摘要:文章對(duì)小麥生產(chǎn)中的智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)做了介紹,其中包含無(wú)人駕駛路徑規(guī)劃系統(tǒng)、農(nóng)藥設(shè)備、水肥自動(dòng)灌溉設(shè)施、無(wú)人車間控制系統(tǒng)、自動(dòng)收割糧食設(shè)備等。建立了智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng),根據(jù)每一部分的執(zhí)行狀態(tài)分析了智慧農(nóng)業(yè)對(duì)提高產(chǎn)量和提高生產(chǎn)效率的作用,保障了小麥種植的全智能化,供業(yè)內(nèi)相關(guān)人士借鑒。
關(guān)鍵詞:智慧農(nóng)業(yè);小麥生產(chǎn);智慧農(nóng)場(chǎng);種植業(yè)
隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展,智慧農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、數(shù)字農(nóng)業(yè)等先后出現(xiàn)。政府為了加快各地區(qū)的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè),在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理上引入了智慧農(nóng)業(yè)技術(shù),用機(jī)器代替人工在農(nóng)田中工作,解決了當(dāng)前農(nóng)村耕地人手不足和工作效率低下的問(wèn)題。文章以小麥的種植為例,將相關(guān)智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)行綜合,完整呈現(xiàn)了小麥生產(chǎn)在智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)加持下的發(fā)展情況。
1 小麥種植中的智慧農(nóng)業(yè)
在小麥生產(chǎn)領(lǐng)域,涉及智慧農(nóng)業(yè)的技術(shù)十分廣泛。例如,自動(dòng)化管理、數(shù)據(jù)挖掘以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。通過(guò)這一技術(shù),我們可以將整個(gè)過(guò)程設(shè)計(jì)為一套完善的自動(dòng)化系統(tǒng),包括路徑規(guī)劃、自動(dòng)化藥劑噴灑、水肥一體化灌溉、機(jī)器人行走操作、作物自主收割等,另外,我們還開(kāi)發(fā)了一款智能農(nóng)田管理軟件,將小麥生長(zhǎng)的全過(guò)程集成進(jìn)了智能農(nóng)業(yè)技術(shù)平臺(tái)中,從而極大地促進(jìn)了小麥生產(chǎn)的效率[1]。為進(jìn)一步驗(yàn)證該種智能農(nóng)業(yè)技術(shù)的應(yīng)用效益,本論文選擇在某一區(qū)域開(kāi)展小麥種植工作進(jìn)行案例研究,詳細(xì)介紹了各種智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)的實(shí)施過(guò)程,并通過(guò)確定各類農(nóng)業(yè)機(jī)械的內(nèi)部參數(shù)設(shè)置值來(lái)展現(xiàn)其配合使用的方法,旨在達(dá)到當(dāng)?shù)匦←溕L(zhǎng)情況的有效監(jiān)控,避免人工參與其中[2]。當(dāng)確定了固化的智慧農(nóng)業(yè)策略后,有關(guān)機(jī)構(gòu)需要借助自動(dòng)監(jiān)測(cè)手段持續(xù)檢查整段期間內(nèi)的小麥播種過(guò)程,直接到每一個(gè)細(xì)節(jié)環(huán)節(jié)上,根據(jù)當(dāng)?shù)貙?duì)于小麥生產(chǎn)的相關(guān)要求保證將實(shí)際工作過(guò)程中的智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)統(tǒng)一化和邏輯化[3]。
2 小麥種植智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)分析
2.1 自動(dòng)化路徑規(guī)劃系統(tǒng)
