農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化、信息化和智能化的發(fā)展研究

李躍云

（北大荒集團(tuán)黑龍江引龍河農(nóng)場(chǎng)有限公司第四管理區(qū)，黑龍江 五大連池 164141）

“科技+”是當(dāng)前社會(huì)各領(lǐng)域發(fā)展過程中重要指導(dǎo)方向以及技術(shù)實(shí)踐關(guān)鍵內(nèi)容。我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展占社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的較大部分，而新農(nóng)村建設(shè)更是國家大力支持項(xiàng)目，針對(duì)這一情況，利用科技與農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行結(jié)合，創(chuàng)新出新型農(nóng)業(yè)種植設(shè)備，才能滿足規(guī)模化農(nóng)業(yè)種植，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平，促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展。

1 農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)應(yīng)用

1.1 自動(dòng)駕駛過程中感知環(huán)境

機(jī)器視覺技術(shù)可以通過對(duì)事物的圖像進(jìn)行信息提取，對(duì)提取的信息給予處理，具體應(yīng)用情況主要體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)機(jī)械利用攝像機(jī)或者相機(jī)拍攝周圍環(huán)境信息；除此之外，該技術(shù)還有一定的環(huán)境感知能力，可以體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)機(jī)械種植的自動(dòng)化駕駛領(lǐng)域中，即在自動(dòng)駕駛中對(duì)物體進(jìn)行定位，角色規(guī)劃和控制，通過圖像采集分析，對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別，保證技術(shù)應(yīng)用的有效性[1]。該技術(shù)應(yīng)用的核心主要是農(nóng)業(yè)機(jī)械在自動(dòng)駕駛過程中對(duì)前方障礙物進(jìn)行實(shí)時(shí)躲避，防止農(nóng)業(yè)種植過程中發(fā)生危險(xiǎn)。

1.2 識(shí)別定位作業(yè)目標(biāo)

農(nóng)業(yè)機(jī)器人屬于目前農(nóng)業(yè)機(jī)械種植過程中智能化發(fā)展的重要體現(xiàn)，很多國家都在積極地針對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器人進(jìn)行研究，不斷優(yōu)化，不斷創(chuàng)新農(nóng)業(yè)工具。例如在果蔬種植過程中，利用人工種植需要花費(fèi)大量的時(shí)間成本、人力成本，種植效率低。而利用農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以使果樹在種植、施肥、噴藥等各個(gè)環(huán)節(jié)均縮短時(shí)間，極大程度地降低了人工成本，利用機(jī)械種植替代人工種植，能進(jìn)一步保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化發(fā)展。除此之外，機(jī)械視覺技術(shù)應(yīng)用還體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)機(jī)器人作業(yè)目標(biāo)識(shí)別與定位中，例如，通過該技術(shù)可以有效識(shí)別哪些果實(shí)需要采摘，對(duì)果實(shí)的成熟程度得以有效判斷，對(duì)采摘果實(shí)的位置進(jìn)行定位[2]。針對(duì)不同農(nóng)業(yè)種植工作，農(nóng)業(yè)機(jī)器人應(yīng)用側(cè)重點(diǎn)不同，如果該技術(shù)應(yīng)用于除草過程中，農(nóng)業(yè)機(jī)器人需要利用視覺技術(shù)對(duì)真正的雜草進(jìn)行識(shí)別，也可以利用機(jī)器人對(duì)藥量進(jìn)行精準(zhǔn)判斷，對(duì)噴藥領(lǐng)域進(jìn)行精準(zhǔn)定位。

機(jī)械化發(fā)展中的定位技術(shù)原理通?？煞譃槿N，其一，結(jié)合全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可以為農(nóng)機(jī)提供較為科學(xué)的三維坐標(biāo)，該定位系統(tǒng)也是現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)種植中最基礎(chǔ)的定位手段，定位過程中主要使用PTK-GPS，該技術(shù)具有精準(zhǔn)的定位度，可以達(dá)到厘米級(jí)。其二，利用機(jī)器視覺進(jìn)行定位，通過對(duì)圖像進(jìn)行采集并對(duì)其處理，對(duì)種植中農(nóng)作物進(jìn)行識(shí)別，以此實(shí)現(xiàn)其測(cè)量以及信息獲取目的。其三，利用慣性導(dǎo)航進(jìn)行定位。通常來講，定位過程中利用第2種技術(shù)以及第3種技術(shù)定位的精準(zhǔn)性，農(nóng)業(yè)種植需求均需要結(jié)合全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)發(fā)展。

