農(nóng)業(yè)機械故障信息采集技術發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢簡析

賈勝云，陳嘉琪，史 可，趙金雅

（江蘇農(nóng)林職業(yè)技術學院，212000，江蘇鎮(zhèn)江）

以大型拖拉機為代表的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機械常常會產(chǎn)生一系列故障，如由四輪定位偏差產(chǎn)生的震顫故障、變速箱齒輪嚙齒不準而產(chǎn)生的跳擋故障、機油管路問題產(chǎn)生的動力不足故障等。此類故障通常會導致兩方面的問題，一是對農(nóng)業(yè)機械自身而言會產(chǎn)生零件的磨損、損壞，二是不能進行精準作業(yè)，作業(yè)時產(chǎn)生誤差，甚至作業(yè)不當，對農(nóng)作物及土地造成破壞，所以對傳統(tǒng)農(nóng)用機械會定時進行保養(yǎng)。傳統(tǒng)的保養(yǎng)措施大多是基于人的觀察與檢查，如拖拉機使用前檢查剎車、儀表盤、輪胎氣壓，同時對柴油濾芯、機油濾芯等定期檢查更換。此類故障排除的方法既費時費力，又對觀察者有一定的技術要求，大大增加了農(nóng)機作業(yè)的成本。與此同時，相關技術人員的觀察只是基于表象，準確率不能達到百分之百，如果遺漏了一些機械故障，可能會造成相當大的安全隱患。

缺乏先進的農(nóng)業(yè)機械及相關技術，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機械故障檢測、故障類型判斷、故障定位及故障排除等，主要采用依靠實際經(jīng)驗及他人幫助等人工方法，如觀察法、聽診法、觸測法等傳統(tǒng)簡易故障診斷手段[1]，既缺少相關依據(jù)，故障診斷的結果和真實性存在偏差，又浪費相關資源和時間。

農(nóng)業(yè)信息采集也面臨類似的困擾，農(nóng)民獲得信息的渠道往往單一且時間漫長，信息采集技術和農(nóng)業(yè)機械結合并不緊密；或者農(nóng)民根據(jù)自己的經(jīng)驗判斷，會出現(xiàn)信息采集不及時、數(shù)據(jù)分析不夠科學合理甚至信息孤島和信息不對稱[2]等現(xiàn)象。

1 國內(nèi)農(nóng)業(yè)機械故障信息采集技術的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

第三次產(chǎn)業(yè)革命以來，伴隨著我國經(jīng)濟與科學技術的大力發(fā)展，計算機技術在農(nóng)業(yè)機械領域的應用愈發(fā)成熟。通過應用計算機技術，可以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械朝著高速、高效、大功率化的方向發(fā)展[3]，目前已有一批高精度、復雜化的農(nóng)業(yè)機械投入使用。然而由于農(nóng)業(yè)機械長期在惡劣的環(huán)境下工作，往往會產(chǎn)生故障，傳統(tǒng)的維修方法對新式農(nóng)業(yè)機械很難奏效，因此發(fā)展農(nóng)業(yè)機械故障診斷技術迫在眉睫。常見的故障信號處理方法主要有三種：時域分析法、頻域分析方法及時頻分析法[4]。常見的故障識別方法主要有以下幾種：對比分析法、數(shù)字模型分析法、故障樹分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡診斷法、專家系統(tǒng)診斷法。故障預警方面參照汽車行業(yè)使用的OBD（車載診斷系統(tǒng)）進行實時狀態(tài)監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)問題，即時報警。