小麥種植全路徑規(guī)劃系統(tǒng)主要基于小麥種植全程,有效提高小麥種植種子播種任務(wù)的完成率。該系統(tǒng)基于小麥種植管理的高效機(jī)械設(shè)備系統(tǒng),包括自動(dòng)控制臺(tái),在自動(dòng)控制臺(tái)設(shè)置小麥種植合適的路徑。此系統(tǒng)集合連續(xù)作業(yè)、轉(zhuǎn)彎行駛、精細(xì)播種、深度耕耘、廢棄物收集、集中施肥等功能,保證正確順序執(zhí)行小麥種植計(jì)劃,有效提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。在小麥種植中,處理廢棄物是十分重要的環(huán)節(jié),采用了該系統(tǒng)的自動(dòng)路徑規(guī)劃系統(tǒng)后,就能夠?qū)崿F(xiàn)全部廢棄物處理完畢的清理工作。而地區(qū)管理人員為了保證各個(gè)小麥種植環(huán)節(jié)按照具體的路徑規(guī)劃進(jìn)行運(yùn)作,必須要充分明白和認(rèn)識(shí)各個(gè)小麥種植環(huán)節(jié),嚴(yán)格按照預(yù)先制定標(biāo)準(zhǔn)的操作規(guī)程做好小麥種植工作,確保小麥種植活動(dòng)的一致性與有序性,更好地適應(yīng)地區(qū)種植管理的需要。我們向大眾展示介紹小麥無(wú)人工廠時(shí),需要對(duì)該系統(tǒng)的自動(dòng)路徑規(guī)劃進(jìn)行更深的探索,實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的挖渠澆水、二次碾地、壓實(shí)土表層以及條播種植等工作,從而能夠?qū)崿F(xiàn)高度自動(dòng)化的無(wú)人工廠效果。同樣,也會(huì)對(duì)小麥種植生產(chǎn)管理工作進(jìn)行合理細(xì)化處理,保證小麥種植生產(chǎn)工作的合理性和過(guò)程的有序管理[4]。
2.2 自動(dòng)化藥物噴射裝置
智能藥物噴灑設(shè)備在播種環(huán)節(jié)能自動(dòng)施加多種藥劑,從而保證麥田的整體生長(zhǎng)狀態(tài)。目前,某地區(qū)配備的電動(dòng)六葉螺旋槳無(wú)人機(jī)內(nèi)置此智能噴灑系統(tǒng),作業(yè)表現(xiàn)優(yōu)異,飛行能力出眾,最大裝載量可達(dá)30 L。通常,操作人員能通過(guò)該無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控藥物噴灑效果,精確掌握麥田的用藥量。無(wú)人機(jī)飛行高度較高,在進(jìn)行藥物噴灑時(shí),能大幅度擴(kuò)大覆蓋面積,短時(shí)間內(nèi)即可完成16 hm/m2的高效噴灑。智能噴灑系統(tǒng)依據(jù)預(yù)先計(jì)算的用藥量和藥劑種類,利用專業(yè)軟件,確保噴灑的精確度。電動(dòng)六葉螺旋槳無(wú)人機(jī)投入使用后,顯著提升了藥物噴灑的效率,增強(qiáng)了農(nóng)藥的利用效率,將農(nóng)藥使用率提高至20%左右。噴灑作業(yè)結(jié)束后,操作人員可通過(guò)監(jiān)控平臺(tái)細(xì)致檢查噴灑量、噴灑間隔和時(shí)間等參數(shù),發(fā)現(xiàn)使用無(wú)人機(jī)后,噴灑間隔更加合理,噴灑時(shí)間和量均符合規(guī)范要求[5]。
2.3 水肥自動(dòng)噴灌系統(tǒng)
在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)小麥種植領(lǐng)域,水肥智能噴灑系統(tǒng)扮演著至關(guān)重要的角色。此系統(tǒng)負(fù)責(zé)全面調(diào)控水肥灌溉的各個(gè)環(huán)節(jié),并實(shí)時(shí)監(jiān)管小麥種植過(guò)程中的灌溉作業(yè)。深入分析,該系統(tǒng)內(nèi)置的圓形噴灑裝置在投入使用前需對(duì)內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行詳盡研究。此裝置具有施肥箱容量、工作壓力范圍、施肥流速、定位控制精度、行駛速度、噴嘴數(shù)量、總長(zhǎng)度等關(guān)鍵參數(shù),具備圓形噴灑裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)的認(rèn)知后,再結(jié)合智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)噴灑系統(tǒng)。將壓力控制、進(jìn)液流量控制、遠(yuǎn)程水泵控制以及自動(dòng)施肥控制相結(jié)合,從而提高灌溉質(zhì)量。在運(yùn)用水肥智能噴灑系統(tǒng)時(shí),操作人員需對(duì)各個(gè)系統(tǒng)模塊的操作情況進(jìn)行細(xì)致檢查,確認(rèn)壓力監(jiān)控系統(tǒng)具備北斗定位功能,能夠全方位監(jiān)控區(qū)域內(nèi)地里所有小麥的生長(zhǎng)狀況,并通過(guò)相應(yīng)的手機(jī)應(yīng)用程序進(jìn)行有效控制,以加強(qiáng)系統(tǒng)平臺(tái)的使用效率。在進(jìn)行智能水肥噴霧作業(yè)的過(guò)程中,相關(guān)人員必須詳細(xì)了解噴灑的具體操作,通過(guò)遠(yuǎn)程觀測(cè)工具對(duì)小麥的水肥噴灑過(guò)程實(shí)施嚴(yán)密監(jiān)控,并結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)置的多樣化信息和氣候數(shù)據(jù),大幅提升噴灑作業(yè)的準(zhǔn)確性。在啟動(dòng)智能水肥噴霧系統(tǒng)之前,操作者需要合理制定噴灑的水肥量與時(shí)間表,然后激活自動(dòng)噴灑功能,以此保障噴灑作業(yè)的有序開(kāi)展[6]。
