農業機械智慧管理系統與農機智慧終端功能研究

趙 宇

(黑河市愛輝區農業綜合行政執法大隊，黑龍江 黑河 164300)

0 引言

近年來，我國農業生產水平得到了持續提升，生產過程無論是作物品種選擇、農藝技術還是農業機械設備均實現了全面升級，農業生產過程的合理性與自動化程度進步明顯。在現代化農業生產中，各個農藝步驟主要依靠農業機械作業完成，農機裝備的技術先進性對農業生產的作業質量和最終效益影響很大。為進一步提升農業生產水平，我國近年來加強了對智慧農業的推廣與應用，強調智慧農業發展的重要性，在農機技術由自動化向智能化升級的過程中，其自動控制、智能判斷、自主決策等功能的實現尤為重要。同時，利用計算機技術結合地理信息系統、監測系統等先進技術對農機進行智慧管理，有利于提高農機作業率和作業合理性，為智慧農業的實施提供保障。

1 農業機械化生產的現狀分析

現階段，我國的農業生產的適宜地區已經基本實現了農業機械化作業，且農機的技術先進性和配套動力呈上升趨勢，傳統的功能單一的農機產品逐漸被功能集成的聯合作業機械所替代，降低了生產的復雜程度，合理性得到了明顯提升。截至2020年末，我國農作物耕種收綜合機械化率達71.25%，小麥、玉米、水稻三大主要糧食作物的耕種收綜合機械化率分別達到97.19%、84.35%、89.76%，農業機械化生產的初級目標已經基本實現。

從農業機械的應用來看，目前農業機械化生產中存在以下問題：一是農業機械使用合理性不盡如意，很多農業機械具有良好的技術先進性，但在農業機械作業的時機選擇、作業方案選擇等方面存在明顯的不合理問題，在一定程度影響農機作業的質量；二是農業機械的利用率不高，大量的先進農機產品僅應用于有限的耕地使用，造成每年機具應用時間短，大量時間處于閑置狀態，造成了農機資源的浪費；三是農業機械自動化程度仍不足，農機化生產對于人力的依賴性仍較強，隨著農村地區勞動人口的縮減，對農業機械的自動化生產能力提出了更高要求；四是農業機械作業的監督管理流程繁瑣，農機監管部門受到農機數量多、工作人員少的制約，對于農機的作業質量、使用規范性的監督檢查缺乏廣泛性與有效性，且很多農機作業補貼的核定緩慢，造成發放不及時，影響農民按政策購機的積極性。因此，如何從智慧農機的理念出發，在現階段農業機械廣泛普及的有利條件下建設和發展更合理的智慧農機生產體系，成為農機產業未來發展的關鍵[1]。

2 農業機械的智慧管理系統

2.1 內涵與價值

農業機械的智慧管理系統是指針對農業生產中使用的農業機械進行數字化管理的系統，其包括生產經營者使用的管理系統和農機管理部門使用的管理系統兩大部分。農業機械的智慧管理系統是現代農機化生產的現實需求，尤其在現階段計算機技術、大數據技術、網絡技術、通訊技術全覆蓋的情況下，實現對農業機械的智慧管理已成為可能。建立和推廣農機智慧管理系統具有以下實際價值：首先，農機智慧管理系統能夠將先進農機裝備的數據存入系統，方便生產經營者查閱農機信息，尤其對于大型農場和農機合作社，便于在農忙前做好農機的任務分配；其次，從政府管理的角度看，利用智慧管理系統能實現農機位置、作業情況、完成作業任務量等的智能評估，便于農業機械的監管和農機作業補貼的發放；再次，智慧管理系統能與環境監測等技術結合，為機械化作業提供時機建議和方案建議，幫助農業生產更合理地開展耕整地、播種、灌溉、植保、收獲等作業；此外，智慧管理系統還有利于農業機械在完成作業任務后開展農機服務和租賃作業，有利于農機管理部門對農機資源進行調配，提高農業機械使用率和實際收益[2]。

2.2 功能研究

2.2.1 主要技術路線

從我國農業生產的現實情況來看，農業機械的智慧管理系統主要需要實現4方面的功能，分別為數據獲取與傳輸、模型化數據判斷與分類、數據決策與人機交互、農機電子數據檔案化(圖1)。首先，數據獲取與傳輸是系統正常運營的基礎，要實現數據獲取，需要智慧管理系統配套全面的軟件與硬件，軟件方面應當全面梳理農業機械化生產的關鍵影響因素，形成數據獲取的條目和所需參數，形成數據獲取的傳輸利用方案，然后根據軟件的需求配套硬件，包括配套數據網絡、衛星定位設備、視頻監測設備、傳感器等，實現對作物田間信息、土壤溫濕度、病蟲害情況、農機參數、作業位置、行駛速度、氣候因素等全面獲取；其次，完成信息傳輸后對獲取的數據信息進行計算機模型的處理，篩選有效信息，排除無用信息，對信息進行分類，便于后續利用；再次，利用CPU和預設程序對比季節、農田狀態、農作物狀態等數據，自主決策需要使用的農業機械種類、數量，并根據農機性能給出相應作業方案，同時，智慧管理系統還應具有良好的人機交互功能，方便使用者對農機的作業信息、作業方案進行修改，或是通過智慧管理系統查看閑置農機的數量、狀態，為閑置農機分配其他任務，減少農機資源的閑置浪費；最后，除用于管理農機進行作業外，農機智慧管理系統還應對農業機械的產品參數、特色、以往作業中的作業量、效率、故障率等進行智能記錄，便于經營管理人員和政府部門對農業機械的管理與調配[3]。