1.3 路徑規(guī)劃與跟蹤控制

路徑規(guī)劃主要指的是農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航過程中和自主作業(yè)過程中的重要內(nèi)容之一。該技術(shù)應(yīng)用可以對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)的效率進(jìn)行積極影響，保證農(nóng)機(jī)作業(yè)質(zhì)量，減少種植中人員成本消耗。跟蹤控制以及路徑規(guī)劃的功能可以讓農(nóng)業(yè)機(jī)器人自動(dòng)駕駛農(nóng)機(jī)，按照事先預(yù)定的軌跡進(jìn)行。該技術(shù)原理通常是利用事先測(cè)量的位置以及數(shù)據(jù)偏差信息，控制其操作，保障農(nóng)機(jī)可以按照預(yù)定的軌道繼續(xù)行駛。常見的農(nóng)機(jī)自動(dòng)控制方法有PID控制、模糊自適應(yīng)控制以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。

1.4 與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合

當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展水平逐漸加快，進(jìn)一步加大對(duì)農(nóng)業(yè)種植的扶持。將農(nóng)業(yè)系統(tǒng)內(nèi)部植物的生長要素以及生產(chǎn)工具與物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)種植過程中經(jīng)濟(jì)作物進(jìn)行有效自動(dòng)化識(shí)別，同時(shí)準(zhǔn)確定位，并且快速跟蹤，實(shí)時(shí)有效監(jiān)控，提升農(nóng)業(yè)種植管理水平。除了針對(duì)農(nóng)作物種植過程中的定位跟蹤、監(jiān)控管理之外，該技術(shù)還可以更加有針對(duì)性地開展農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行溯源，該技術(shù)的應(yīng)用既滿足農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化發(fā)展，也可以有效實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)種植發(fā)展目標(biāo)，為農(nóng)村農(nóng)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)輔助[3]。

2 實(shí)施路徑

2.1 提升農(nóng)民生產(chǎn)創(chuàng)新能力

部分農(nóng)村受到環(huán)境、土壤以及地形等情況的限制，很難實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化、信息化、智能化發(fā)展。針對(duì)這一情況，想要進(jìn)一步提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，加快農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)有效發(fā)展，需要有效地提高農(nóng)民生產(chǎn)創(chuàng)新能力。需要重點(diǎn)針對(duì)無法有效開展農(nóng)業(yè)機(jī)械的領(lǐng)域，分析其無法實(shí)施農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)的原因，同時(shí)使用科學(xué)、創(chuàng)新的方法解決問題。在農(nóng)業(yè)機(jī)械推廣使用過程中需要事先對(duì)本土農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境以及生產(chǎn)條件進(jìn)行調(diào)查與研究，根據(jù)調(diào)查研究結(jié)果，制造符合農(nóng)村農(nóng)業(yè)種植環(huán)境的機(jī)械設(shè)備，進(jìn)而不斷優(yōu)化機(jī)械設(shè)備使用技術(shù)，滿足不同地域內(nèi)的農(nóng)作物種植需求，提升其農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)水平。

2.2 重視農(nóng)業(yè)機(jī)械優(yōu)化改造

現(xiàn)階段隨著我國自動(dòng)化、智能科技等技術(shù)的有效發(fā)展，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)種植技術(shù)水平的提高。但是目前大部分農(nóng)業(yè)機(jī)械均為半自動(dòng)化發(fā)展，還沒有真正實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械信息化智能化發(fā)展。這種情況在一定程度上說明了我國農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展仍然具有較大挑戰(zhàn)性以及可實(shí)施性。因此需要重視當(dāng)前農(nóng)業(yè)機(jī)械優(yōu)化改造工作，優(yōu)化改造農(nóng)業(yè)機(jī)械，重點(diǎn)可以通過兩方面展開分析，其一，結(jié)合當(dāng)前我國不同領(lǐng)域內(nèi)不同經(jīng)濟(jì)作物控制需求展開橫向式半自動(dòng)化種植技術(shù)普及，這樣做可以有效實(shí)現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)種植水平綜合性提升。其二，在我國本土化農(nóng)業(yè)機(jī)械種植自動(dòng)化發(fā)展過程中不斷學(xué)習(xí)其他農(nóng)業(yè)種植水平優(yōu)的國家，不斷引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合我國農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造需求，不斷推出新型的農(nóng)業(yè)機(jī)械，提升我國農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化水平的同時(shí)，保障信息化以及智能化發(fā)展。解決農(nóng)村較為復(fù)雜的田地環(huán)境難以實(shí)行機(jī)械種植的問題，是需要農(nóng)業(yè)機(jī)械使用與農(nóng)村經(jīng)濟(jì)作物種植發(fā)展的高度結(jié)合。