2.4 無(wú)人駕駛控制系統(tǒng)
在啟用全自動(dòng)駕駛的拖拉機(jī)之前,需要對(duì)拖拉機(jī)各項(xiàng)內(nèi)置參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)定,并嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。例如,本研究選取的自動(dòng)駕駛拖拉機(jī)是東風(fēng)2204型,配備了先進(jìn)的CVT無(wú)級(jí)變速箱技術(shù)和精準(zhǔn)的電控底盤(pán)技術(shù)。對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械要充分掌握各項(xiàng)參數(shù),比如精準(zhǔn)定位能力、轉(zhuǎn)向能力、前進(jìn)速度、油門(mén)控制精度、電機(jī)控制精準(zhǔn)度、方向盤(pán)控制能力等。對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械中的這些基本功能和參數(shù)有所掌握后,才能夠完成工作的規(guī)劃任務(wù),即對(duì)耕地、小麥播種和平整土地等工作,完成工作內(nèi)容和小麥栽培技術(shù)中的工作要求保持一致后,便可進(jìn)一步投入到對(duì)小麥的種植工作中。在此次實(shí)踐的過(guò)程中,該自動(dòng)拖拉機(jī)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、隨行啟動(dòng)/停止以及自動(dòng)設(shè)定麥田耕作過(guò)程,嚴(yán)格按照播種過(guò)程的各項(xiàng)要求,從而為麥田耕作打好基礎(chǔ)。此牽引車也具有極強(qiáng)的電控能力,比如提升壓力與輸出的液壓、動(dòng)力傳動(dòng)及擋位的控制等。車輛設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)包括定位、操作和路線規(guī)劃等,各項(xiàng)部分均承擔(dān)各自工作任務(wù)。以定位階段為例,該環(huán)節(jié)采用先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械定位數(shù)據(jù)的采集;控制環(huán)節(jié)主要根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)械升降動(dòng)作以及工作路線做出準(zhǔn)確修改;路徑規(guī)劃環(huán)節(jié)則是將轉(zhuǎn)向、工作的流程制定出來(lái)。
2.5 農(nóng)作物自動(dòng)收獲系統(tǒng)
在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,小麥種植技術(shù)中融入了先進(jìn)的農(nóng)作物自動(dòng)收割設(shè)備,這些設(shè)備全由電力驅(qū)動(dòng),極大地提升了操作的便捷性。在使用這些配備自動(dòng)收割功能的電力驅(qū)動(dòng)設(shè)備之前,工作人員必須對(duì)設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)有深入的了解,這些參數(shù)包括糧倉(cāng)容量、進(jìn)料量、作業(yè)寬度以及機(jī)械動(dòng)力等。明白了動(dòng)力參數(shù)之后,我們要理解一下相關(guān)的電力驅(qū)動(dòng)設(shè)備的控制系統(tǒng)知識(shí),比如說(shuō)當(dāng)下最為普遍的雙天線定位技術(shù),能夠保證定位精確度極高,它的精確度誤差僅有2.5 cm。在運(yùn)用農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化收獲體系的過(guò)程中我們可以看出,該體系可以獨(dú)立制定多組工作線路,也就是說(shuō)在無(wú)形當(dāng)中提高了工作的效率。此外,該體系可以精準(zhǔn)調(diào)控汽車轉(zhuǎn)彎、停車、倒車、行進(jìn)以及停止的行動(dòng)。