農機智能化技術的應用情況與基礎設施需求分析

朱顯明

(黑龍江農業(yè)經濟職業(yè)學院，黑龍江 牡丹江 157041)

0 引言

在農業(yè)機械的快速發(fā)展推動下，我國的農作物產量和產出品質得到了不斷提升，農民經營農業(yè)生產的收益也得到了較大的改善。由于近年來農村地區(qū)的青壯年勞動力呈現逐年減少的狀態(tài)，使農業(yè)生產的過程對于農業(yè)機械的依賴性更強，在此背景下，農業(yè)機械產品的性能、技術含量和可靠性都得到了顯著的提升，很多先進的農機裝備應用了大量的自動化技術，有效優(yōu)化了農業(yè)機械的使用狀態(tài)。從農業(yè)的總體發(fā)展趨勢來看，農業(yè)生產智能化是未來的主要方向，智慧化生產的實施需要大量的智能農機裝備作為保證，而從現階段的農業(yè)生產情況來看，農業(yè)機械產品已經具備了部分智能化特點，但整體的智能化成度和配套建設仍有較大的發(fā)展空間，農業(yè)生產的發(fā)展需要先進的科技支撐做保證，智能農機也將成為未來農機發(fā)展的主要方向。

1 智能農機的應用優(yōu)勢

智能農機是具有環(huán)境感知、信息采集、信息處理、動作執(zhí)行等多種智能化功能特點的農機裝備，其有效整合了計算機、信息通信、電氣控制、衛(wèi)星導航、互聯網、檢測技術等眾多技術，并具有傾向于農業(yè)的專業(yè)化和專項性特點。智能農機裝備的特點是在現階段的農機自動化技術基礎上，進一步實現無人化、高效化、合理化、標準化的農業(yè)生產目標，使農業(yè)生產的耕作、播種、施肥、植保、灌溉、采摘、收獲等行為全部通過農業(yè)機械智能來實施。智能農機裝備具有典型的程序化和標準化作業(yè)特點，能夠保證機具在最佳的狀態(tài)和合理的操作模式下進行工作，使農業(yè)生產整個過程的資源消耗、人力成本、生產成本顯著降低，同時環(huán)境污染、耕地退化等問題得到有效改善。智能農機的作業(yè)優(yōu)勢具有以下幾個典型特征。

(1)智能感知與邏輯判斷。智能農機能夠通過視覺系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)感知自己的位置、周邊環(huán)境關系和機械內部工作狀態(tài)，并利用強大的信息處理和分析能力實現對多種數據的分析判斷，并做出決策執(zhí)行相應的農業(yè)生產方案，智能農機的生產具有較高的柔性化特點，能夠根據環(huán)境變化、田地情況實時改變工作方案。

(2)精準作業(yè)與規(guī)范實施。智能農機可利用自身的技術優(yōu)勢實現很多傳統(tǒng)農機無法實現的作業(yè)效果，例如精準的勻速直線行駛、精準控制往返行駛的間距、精準控制農機裝備各個結構的轉速等，且結合精準農業(yè)的相關要求可實施更優(yōu)質的精量播種、變量噴藥等作業(yè)，并使各個工序的控制、操作實現良好配合和科學實施，有效提高農業(yè)機械化作業(yè)效果。

(3)功能整合與高效作業(yè)。先進的智能農機裝備不僅在傳統(tǒng)的農機技術上進行了智能化改進，更具有明顯的功能集成化特點，能夠將傳統(tǒng)的農業(yè)生產中的多個臨近工序在智能農機的一次性作業(yè)中完成，有效減少作業(yè)過程的時間消耗，同時農業(yè)機械的性能顯著提高，針對不同面積的耕地合理選擇不同規(guī)格的農機進行作業(yè)，實現農機資源的最佳匹配，同時農業(yè)機械的故障率顯著降低，農業(yè)生產過程的工作效率得到大幅提升。

(4)生產安全與節(jié)能環(huán)保。智能農機配套的監(jiān)測技術能夠實現對農機自身的狀況、機具作業(yè)狀態(tài)、氣象條件和作業(yè)環(huán)境的實時監(jiān)控，并根據獲取的信息指導農業(yè)機械及時調整作業(yè)方案，有效降低農業(yè)機械作業(yè)過程中出現故障、機具損壞、質量不佳等問題。同時由于主要以無人化生產為主，傳統(tǒng)生產過程中對于人身安全的威脅基本被消除，生產的安全性大幅提升。農業(yè)生產過程的智能匹配減少了農業(yè)機械的無效作業(yè)量，能源利用率明顯提高，精準作業(yè)還實現了農藥、化肥的精確施用，真正實現了節(jié)能環(huán)保要求。

