自動控制在現代農業中的應用與前景

王曉亮

摘 要：近年來，土地流轉的開展，致使農業向規模化、集約化、現代化的經營模式轉變。為更好的實現農業現代化，現代科學技術的發展給農業帶來了全新的發展機遇。機器人視覺技術、人工智能技術、物聯網技術、大數據融合技術等高科技技術都將應用于現代化的農業生產中。本文將結合應用在農業生產中的自動化控制系統，談一談自動化控制系統在現代化農業生產中的發展前景。

關鍵詞：現代農業；自動化控制；物聯網

歐美一些工業水平發達的國家從上個世紀三十年代開始，就對傳統農業的機械技術、生物工程技術和農業管理技術三個方面進行了全面的技術改造，完成了農業從傳統向現代化的轉變。目前，我國正處于傳統農業向現代農業轉變時期，自動控制系統大范圍應用于現代農業生產中符合世界范圍內精準農業理念的要求。所謂精準農業，是指“由信息技術支持的根據空間變異，定位、定時、定量地實施一整套現代化農事操作技術與管理系統”。要實現精準農業“系統診斷、優化配方、技術組裝、科學管理”的目標，就需要將自動化控制技術廣泛應用在現代農業生產中，提高農業生產的效率，將效益最大化。

一、自動控制在農業機械中的應用

農業機械自動化可以大大提高農業生產效率，減輕農民的勞動力度。傳統的收獲谷物收獲機械需要采用收割機、割曬機、谷物脫粒機等多種機械完成。在科學技術的推動下， 傳統的谷物收獲機械也開始實現自動化控制。自動化控制系統可將收割、割曬、脫粒等多個步驟一次性完成。自動化控制系統通過中心計算機對各個機械部分進行統一調度控制，按照預設的過程對農作物進行高效的管理。近些年來，針對西紅柿、西瓜、卷心菜、蘋果、柑橘、棉花等農產品的收獲機械也逐漸實現自動化控制。這種采摘機械采用激光瞄準系統，它以較高頻率提供大量準確的距離信息，可靠地提供果實的方位和尺寸信息，當發現目標后，自動控制系統會發出指令，引導機械手進行農作物采摘工作。激光瞄準器能夠方便快速準確地瞄準目標，且激光瞄準器輻射強度高、單色性好、相干性好、方向性強，在目標定位方面具有很多優勢。這些自動化采摘控制系統，大大提高了農作物采摘速度，保證新鮮的農產品第一時間被采摘下來進行處理、進入市場銷售，對于現代農業生產有著突破性的影響。

二、環境自動監控系統在溫室中的應用

溫室大棚內作物生長的好壞，受溫室內溫度、濕度、光照強弱、土壤的溫度和含水量的影響是比較大的。因此對溫室的內作物生長環境參數的監控系統，起著非常重要的作用，特別是溫室內的溫度和濕度。自動監控系統主要實現對作物生長環境的溫度、濕度和光照度、土壤溫度和土壤含水量等參數的采集、存儲和向監控中心傳送數據以及執行監控中心的指令等功能。該系統配有專用的溫濕度環境監控軟件，可以方便的對農作物生長環境進行數據存儲與分析，在設備異常情況下還將以多種形式的報警通知相應人員，能24小時不間斷實時監控記錄的環境監測系統。該環境自動監控系統可廣泛運用于其它場合：農業溫室大棚內蔬菜的育苗、水稻育苗、花卉養殖等。

在本系統中，溫室大棚內的傳感器監測點，為三路土壤水分、三路疫苗環境溫度、光照度傳感器等，分布在各個測點的傳感器將采集到的信息進行處理，利用 RS485總線將傳感器信息送給大棚環境監測箱， 進行實時顯示和報警。大棚環境監測箱可設置每一路傳感器的上下限，并有3 路控制輸出和統一聲光報警輸出。大棚環境監測箱并通過無線把大棚內的傳感器的信心發送到機房監控中心，機房計算機監控系統通過專業軟件把信息進行匯總處理，同時也將收到的采樣數據以顯示和存儲。大棚內的傳感器采用工業標準 RS485 總線形勢傳輸，抗干擾性強、可靠性高，并便于擴展和維護。這一些列的活動就是信息自動化應用原理的基本表現。