值得注意的是在這一農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化收獲體系當(dāng)中配有“一鍵式”手動(dòng)與自動(dòng)化切換按鈕,這種舉措可以嚴(yán)格約束車輛的行動(dòng),將車輛的相關(guān)數(shù)據(jù)變化控制和管理起來(lái),通過(guò)這種方式來(lái)保證車輛的行進(jìn)安全。另外,我們也發(fā)現(xiàn)電力驅(qū)動(dòng)設(shè)備在使用過(guò)程中能夠?qū)Ω钆_(tái)高度進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)整,對(duì)小麥的生長(zhǎng)狀態(tài)在每一時(shí)刻都進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)。等到小麥的收割時(shí)間達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)之后,能夠借助設(shè)備內(nèi)部的收割功能對(duì)小麥進(jìn)行收割,并增強(qiáng)收割處理的精準(zhǔn)度。
2.6 智慧農(nóng)場(chǎng)
智能無(wú)人農(nóng)場(chǎng)通過(guò)不同類型的載體來(lái)執(zhí)行高精確度的種植方案,以此完成從播種到收割之間的機(jī)械自動(dòng)化。農(nóng)場(chǎng)配置了一定的輕型機(jī)械車輛和飛機(jī)搭載式植物生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)器,并且通過(guò)部署大型數(shù)據(jù)庫(kù),通過(guò)人工智能的管理作出決定來(lái)進(jìn)行自動(dòng)控制。在信息化感知中,智慧農(nóng)場(chǎng)使用多樣化的衛(wèi)星遙感器來(lái)監(jiān)控農(nóng)業(yè)資源的利用、實(shí)時(shí)的狀態(tài)以及自然災(zāi)害。另外,無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)同樣可以根據(jù)它的多波段性對(duì)生產(chǎn)做出提供。另外,通過(guò)安裝智能化設(shè)備(如智能灌溉、智能殺蟲(chóng)、無(wú)人駕駛等)收集及控制生產(chǎn)過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了農(nóng)場(chǎng)精細(xì)化管理。
將5G技術(shù)巧妙地應(yīng)用于智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,能夠打造一個(gè)全方位的農(nóng)作物栽培管理系統(tǒng)。以小麥種植為例,在打造以小麥種植為核心的智能型無(wú)人化農(nóng)場(chǎng)過(guò)程中,管理者需要在系統(tǒng)平臺(tái)上建立一個(gè)全面的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),對(duì)小麥生長(zhǎng)的每一步進(jìn)行細(xì)致的監(jiān)控,對(duì)可能出現(xiàn)的災(zāi)害、病蟲(chóng)害、氣候和環(huán)境變化以及土壤特性進(jìn)行深入剖析,以確保小麥能夠持續(xù)穩(wěn)定生長(zhǎng)并得到精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。管理者可利用智能無(wú)人工場(chǎng)控制臺(tái)獲取小麥生長(zhǎng)的各類相關(guān)信息,包括營(yíng)養(yǎng)狀況、光照、大氣壓、降雨量、土壤特性等,并納入綠色防控方案、智能灌水方案、災(zāi)害預(yù)警體系中,實(shí)現(xiàn)數(shù)字化精準(zhǔn)執(zhí)行,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)小麥的全面有效合理生長(zhǎng)促進(jìn)。
3 小麥生產(chǎn)智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用效果
3.1 農(nóng)田作業(yè)效能
從農(nóng)田作業(yè)效能的視角出發(fā),以無(wú)人駕駛操控系統(tǒng)為例,在執(zhí)行小麥的插秧和播種任務(wù)時(shí),通過(guò)精準(zhǔn)的直線行駛,其橫向偏差已降低至2.5 cm以下。相較人工操作,此舉大幅提升了播種作業(yè)的效能,同時(shí)顯著增強(qiáng)了播種間距的一致性。以往在小麥種植環(huán)節(jié),農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)效率多維持在80%左右,而引入智慧農(nóng)業(yè)的小麥種植技術(shù)后,效率可飛躍至九成七。隨著無(wú)人駕駛和智能導(dǎo)航技術(shù)的廣泛應(yīng)用,機(jī)械操作效率實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍,僅需少量人力即可高效完成小麥種植的全面檢查,并利用智能設(shè)備進(jìn)行全程監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的動(dòng)態(tài)調(diào)度和管理,從而使得農(nóng)機(jī)服務(wù)管理變得更加精細(xì)、直觀和即時(shí)。
