智慧農(nóng)業(yè)對(duì)農(nóng)機(jī)化發(fā)展的影響與典型技術(shù)的應(yīng)用情況

田玉萍

(同心縣農(nóng)業(yè)機(jī)械化推廣服務(wù)中心，寧夏 同心 751300)

0 引言

我國(guó)是世界農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的水平對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定影響很大，近年來(lái)我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在技術(shù)和經(jīng)營(yíng)方式上得到了很大的改善，使傳統(tǒng)的粗放型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式逐漸向著精細(xì)型農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，且隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的日益普及，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化程度得到了顯著的提升，使農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)能力得到了更好的保障。在農(nóng)業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展下，先進(jìn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)理念逐步被越來(lái)越多的人所接受，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)化也不單純集中于生產(chǎn)力的優(yōu)化，而是向著科學(xué)、環(huán)保、節(jié)能、高效、高質(zhì)的更高要求發(fā)展。智慧農(nóng)業(yè)作為世界范圍的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式變革，對(duì)我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也發(fā)生了潛移默化的影響，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了全方位的技術(shù)升級(jí)，更是對(duì)現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)提供了更合理的發(fā)展方向。

1 智慧農(nóng)業(yè)及其實(shí)施模式

智慧農(nóng)業(yè)是在精確農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的農(nóng)業(yè)新理念，其結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、遙感技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)、數(shù)據(jù)獲取技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)和智慧農(nóng)機(jī)技術(shù)等眾多先進(jìn)技術(shù)，其目標(biāo)是使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)智能感知、邏輯思維、智能決策、方案執(zhí)行等功能，使傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程逐步被現(xiàn)代化技術(shù)所取代，進(jìn)一步減輕人力活動(dòng)的強(qiáng)度，逐步實(shí)現(xiàn)無(wú)人化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)。總體來(lái)說(shuō)，智慧農(nóng)業(yè)是極其廣泛的，其不僅涉及智慧生產(chǎn)，還涉及到智慧供需、智慧管理、智慧銷售等很多過(guò)程。智慧農(nóng)業(yè)的應(yīng)用能有效提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化和科學(xué)化水平，并通過(guò)信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)模式的逐步升級(jí)，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不僅更加高效，而且運(yùn)營(yíng)模式更為科學(xué)，經(jīng)營(yíng)成本和實(shí)際收益都將得到顯著的優(yōu)化[1]。

智慧農(nóng)業(yè)的實(shí)施需要先進(jìn)的技術(shù)和合理的流程作保障，總體來(lái)看，智慧農(nóng)業(yè)的運(yùn)營(yíng)按照如圖1所示的步驟開(kāi)展。一是進(jìn)行生產(chǎn)信息的采集工作，包括農(nóng)田實(shí)時(shí)信息、農(nóng)機(jī)裝備位置信息、基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行情況、氣象條件信息等眾多原始信息，并將其進(jìn)行匯總；二是將收集到的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并由數(shù)據(jù)處理中心的相關(guān)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和存儲(chǔ)；三是針對(duì)收集到的信息進(jìn)行分類、分析，并根據(jù)預(yù)設(shè)程序?qū)Ρ壬上鄳?yīng)的決策方案，對(duì)比云數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)于決策方案的可行性進(jìn)行驗(yàn)證或優(yōu)化；四是決策中心將可行性方案進(jìn)行輸出，并通過(guò)通信系統(tǒng)傳達(dá)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收到指令后，執(zhí)行相應(yīng)的工作方案，并將執(zhí)行的效果反饋給數(shù)據(jù)中心進(jìn)行驗(yàn)證及儲(chǔ)存[2]。

圖1 智慧農(nóng)業(yè)的實(shí)施流程

2 智慧農(nóng)業(yè)對(duì)農(nóng)機(jī)技術(shù)產(chǎn)生的影響

2.1 向精確性方向發(fā)展

我國(guó)現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)機(jī)械化作業(yè)受到傳統(tǒng)生產(chǎn)模式的制約，存在著明顯的粗放型特征，農(nóng)業(yè)機(jī)械的功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也缺乏精確性和嚴(yán)謹(jǐn)性，而農(nóng)業(yè)機(jī)械作為智慧農(nóng)業(yè)實(shí)施的執(zhí)行者，在沒(méi)有人力干涉的條件下進(jìn)行工作，必須要具有更高的作業(yè)精確性，這有利于生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)有序銜接，還有利于精確的產(chǎn)量判斷、病蟲(chóng)害預(yù)防和其他田間管理工作[3]。

2.2 向自動(dòng)化方向發(fā)展

目前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的大多數(shù)農(nóng)機(jī)裝備仍對(duì)駕駛?cè)藛T存在著較大的依賴性，實(shí)際的作業(yè)效果受操作人員技術(shù)的影響較大，生產(chǎn)過(guò)程中駕駛?cè)藛T既需要作業(yè)，又需要檢查工作質(zhì)量，又需要防范農(nóng)機(jī)故障，還要負(fù)責(zé)機(jī)具的保養(yǎng)。這說(shuō)明盡管目前我國(guó)的農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品有效替代了傳統(tǒng)的人力作業(yè)模式，但在高度自動(dòng)化方面還有很大的發(fā)展空間，而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化是向農(nóng)機(jī)智能化發(fā)展的必由之路。