三、物聯網技術使農業生產更智能更高效

浙江省有一個高科技農業園區，在那里的田間地頭，見不到工作人員忙碌的身影，因為植物栽培所需的溫度、濕度、養分、水分等信息，都由傳感器實時獲取，然后通過無線通訊傳輸到中心控制室的計算機系統，相關人員根據收集到的信息作出判斷，并按照精準的方式進行無土噴霧栽培。

這就是物聯網精準農業管控系統。它通過現代傳感技術及通信技術對有機蔬菜從來源、生產過程、檢測體系及物流等環節進行全過程可視數字化管理，并為消費者提供全過程可追溯查詢平臺。例如一棵西紅柿的生長過程，可以利用溫濕度、氣敏、光照、化學等多種傳感器結合一項新型農業專利產品進行全程監控和數據化管理。后期人員可以實時了解生產過程中是否添加化學合成肥料、農藥、生長調節劑和飼料添加劑等物質；結合RFID電子標簽還可以對每批種苗來源、等級、培育場地以及在培育、生產、質檢、運輸等過程中具體實施人員等信息進行有效、可識別的實時數據存儲和管理。

氣象要素自古就對農業生產起到關鍵作用。浙江聯通利用物聯網技術開發的環保眼，通過傳感器技術獲取環境各種參數，可用于測量大氣風速、風向、氣溫、氣濕、氣壓、全輻射、雨量、蒸發、土壤溫度、土壤水分等各類環境數據，通過對參數的分析處理，能增強預警減災能力，大大提升了環境監測的時效性。

同時，系統還能通過數據傳輸渠道從污染源獲取數據，上傳到上級環保部門，間接為更高層級的數據共享和決策提供支持。

四、自動化控制系統在農業生產中的應用前景

隨著現代科學技術的進步和現代高效農業的不斷發展，自動化控制技術在農業現代過程中不可替代的地位和作用越來越突出。農業自動化能夠大大提高勞動生產率和增加勞動舒適性，而且隨著經濟的全球化，面臨農產品開放進口和市場競爭的壓力，現代業只有通過進一步提高生產率、降低生產成本和提高產品品質才能生存。從這些新的需求出發，農業生產著高效率和高精度的機械化、自動化方向發展是必然的選擇。

自動化技術特別是微電子自動控制技術在農機上的成功應用，是農業現代化的重要標志之一。根據我國實際國情，必須考慮該技術的成熟程度，即自動化技術本身的可靠性，必須考慮整機售價應適臺我國農民當前的購買力，以及采用自動化技術的實用性和農民在操作使用維修保養時的方便性。

現在農業生產自動化控制系統基本上是各種系統的集成，硬件上有傳感器、傳感器變換器接口、控制器、計算機網絡、被控設備、總線等組成的。隨著自動化信息技術和生物技術以及工程制造業的發展，智能控制技術的廣泛應用，農業生產的精確控制必然是現代農業生產的發展方向。

所謂的精準農業，是在傳統農業與農業機裝備技術上，運用高新技術進行農業生產管理，是一種自動化和信息技術與農業生產相結合的產業，也是未來農業發展的重要途徑。目前我國在這方面已經取得一些進展。如日前投入運行的農業氣象觀測自動化儀器，除了能對土壤墑情和農田小氣候實時監測外，還可以獲取冬小麥和夏玉米不同發育階段的圖像并通過網絡傳輸至遠程服務器，為制定農業氣象自動化儀器安裝技術標準與農作物自動化觀測規范積累資料。

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