圖1 農機管理系統的組成

2.2.2 功能實現途徑

1)軟件系統的搭建。首先，在完成農機智慧管理系統主體方案的基礎上進行細節設計與功能開發，管理軟件的功能對于農業機械化生產的合理實施影響很大，因此，農戶應與軟件開發和設計的技術人員共同進行功能的設計，設計過程應充分結合當地農業生產習慣、地形地貌、農機產品種類、農機數量等因素，做到軟件系統的搭建因地制宜；其次，軟件的基礎功能就是便于管理，應考慮農民使用的便捷性，保證功能簡單、直觀，常規的軟件功能布局邏輯為基礎功能層→方案調整層→數據訪問層→數據調試層→數據存儲層；再次，要保證軟件系統功能與關鍵的傳感器、衛星數據、GIS數據相匹配，合理設計軟件系統決策的閾值，建立數據處理模型，實現數據獲取與田間三維場景相匹配，同時，利用農村地區的web網絡，建立網絡信息的管理功能，將管理系統中的各項數據傳輸到管理端，使用者可以通過計算機或手機查看實時的田間作業信息；此外，預設功能的擴展模塊，方便農機智慧管理系統能夠根據農業生產模式、農機種類的變化而調整和升級，并保證智慧管理系統能夠與當地農機管理部門的農機指揮平臺及農機廠家的技術部門建立連接，滿足生產過程的管控、指導、技術服務全實現，對農機化生產的順利實施提供深度保證[4]。

2)硬件設施的匹配。硬件設施的匹配是農機智慧管理系統功能顯現的保證，智慧管理系統的硬件需求如圖2所示。對于管理系統的硬件設施匹配主要有兩方面的工作：一是與農田周邊現有基礎設備的關聯，例如，將智慧管理系統與農田附近的衛星基站、無線通訊網絡、田地定位邊界、GIS數據、遙感數據系統、氣象數據等相關聯，實現低成本的硬件設施構建；二是無法利用現有基礎設施的，應當根據軟件系統的功能需求進行增設，常見的硬件增設項如數據處理主機、WIFI通訊設備、農機配套終端、農田土壤溫濕度傳感器、病蟲害視覺監測等設備，其成本還涉及相應的技術安裝、調試等費用[5]。

圖2 智慧管理系統的硬件需求

3 農機智慧終端所需功能

3.1 現階段所需功能

現階段，農業機械的自動化程度逐漸提高，生產作業過程中的耕整地、播種、植保、施肥、灌溉、收獲等工作可通過人工操作相應的農機裝備完成，現階段的農機化作業特點是自動化程度較高、智能化程度不足。針對現有農機而言，為實現農機裝備的智慧管理，其所需具備的基本功能包括：衛星定位、無線通訊、作業數據傳輸三方面，所需增設的硬件設施包括車載衛星定位終端、網絡通訊或衛星通訊設備、部分傳感器設備等，蓄能將農機裝備的位置、行駛速度、關鍵工作部件的轉速及受理情況等傳輸到智慧管理系統，并能接收管理系統提供的相關信息[6]。若在此基礎上，要進一步提升，農機智慧終端的性能，還可增設輔助駕駛設備、故障檢測設備，用以彌補不同駕駛員駕駛技術差異造成的作業質量問題，并避免農機裝備出現嚴重故障問題。通過對輔助駕駛設備和故障檢測設備獲取信息的監管，智慧管理系統能夠判斷并提醒駕駛員的不規范駕駛行為，也能幫助農機管理部門和生產經營人員監管農機的作業過程。

3.2 農機發展所需功能

從發達國家農機發展趨勢及我國農機政策要求來看，農業機械的智能化發展已成必然趨勢，在智慧農業的激勵下，未來的農業生產很可能采用無人農場的作業模式，這對智慧管理系統的要求更高，同時也要求農業機械具備更豐富的終端功能，農機的智慧終端還需具備線路識別、環境感知、自動駕駛、人機交互等功能，需要在農機裝備中增設性能優良的處理器設備，并根據農機作業特點對耕深、植保噴霧高度、播種量等實現智能調節和智慧終端的遠程調試，促使農業機械全面向智能化發展[7]。

4 結語

科技的快速發展造就了時代的日新月異，我國的農業機械化進程在科學技術的推動下實現了快速進步，用幾十年的時間走完了發達國家百年的歷程，我們起步于高點也應為農機技術的發展貢獻更多力量，智慧農業和智能農機也成為農業發展的大趨勢。從目前我國農業機械化的普及程度來看，已經初步具備了發展農業機械智能化的能力，從建立農機智慧管理系統和為現有農機增設智能終端來逐步實現農業機械化化生產向智能化轉型，有利于促進我國農機技術趕超世界水平，為農業的長久科學發展提供助力。