2.3 向高可靠性方向發(fā)展

從農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)的實(shí)際情況來(lái)看，農(nóng)業(yè)機(jī)械的故障率在機(jī)械產(chǎn)品中位于較高的行列，這一方面是由于農(nóng)機(jī)的作業(yè)環(huán)境和工作量大引起的，另一方面也是農(nóng)民這一群體對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的使用維護(hù)不合理造成的。智慧農(nóng)業(yè)實(shí)施不僅要求農(nóng)機(jī)裝備加強(qiáng)對(duì)外界環(huán)境的感知能力，而且需要通過(guò)多種傳感器監(jiān)測(cè)農(nóng)機(jī)內(nèi)部的工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)工作形式的合理性提高，以及異常工作狀態(tài)的及時(shí)調(diào)整，減少了農(nóng)機(jī)故障問(wèn)題的產(chǎn)生。

2.4 向更高效率方向發(fā)展

為滿足智慧農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)要求，農(nóng)業(yè)機(jī)械化作業(yè)的各個(gè)工序利用控制程序進(jìn)行銜接，各個(gè)工序之間的農(nóng)機(jī)作業(yè)特性實(shí)現(xiàn)有效匹配，從而實(shí)現(xiàn)一系列的機(jī)械化連續(xù)作業(yè)，有效減少傳統(tǒng)機(jī)械化生產(chǎn)中各個(gè)工序銜接所浪費(fèi)的時(shí)間。同時(shí)為提高機(jī)械操控的便捷性，減少生產(chǎn)的無(wú)用工序，農(nóng)業(yè)機(jī)械將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)功能集成化。例如，現(xiàn)階段應(yīng)用較多的聯(lián)合整地機(jī)和播種施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)，也可進(jìn)行再次整合，形成耕整地與播種施肥的聯(lián)合作業(yè)機(jī)，使生產(chǎn)效率實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提高[4]。

3 智慧農(nóng)機(jī)的典型應(yīng)用

3.1 自動(dòng)行駛作業(yè)的農(nóng)機(jī)

近年來(lái)，很多地區(qū)紛紛建立了智慧農(nóng)業(yè)示范區(qū)，展示最新的智能農(nóng)機(jī)產(chǎn)品，而其中最典型的就是可以自動(dòng)行駛的輪式作業(yè)機(jī)具，例如智能拖拉機(jī)、智能插秧機(jī)、智能整地機(jī)、智能噴藥機(jī)、智能播種機(jī)等，這些機(jī)具利用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)、傳感器技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了指定農(nóng)田區(qū)域的自動(dòng)行駛作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人操作情況下的全自動(dòng)作業(yè)。這一技術(shù)的實(shí)施主要是在現(xiàn)階段的先進(jìn)農(nóng)機(jī)裝備上設(shè)計(jì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向、自動(dòng)換擋和導(dǎo)航自動(dòng)控制等裝置，已經(jīng)基本能實(shí)現(xiàn)全程智能化作業(yè)的要求。但知識(shí)普及范圍和建設(shè)成本仍比較高，技術(shù)的廣泛應(yīng)用還需要較長(zhǎng)時(shí)間[5]。

3.2 變量智能灌溉機(jī)械

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)灌溉對(duì)于水資源的利用率不高，灌溉過(guò)程存在著較嚴(yán)重的浪費(fèi)問(wèn)題，在現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，通過(guò)土壤濕度傳感器的組網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)耕地不同位置土壤含水率的實(shí)時(shí)獲取，以便于根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)有針對(duì)性地增減不同耕地位置的灌溉用水量，并實(shí)現(xiàn)土壤缺水自動(dòng)灌溉的效果，有效優(yōu)化農(nóng)作物生長(zhǎng)的土壤環(huán)境。

3.3 智慧大棚技術(shù)

由于大棚的生產(chǎn)環(huán)境較好，具有良好的封閉性和可控性，因此，近年來(lái)先進(jìn)的智慧大棚在我國(guó)很多地區(qū)得到了有效應(yīng)用，智慧大棚中布置有光線傳感器、溫濕度傳感器、視像監(jiān)控器等眾多傳感器和信息獲取設(shè)備，能夠?qū)Υ笈飪?nèi)部的信息進(jìn)行有效收集并傳輸?shù)絇LC終端進(jìn)行分析，然后根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行大棚的溫度、通風(fēng)、灌溉、噴霧等調(diào)節(jié)，使大棚內(nèi)部始終保持最適宜的生長(zhǎng)條件，提高大棚作物的品質(zhì)和實(shí)際產(chǎn)量。

3.4 智能機(jī)器人技術(shù)

智能農(nóng)業(yè)機(jī)器人是基于現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)制造的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品，其能夠自主感知農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和環(huán)境變化情況，并具有視覺(jué)和邏輯思維等能力的全自動(dòng)化農(nóng)機(jī)設(shè)備，現(xiàn)階段大多數(shù)的機(jī)器人技術(shù)還處在試驗(yàn)和開(kāi)發(fā)過(guò)程，很多新型的機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)果蔬自動(dòng)采摘、農(nóng)產(chǎn)品自動(dòng)轉(zhuǎn)移等功能，在未來(lái)具有較大的應(yīng)用空間。