2 智能農機的典型應用情況

從現階段的農業(yè)生產來看，智能化技術只是實現了局部的應用，現階段的智能化應用主要依靠在傳統(tǒng)農機裝備上加裝智能化設施來實現，總體的作業(yè)形式仍以農機自動化為主，大部分工作仍需要人工操作才能實施。但是農業(yè)機械化的快速發(fā)展為智能農機的研究和開發(fā)奠定了基礎，使智能農機的技術儲備日漸豐富，從目前的生產實際來看，智能農機的應用主要體現在以下幾個方面。

(1)農業(yè)生產信息數據的實時采集。包括了農田信息采集、農作物生長狀態(tài)采集、農機作業(yè)信息采集、農田氣象信息采集，這些工作的實施主要利用衛(wèi)星定位技術、地理信息技術和遙感技術相配套，用于農作物產量預測、農作物病蟲害防治、農業(yè)生產灌溉時機把握、農機作業(yè)補貼核算等。

(2)農機智能行駛技術的研究和應用。現階段，我國的大型農機生產企業(yè)和農機科研機構對于農機智能行駛技術的研究和應用熱情很高，投入研究和試驗的機型有很多種，例如智能拖拉機、水稻插秧機、聯合收獲機等，這些機具的智能化技術研究重點在于智能化的行走技術，利用GPS技術作為主要的定位與導航技術，結合圖像識別和通訊技術實現精準的農機行駛路線導航。盡管很多農機仍在試驗階段，但隨著各個地區(qū)對于智能農機示范區(qū)建設的加強，以智能拖拉機為代表的動力機械在導航、駕駛自動控制方面已經取得了顯著進展，并在小范圍內實現了實踐驗證。

(3)農業(yè)機械的智能作業(yè)。現階段，在農業(yè)生產中應用的具有智能化特點的作業(yè)方式包括了農田智能灌溉和農作物智能藥物噴施，其能夠根據田間的溫濕度、作物狀態(tài)和預設程序實現無人監(jiān)管的智能灌溉和智能病蟲害防治，有效改善了農作物的生長條件。同時，關于智能播種、耕整地、施肥、收獲等技術也實現了大量的研究和試驗，有利于未來智慧農業(yè)的進一步發(fā)展。

我國現階段的農業(yè)生產存在著土地經營面積小、小型落后農機具過多、生產環(huán)境不固定、農民思想認識落后等問題，這都與農業(yè)機械技術的快速發(fā)展十分不符，不利于農業(yè)機械技術向智能化發(fā)展和應用，且在智能農機的關鍵技術方面也存在著數據不準、采集范圍小、衛(wèi)星定位準確度不足等問題，使農機的作業(yè)精度和可靠性達不到智慧農機的標準要求，要改善智慧農機推廣的不利局面，需努力轉變農民經營農業(yè)生產的思想觀念，并做好農村地區(qū)的基礎設施建設農田優(yōu)化組合工作。

3 實施智能農機的基礎設施需求

3.1 衛(wèi)星基站的組網建設

目前，我國農業(yè)生產應用的很多農業(yè)機械所配備的衛(wèi)星定位終端存在著定位誤差大、導航精度不高的問題，這主要是因為衛(wèi)星定位技術的先進程度不足導致的，這與我國基層地區(qū)的衛(wèi)星定位基站的建設密度直接相關。目前來說只要農村地區(qū)在農田附近建設足夠的衛(wèi)星基站，農機作業(yè)就能利用基站坐標校正傳統(tǒng)衛(wèi)星定位的坐標偏差，使衛(wèi)星定位和導航的精確度達到厘米級。

3.2 農機行駛道路規(guī)范建設

智能農機的作業(yè)需要良好的農機行駛道路作為保障，現階段我國的基層地區(qū)僅能保證必要的交通公路建設，而田間的農機行駛道路建設較少，部分地區(qū)甚至存在著農機難以進入田地的問題。智能農機的自動作業(yè)和無人操作的模式需要以優(yōu)良的農田行駛道路作為保障，以此提高農機到達指定田塊的效率和準確性。

3.3 生產規(guī)模連片化和擴大化

農田的連片化經營也是智能農機作業(yè)的一個重要條件，由于目前小塊農田居多，會導致智能農機的作業(yè)任務量過大，且引起智能農機趨向于小型化發(fā)展，小型農機受到體積小的空間限制，不利于應用和布置較多的先進設備，且其功能和效率也遠不如大型農機，因此規(guī)模化經營也應成為農業(yè)生產未來發(fā)展的一個重要方向。

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