智能農機實施的關鍵技術分析

王升海

摘 要：農業機械化生產在我國已基本實現了普及，且相關技術近年來得到了快速進步，農機使用的結構也由中小型農機逐漸向大型高效率農機轉變，這在一定程度上為農業機械向智能化發展創造了便利條件。通過分析智能農機在農業生產中的應用優勢，說明了智能農機實施過程所依托的關鍵技術，并對現階段智能農機的應用情況進行了總結。

關鍵詞：智能農機;關鍵技術;研究現狀

中圖分類號：S22??????? 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.09.012

0 引言

隨著社會科技整體的進步，很多行業的運營都從自動化開始向智能化轉型，農業作為我國的主要產業之一，也逐漸向智慧農業方向進步。農業機械作為農業生產的實施者，傳統的農機化作業自動化程度不高，對駕駛員的依賴很大，隨著自動化技術和智能化技術的普及，智能農機的研究取得了顯著成效，很多技術已經成型并開始應用于機械化生產中。近年來，國家重視農業機械化和農機裝備產業轉型升級，強調要加強物聯網、大數據、移動互聯網、智能控制、衛星定位等先進技術在農機裝備上的應用，智能農機的發展既符合行業發展趨勢，也順應了農業生產的實際需求，將能在未來的農業生產中創造巨大的效益。

1 智能農機的應用優勢

智能農機是多學科融合的產物，其以機械技術為主體，結合了計算機技術、網絡技術、通信技術、傳感器技術、監測技術等眾多先進科技，其應用于農業生產中具有諸多的優勢。

（1）提高了農業生產的精細化程度。智能農機由于通過計算機系統控制農業機械進行作業，其在實際作業中有效避免了傳統人工駕駛和操作產生的失誤和誤差，使翻耕、播種、施肥、植保、收獲等各個生產過程都精確實施，有效保證了不同工序機具之間的配合度。

（2）減少了人力勞動的工作負擔。由于自動控制系統的引入，農機作業過程基本不需要人工進行干預，農民的工作多在農機管理方面，這顯著改善了傳統的農業勞作模式，且提高了農業生產效率，智能農機化技術將會使農業生產的人力需求減少75%～90%。

（3）提高農業生產的安全性和農機使用壽命。多種傳感器技術和監測技術的應用使農機具關鍵功能位置的運行狀態能夠實時被感知，方便將獲取的數據進行傳遞并由處理器適時調整，對于故障問題能實現及時警報，自主停機，有效減少農機故障率和零部件損壞，并延長農機具的使用壽命。

（4）減少農機數量與作業次數。智能農機將實現傳統農機功能的進一步整合，使農機在作業時能夠一次性完成更多的農業生產任務，這使農民不需要購置過多的農機就能完成全部的農業生產，不僅提高了勞動生產效率，更降低了農機購置和使用成本。

2 智能農機關鍵技術

智能農機技術主要是在傳統農機基礎上加設環境感知系統、自身檢測系統、農機控制系統、農機功能實施系統，使農機達到智能行駛、智能作業、智能故障檢測等多種技術要求，智能農機功能系統如圖所示。

2.1 智能環境感知技術

智能農機對環境的感知主要通過三方面來實現，分別為衛星定位技術、雷達技術、視覺識別技術。其中衛星定位技術主要用于農業機械的導航使用，由于農業生產過程中環境因素復雜，很容易受到周圍環境的影響，導致衛星定位存在一定的偏差，或是在精準作業過程中衛星定位所能實現的誤差值不能滿足農業作業導航需求時，可通過激光雷達、視覺識別等輔助技術實現對農機行駛及方案實施的復合導航。近年來，視覺導航技術在智能農機研究與應用中使用逐漸增多，其不僅能夠實現對農機行駛、導航的輔助，還能夠用于識別目標作物、獲取農田信息、躲避障礙物等。通過視覺技術與雷達技術相配合，能有效獲取機具與周圍環境的距離、行駛方向、行駛速度等關鍵信息，并保證使農機的智能作業達到厘米精度。

2.2 工作狀態檢測技術

農機的工作狀態獲取對保障農機的正常作業具有重要意義，在智能農機設計過程中，需要對各個關鍵部件的運行狀態實現實時的撐握，這就需要在農業機械的關鍵作業位置布置多種功能的傳感器原件，用以檢測工作過程中部件溫度、壓力、振動、噪音、轉速等眾多數據。并將獲得的數據通過通信系統傳遞給控制器，由控制器進行數據分析后，判斷農業機械的運行是否正常?，F階段應用較多的檢測傳感器包括光線傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等。

2.3 智能農機的控制技術

智能農機的控制技術主要由中央控制器來完成，其多采用專用的計算機芯片，要求控制器具有良好的可靠性、擴展性與兼容性，能夠對環境感知和故障檢測所獲取的數據進行快速地分析與處理。并通過USB、DVI、以太網口等多種接口實現便捷的數據傳輸，為實現智能農機數據處理的高效率，新形式的智能農機很多采用雙控制器的設計，其主控制器用于處理和分析所獲得的數據，輔助控制器主要用于接收數據、程序調試和功能擴展，以實現系統控制的高性能要求。

2.4 農機功能實施技術

現階段，智能農機的主要功能研究在于智能駕駛、機具智能作業兩大方面，針對于智能駕駛主要包括電動助力轉向系統與環境感知技術相配合，很多農機在傳統的機械控制方式上對結構進行一定的改進，即可通過控制電機實現對農機行駛狀態的控制，也有很多研究機構致力于新的控制功能結構研究，逐漸簡化了傳統的人工駕駛結構，使機具只具備自動駕駛和遙控駕駛的兩大功能。對于機具智能作業方面而言，主要依靠機電一體化技術與智能控制技術相配合，在現階段成熟機型的基礎上增加眾多的檢測與輔助結構，能夠實現對耕地、播種、植保、收獲等作業過程的質量監測與機具狀態監測，有效保證智能農機功能的實施。

3 智能農機技術研究現狀

現階段我國的智能農機研究基本上實現了信息技術與智能傳感檢測技術的良好匹配，這為我國農機技術由自動化向智能化轉變奠定了基礎，但由于我國農機使用條件限制，在現在的農機生產中，大型農機行進機械應用占比較少，在一定程度上阻礙和農機行進技術的應用與試驗。目前，智能化技術只是部分的應用于農業生產之中，例如，農田信息的采集、農業機械作業過程的定位等，在傳統農機智能化功能方面，也基本上實現了對耕地、播種、灌溉、植保、收獲等環節的智能化控制，很多農機具上安裝了行進的傳感器與智能化系統，使現階段農業生產的農機具具備了智能化特點。

在此基礎上，我國智能農機現階段仍存在一定的發展困境，首先是關鍵技術缺失，例如：數據精準采集、視覺目標算法、組合式導航匹配等技術的研究仍需加強。同時，由于智能農機的研發，不僅僅需要傳統的農機人員，還需要更多其它學科的專業人才加入，而現階段具備相關科研實力及合理人員結構的團隊仍比較少，導致智能農機化的相關技術和總體發展速度相對緩慢。

3 結語

智能農機技術作為農業生產力向更科學方向轉型的關鍵技術，應當受到農機工作者和農業生產經營者的足夠重視。智能農機的應用不僅能夠顯著提高勞動生產效率，也在根本上改變了農業生產的運營形式，對于智能農機而言，其要實現實質性的發展，必須要依托于高度自動化的農業生產模式。這也要求我國政府和基層管理部門加快生產經營模式改革，促進我國農業向集約化和規?；l展，以保證智能農機裝備在研究和應用的過程中具有更廣闊的空間。

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