農(nóng)機信息采集是一項復雜的系統(tǒng)工程，涵蓋多個學科與領域。由于早期的技術落后，我國農(nóng)機信息采集工程起步晚于發(fā)達國家，但是后來居上，發(fā)展非常迅速[5]。互聯(lián)網(wǎng)技術飛速發(fā)展，使得農(nóng)機信息采集技術不斷豐富完善，廣泛應用于拖拉機等農(nóng)業(yè)機械，成為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要推力。自1980 年代以來，經(jīng)過長期的實踐與完善，我國已建立專業(yè)的農(nóng)機信息采集網(wǎng)絡系統(tǒng)，健全農(nóng)機信息采集網(wǎng)絡平臺，能夠高效穩(wěn)定地為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供相應的技術服務支持[6]，對促進傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)改造和升級、加快推進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化和現(xiàn)代化、解決“三農(nóng)”問題、推動社會主義新農(nóng)村建設起到了重要作用。但受到農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展水平等因素的影響，我國農(nóng)機信息采集還存在某些方面的不足[7]。隨著國內(nèi)外農(nóng)機信息采集技術的不斷發(fā)展，相關農(nóng)業(yè)信息技術結合大數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)等先進一體化、智能無人化的新型技術，得以發(fā)展并且應用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領域。

（1）農(nóng)業(yè)傳感器技術。農(nóng)作物種類繁多，其各自采集的信號波段都不相同，適配不同種類的傳感器。通常我國使用的農(nóng)業(yè)傳感器主要是生命信息傳感器和環(huán)境信息傳感器。生命信息傳感器可以監(jiān)測作物的生理信息，例如作物含氮量、農(nóng)藥殘留量、成熟度、病蟲害等；環(huán)境信息傳感器可以監(jiān)測農(nóng)作物的生長環(huán)境，例如溫度、濕度、壓強、光照等。

（2）農(nóng)業(yè)智能機器人。農(nóng)業(yè)智能機器人集成了自控技術、信號處理技術、傳感器技術等多種先進技術，能夠代替人工進行部分農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動，提高生產(chǎn)效率。目前我國使用的農(nóng)業(yè)智能機器人主要用于農(nóng)產(chǎn)品加工與檢測、畜牧養(yǎng)殖、植物生長等領域。

（3）農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術依托快速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中發(fā)揮著重要的作用，可以實時監(jiān)控農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全過程，形成產(chǎn)業(yè)鏈、集約化的整體農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結構。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術由各個網(wǎng)絡子集系統(tǒng)綜合而成，一定程度上可以為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供技術支持，為生產(chǎn)效率的提高、農(nóng)作物產(chǎn)量的增加、生產(chǎn)成本的降低作出巨大貢獻。

2 國外農(nóng)業(yè)機械故障信息采集技術的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

目前數(shù)據(jù)庫開發(fā)與算法優(yōu)化、自控技術農(nóng)業(yè)化、農(nóng)業(yè)多媒體技術的運用等新領域是世界農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展趨勢。美國等西方國家由于工業(yè)化發(fā)展較早，在農(nóng)業(yè)信息技術方面一直處于領先地位，美國是農(nóng)業(yè)信息技術的領頭羊；日本、德國等發(fā)達國家緊隨其后；印度等發(fā)展中國家發(fā)展也較為迅速，緊跟世界的步伐[8]。

國外農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術廣泛應用于資源環(huán)境監(jiān)測、生產(chǎn)精細管理、食品安全保障等領域。發(fā)達國家利用不同種類的傳感器對農(nóng)作物從施肥播種到收獲采摘的整個生長過程都進行全方位監(jiān)測，包括溫度、濕度等信息。同時，對無線傳感器網(wǎng)絡這種新的技術領域也同步進行研究。

從20 世紀四五十年代開始，美國、澳大利亞、英國、加拿大等發(fā)達國家已經(jīng)基本實現(xiàn)了初步農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)，到現(xiàn)在機械化水平已經(jīng)很高，體系相對成熟，因此對農(nóng)業(yè)機械故障診斷技術的研究也較早，相對比較領先[9]。

3 結語

隨著5G 通信技術和云計算技術的不斷應用，農(nóng)業(yè)機械更加向著智能化的方向發(fā)展，信息采集監(jiān)測裝置對智能農(nóng)業(yè)裝備來說至關重要，而以無人駕駛農(nóng)機為代表的智能農(nóng)業(yè)裝備將更加依賴于故障信息采集技術的發(fā)展而進步。