在農(nóng)業(yè)機(jī)械改造優(yōu)化過程中，仍然需要重視對(duì)新型農(nóng)業(yè)機(jī)械的研發(fā)工作，常規(guī)的農(nóng)業(yè)機(jī)械盡管可以滿足大部分農(nóng)村農(nóng)作物種植需求，但是仍然存在一些極端環(huán)境下，或者極端地域中的田地?zé)o法利用農(nóng)業(yè)機(jī)械展開種植。相關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)人員需要充分將高科技與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)器械研究進(jìn)行有效結(jié)合，利用先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)彌補(bǔ)傳統(tǒng)機(jī)械的缺點(diǎn)，保證機(jī)械生產(chǎn)過程中有效解決當(dāng)前惡劣或者極端環(huán)境下農(nóng)業(yè)機(jī)械需求問題，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)種植信息化、自動(dòng)化、智能化發(fā)展[4]。

2.3 加強(qiáng)農(nóng)業(yè)機(jī)械推廣力度

想要進(jìn)一步保障農(nóng)村農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)水平發(fā)展，需要充分重視農(nóng)業(yè)機(jī)械化、智能化、信息化技術(shù)應(yīng)用。在應(yīng)用過程中，大部分農(nóng)村人民素質(zhì)水平較低，對(duì)自動(dòng)化應(yīng)用技術(shù)認(rèn)識(shí)較為淺顯，很難有效進(jìn)行技術(shù)使用。第二，相關(guān)人員需要進(jìn)一步加大對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械推廣力度。除此之外，更是應(yīng)該加強(qiáng)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化、信息化、智能化發(fā)展領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展，充分滿足農(nóng)業(yè)種植過程中的各項(xiàng)需求，以環(huán)境保護(hù)作為技術(shù)應(yīng)用核心理念，通過技術(shù)應(yīng)用降低傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植技術(shù)對(duì)環(huán)境造成的污染。還需要針對(duì)農(nóng)作物收割過程中，對(duì)機(jī)械的收獲速度和效率進(jìn)行調(diào)整，不斷優(yōu)化農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)。而且在設(shè)計(jì)過程中還需要具備節(jié)能性，通過有效的能源節(jié)約，進(jìn)一步降低農(nóng)業(yè)機(jī)械化，自動(dòng)化，智能化技術(shù)應(yīng)用種植中對(duì)能源的消耗。針對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械種植過程中水源灌溉問題，需要利用技術(shù)優(yōu)勢(shì)減少傳統(tǒng)灌溉過程中水資源的消耗，進(jìn)一步保證新型農(nóng)機(jī)應(yīng)用過程中水資源利用符合國家水資源利用標(biāo)準(zhǔn)。仍然需要加強(qiáng)對(duì)自動(dòng)化視覺系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過該技術(shù)可以進(jìn)一步提高農(nóng)業(yè)種植過程中的噴霧水平，精準(zhǔn)定位噴霧范圍，減少噴霧對(duì)其他環(huán)境的影響，避免出現(xiàn)環(huán)境污染情況。

2.4 培養(yǎng)新型職業(yè)農(nóng)民

目前我國大部分農(nóng)業(yè)種植還是非規(guī)模化發(fā)展，對(duì)勞動(dòng)力的需求還很大，而現(xiàn)階段城市化發(fā)展需求大量農(nóng)村青壯年勞動(dòng)力，造成農(nóng)村農(nóng)民高齡化、農(nóng)業(yè)種植副業(yè)化、農(nóng)業(yè)機(jī)械使用效率低等問題。想要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化、信息化、智能化，需要不斷培養(yǎng)新型職業(yè)農(nóng)村農(nóng)民[5]。具體實(shí)施方案為：農(nóng)業(yè)機(jī)械推廣人員定期對(duì)農(nóng)村農(nóng)民展開技術(shù)培訓(xùn)，培訓(xùn)的主要內(nèi)容為農(nóng)業(yè)機(jī)械使用情況，針對(duì)使用過程中便捷性、高效性、安全性等進(jìn)行分析，讓農(nóng)村農(nóng)民對(duì)于自動(dòng)化技術(shù)、機(jī)械化水平以及信息化發(fā)展應(yīng)用于農(nóng)業(yè)種植中的重要性有更深層次認(rèn)識(shí)，通過有效的培訓(xùn)，可以保障農(nóng)民的農(nóng)業(yè)種植水平逐漸提高，并且有針對(duì)性地指導(dǎo)農(nóng)民，可以更好更快地讓農(nóng)村農(nóng)民學(xué)會(huì)農(nóng)業(yè)機(jī)械使用技能。

3 總結(jié)

農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化、信息化和智能化發(fā)展過程中需要采取提升農(nóng)民生產(chǎn)創(chuàng)新能力、重視農(nóng)業(yè)機(jī)械優(yōu)化改造、加強(qiáng)農(nóng)業(yè)機(jī)械推廣力度、培養(yǎng)新型職業(yè)農(nóng)村農(nóng)民等措施。只有這樣才能不斷提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化、自動(dòng)化、信息化水平，減少農(nóng)業(yè)種植人力成本，對(duì)環(huán)境進(jìn)行保護(hù)，實(shí)現(xiàn)新時(shí)期、新農(nóng)村的有效發(fā)展。