獲得更高的收益。得益于我國經濟和科學技術的快速發展，農業機械的自動化技術近年來得到了明顯的提升，農機購置補貼政策和生產作業補貼政策的實施使更多先進的農業機械被購買與使用，例如糧食自動烘干設備、農業生長檢測設備的使用量都得到了明顯提升。與此同時，我國各地的農機管理部門紛紛結合地區特點建設了現代化的農機智慧平臺，進一步提高了農機自動化的應用效果與合理性，使農機自動化設備的發展趨于穩定。

2 影響農機自動化發展的因素

盡管現階段農業機械化發展的整體趨勢良好，但在先進技術應用和推廣過程中仍存在較多的不利因素，限制了先進的自動化技術與農機產品的快速普及。

(1) 生產經營形勢產生的限制。由于現階段我國農業生產仍以小規模經營為主，集中生產和承包經營所占的比例仍不大，導致存在著土地連片化不良、生產面積小，從而受限于經營成本而無法引進先進的自動化農機設備，且自動化農機設備在小面積農田的作業能力也不易發揮，自動化農機裝備的示范作用不易凸顯。

(2) 農業機械的技術能力不足。由于我國農業機械化發展時間相對較短，農業機械產品本身的成熟度不足，很難與先進的自動化技術相匹配。同時，很多農業機械廠家在自動化技術上研究與應用能力不足，或是對自動化技術的應用研發沒有給予足夠的重視，導致農業機械的自動化功能研發與應用緩慢，使市場上的農業機械產品長期處于技術含量低、功能落后的局面。

(3) 農業生產的基礎設施建設落后。農業機械自動化技術的實施需要很多現代化的基礎設施支持，例如GPS基站、互聯網覆蓋等，但我國很多農村地區尤其是偏遠地區和欠發達地區的農業基礎設施落后，使很多先進的自動化裝備難以應用。

3 自動化技術在農業生產中的應用

3.1 農機導航技術與自動駕駛的應用

現階段，很多農機裝備配套了衛星定位技術，使大田農業機械實現了半自動化作業，衛星導航技術能夠輔助駕駛員進行駕駛判斷，幫助提供駕駛路線規劃、行駛狀態監測等功能，有利于農業機械在大面積農田作業時按照預計的方案執行，同時能夠獲取附近其他農機的位置信息，避免作業范圍重合及農機碰撞事故的發生。對于很多新興的農機裝備，例如農業植保無人機、大棚果蔬采摘設備，衛星導航能夠實現精確定位和行駛路線控制功能，幫助實現高精度的自動化作業。以無人機為例，衛星導航技術不僅實現了植保作業按預先設計的方案路線形式實施，并能控制多組無人機同時進行無干涉的作業(如圖1所示)，同時還實現了定點懸停、斷點續噴等更多先進功能，有效提升了農機使用的便捷性。

圖1 多組無人機的無干涉自動化作業

3.2 在農機故障檢測上的應用

傳統的農業機械在參與農業生產的過程中，若出現了故障問題或零部件損壞問題，駕駛員很難及時的發現并進行處理，往往造成較大的農業機械故障而影響農業生產效率。通過故障自動檢測和診斷技術，在傳統的農機裝備關鍵工作位置布置傳感器設備，檢測農業機械工作過程中的振動、運轉頻率、溫度狀態等信息，并通過可編程控制器設置合理的參數范圍，當農業機械的某些運行參數超出正常工作范圍，會通過控制面板顯示相應的故障問題，提醒駕駛員注意可能存在的異常風險。例如，對播種機排種器排種數量進行監測，當排種數量不足時可及時檢查是否存在堵塞問題；對農機液壓系統進行溫度監測，溫度過高及時提醒駕駛員檢查是否存在散熱不良、液壓油變質等問題。

3.3 在智能大棚生產中的應用

相對于傳統的大田生產方式，大棚生產具有更好的環境可控條件，且基礎設施的配置也更全面。現階段，很多先進的自動化技術在農業大棚生產中得到了應用。例如，通過溫濕度傳感器檢測大棚內的溫濕度(如圖2所示)，從而控制通風設備、遮陽設備、灌溉設備的自動開啟與關閉，保證大棚內作物始終獲得最佳的生長環境；通過應用視覺檢測技術，能夠時時獲取農作物的生長信息，并與圖像分析處理技術結合，能快速準確地判斷農作物的健康狀態，對可能存在的病蟲害問題進行及時預警，確保農作物的產量與品質。

圖2 自動化大棚的信息獲取與顯示

3.4 在農產品后處理中的應用

近年來，農機自動化技術應用逐漸向產后農機裝備延伸，使農產品后處理機械的先進性得到了顯著提升。例如，將自動控制技術應用于谷物烘干設備，通過溫濕度傳感器感知谷物和烘干氣流的含水率，從而自動控制烘干氣流的溫度、流速變化，使谷物在無人看管下達到最佳的烘干品質；自動控制技術在果蔬產品的自動分級和檢測包裝領域也應用廣泛，利用視覺技術能夠對輸送線上存在損傷、腐爛的果蔬進行準確去除，并實現果蔬按重量、體積的自動分選，以便于通過分級銷售獲得更高的經濟效益。

4 農機自動化技術發展趨勢

(1)對現有農機裝備進行自動化功能升級。農業機械的自動化技術要實現快速的發展，不能單純依靠先進農機裝備的銷售，還應當加強對現有農機裝備的優化升級工作，通過相對更少的成本，使傳統的農機設備具備自動控制、制動檢測等功能，能實現最快速的農業生產自動化升級，并有效提高農機作業能力和生產效率。

(2)進一步與網絡化和信息化相結合。隨著高集成電路、微電腦技術逐漸向農機自動化領域應用，農業機械通過網絡和通信技術的控制能力不斷加強，農機作業逐漸擺脫單純的執行方式，而是在作業中實時獲得眾多信息數據支持，使生產過程與地形、天氣等相關信息相結合，使實際的作業能力與品質進一步提升。

(3)向農機系統化控制方向發展。隨著農機自動化程度的提升，自動化控制應不再局限于控制單一的農業機械生產作業，而是逐漸將農業生產基礎設施控制、不同工序農業機械控制進行結合，形成系統的控制形式，并逐漸向智能化方向發展。