3.2 社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效能
智能化的工作平臺(tái)能夠整合小麥生產(chǎn)所涉及的數(shù)據(jù)信息,進(jìn)而產(chǎn)出眾多任務(wù)信息。經(jīng)過(guò)深入研究可得知,智能化農(nóng)業(yè)器械能夠精準(zhǔn)傳遞通過(guò)傳感器采集到的信息,這能夠精準(zhǔn)掌握工作區(qū)域、工作效率等方面的關(guān)鍵參數(shù)。對(duì)小麥生產(chǎn)方面的智能化農(nóng)業(yè)技術(shù)運(yùn)行數(shù)據(jù)的全面分析,能夠精準(zhǔn)反映區(qū)域農(nóng)機(jī)應(yīng)用情況、小麥播種、收割的情況和小麥工作的散布情況等。連續(xù)對(duì)此數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤研究分析,能夠給區(qū)域主管管理部門(mén)制定出更為精準(zhǔn)的農(nóng)業(yè)種植發(fā)展規(guī)劃提供參考,使區(qū)域農(nóng)業(yè)能獲得更為顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。
在引進(jìn)智能化農(nóng)業(yè)系統(tǒng)后,運(yùn)行次數(shù)以及無(wú)需人為干預(yù)的工作進(jìn)度都是穩(wěn)定的,它對(duì)于復(fù)雜三維地形有著良好的匹配度,增加了自控系統(tǒng)的實(shí)際工作環(huán)境與需求契合性,并很大程度上促進(jìn)了節(jié)能性。對(duì)比人工操作模式,這個(gè)智能化系統(tǒng)能夠節(jié)約石油消耗7%左右,減少環(huán)境壓力。得益于智能農(nóng)機(jī)應(yīng)用,農(nóng)機(jī)自動(dòng)行駛的軌跡已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)設(shè)計(jì),極大地縮短了行駛路線,防止了在人工插播中出現(xiàn)重復(fù)路線的情況,使得小麥播種直立率達(dá)到60%,如此能有效地節(jié)省生產(chǎn)成本。通過(guò)智能農(nóng)產(chǎn)系統(tǒng),農(nóng)機(jī)械都實(shí)現(xiàn)了機(jī)器自主運(yùn)行,人工干預(yù)程度很低。只要提前設(shè)定農(nóng)機(jī)工作的路線即可開(kāi)始播種小麥。在正常工作流程中,操作員從單臺(tái)機(jī)械的操作切換為對(duì)多臺(tái)機(jī)械主動(dòng)控制,不但工作時(shí)間延長(zhǎng),設(shè)備使用效率提高,同時(shí)也大大降低了員工的體力勞動(dòng)強(qiáng)度。
4 結(jié)語(yǔ)
在小麥生產(chǎn)領(lǐng)域,應(yīng)用智慧農(nóng)業(yè)技術(shù),能夠通過(guò)充分利用智能機(jī)器設(shè)備建立智慧型大規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行體系,并在其中對(duì)小麥生長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)密控制與評(píng)估。因小麥粒狀食品生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中涉及大量動(dòng)作用途,借助農(nóng)業(yè)智能科技能夠?qū)ζ涿恳粋€(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)劃,同時(shí),縮減操作步驟,使其更加吻合預(yù)期中的小麥成長(zhǎng)監(jiān)控指標(biāo)。此外,機(jī)構(gòu)在將智能農(nóng)業(yè)技術(shù)引進(jìn)到小麥種植中時(shí),一定要考慮技術(shù)與實(shí)際的生產(chǎn)需求是否契合,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)效率的進(jìn)一步提升。
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