計(jì)算機(jī)智能化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化中的應(yīng)用

江 超，岳志陽，王貝貝

（南陽職業(yè)學(xué)院，河南 南陽 474550）

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，人們?cè)絹碓街匾暽a(chǎn)活動(dòng)的效益和質(zhì)量，尤其是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)效益和生產(chǎn)質(zhì)量是農(nóng)民最關(guān)注的問題。農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化的普及，極大地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，減輕了農(nóng)民勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，但與其他產(chǎn)業(yè)比起來，農(nóng)業(yè)作業(yè)仍是較為費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工作。若將計(jì)算機(jī)智能化技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化中，不僅能夠推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展，極大地提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，而且能夠保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化和科學(xué)化，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，推動(dòng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，計(jì)算機(jī)智能化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化應(yīng)用中起到十分重要的作用。計(jì)算機(jī)智能化技術(shù)無疑為農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化發(fā)展注入了新動(dòng)能，廣大農(nóng)業(yè)工作者應(yīng)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的推廣。

1 計(jì)算機(jī)智能化技術(shù)概述

智能化技術(shù)英文簡稱AI，是對(duì)人的智力進(jìn)行仿真與擴(kuò)展的一種新科技。智能是人類與普通動(dòng)物所不同的一個(gè)重要特點(diǎn)。智能是人類的感知、學(xué)習(xí)、理解和思考的力量。智能化技術(shù)是一門研究、理解、模擬人類智能，并發(fā)現(xiàn)其規(guī)律的技術(shù)。智能化技術(shù)屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)的范疇，目的在于試圖理解智能本質(zhì)并制造一種與人的智能類似的新型智能機(jī)械設(shè)備[1]。智能化技術(shù)的研究范圍包括機(jī)器人、語言識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語言處理以及專家系統(tǒng)。從計(jì)算機(jī)智能化技術(shù)的出現(xiàn)到現(xiàn)在，其原理和功能已經(jīng)越來越完善，用途也越來越廣泛。由此可見，在不久的將來，智能化相關(guān)技術(shù)將會(huì)成為人類智慧的結(jié)晶，代表著整個(gè)世界的科學(xué)技術(shù)水平。智能化技術(shù)的運(yùn)作過程是一種模仿人類意識(shí)、思維等信息的活動(dòng)過程，雖然不是人類的智慧，但其思維方式和人類一樣，甚至有可能會(huì)超越人類的智慧。AI是一門具有高度挑戰(zhàn)的學(xué)科，相關(guān)工作人員需要具備一定的計(jì)算機(jī)、心理學(xué)和哲學(xué)基礎(chǔ)。通常而言，智能化技術(shù)的一個(gè)重要目的就是要讓機(jī)器設(shè)備去做那些要靠人的智力才能勝任的繁重工作[2]。

2 農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化技術(shù)的主要特征

2.1 實(shí)時(shí)管控

農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)之一[3]。農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)是以電氣控制為基礎(chǔ)而設(shè)計(jì)的，在具體操作時(shí)，信號(hào)傳輸速度極快，通過實(shí)時(shí)的信號(hào)對(duì)程序進(jìn)行操控，實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化保護(hù)，以此有效地管控農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備。

2.2 高可靠度

在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化操作過程中，所有I/O的輸入、輸出信號(hào)均進(jìn)行了光電隔離處理，從而實(shí)現(xiàn)了在農(nóng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行過程中，外接電路和控制器內(nèi)部電路的電氣絕緣[4]。為了避免農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備在作業(yè)過程中受到影響，均對(duì)控制系統(tǒng)里的各模塊采用了相對(duì)屏蔽措施，并對(duì)電氣控制元件進(jìn)行了嚴(yán)密的篩選，如選用分辨能力強(qiáng)、可靠性強(qiáng)的傳感器。

2.3 自我診斷故障

在農(nóng)業(yè)機(jī)械計(jì)算機(jī)智能化技術(shù)中，傳感技術(shù)是核心技術(shù)之一[5]。裝有傳感器的農(nóng)機(jī)設(shè)備可以快速地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析，并檢測各種類型的故障，以此提高農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)的精準(zhǔn)性。在惡劣的農(nóng)業(yè)作業(yè)條件下，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種問題，而自動(dòng)化系統(tǒng)中的傳感器具備很強(qiáng)的自我診斷能力。當(dāng)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的某個(gè)零件出現(xiàn)了問題，它就會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，停止運(yùn)行，在進(jìn)行診斷后，會(huì)自動(dòng)修復(fù)。同時(shí)，隨著科技的飛速發(fā)展，許多高性能的處理器和處理系統(tǒng)已被開發(fā)，以確保能有效處理故障。

2.4 配置組合簡單靈活

目前，中國引進(jìn)了先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)和傳感技術(shù)，I/O卡件的類型比較多，各大廠商生產(chǎn)的自動(dòng)化控制元件和設(shè)備比較簡單，組合較為簡單靈活，可以根據(jù)各種農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的需要，選用不同的現(xiàn)場控制系統(tǒng)，并針對(duì)不同的操作程序，選擇不同的現(xiàn)場信號(hào)，如脈沖或電位、開關(guān)量或模擬量、具有與工廠中裝置相關(guān)的 I/O模塊等。此外，目前大部分的自動(dòng)控制系統(tǒng)都是模塊化的，以滿足不同的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的需求，如CPU、供電、I/O等組件都是模塊化的，通過支架和纜線把各個(gè)模塊相互連接，根據(jù)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的需要，自動(dòng)配置相應(yīng)的控制系統(tǒng)。

3 計(jì)算機(jī)智能化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化中的現(xiàn)狀

3.1 基礎(chǔ)設(shè)施配置不足

當(dāng)前，由于農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化技術(shù)尚未普及，且計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施配置未達(dá)到要求，致使農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化技術(shù)無法完全地發(fā)揮作用。造成這些問題的原因主要有以下幾個(gè)方面：一是計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代比較迅速，鄉(xiāng)村因通信設(shè)施落后，無法與計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展相匹配；二是農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化技術(shù)創(chuàng)新投入大，許多農(nóng)戶都支付不起；三是部分農(nóng)村的發(fā)展相對(duì)滯后，互聯(lián)網(wǎng)通信設(shè)備還不完善，一些農(nóng)戶負(fù)擔(dān)不起上網(wǎng)費(fèi)用，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施配置不足，這些既制約了農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化技術(shù)的發(fā)展，也影響了農(nóng)戶的學(xué)習(xí)創(chuàng)新熱情。

3.2 專業(yè)技術(shù)人員短缺

由于許多農(nóng)戶受教育水平普遍較低，加之缺乏計(jì)算機(jī)職業(yè)培訓(xùn)等問題，許多農(nóng)戶不能熟練運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，更無法了解農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化技術(shù)[6]。此外，在農(nóng)村，由于工作條件惡劣等原因，很多專業(yè)技術(shù)人員不肯從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作，導(dǎo)致農(nóng)村專業(yè)技術(shù)人員短缺，使得計(jì)算機(jī)智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)中的應(yīng)用效果不明顯，發(fā)展速度較為緩慢。

3.3 重視程度不夠

由于傳統(tǒng)的農(nóng)耕觀念早已扎根于農(nóng)村，所以對(duì)于計(jì)算機(jī)智能技術(shù)的運(yùn)用，廣大農(nóng)戶并不了解，甚至還有部分農(nóng)戶對(duì)于計(jì)算機(jī)智能技術(shù)持有懷疑的心態(tài)。

與農(nóng)業(yè)機(jī)械計(jì)算機(jī)智能化技術(shù)相比，有些農(nóng)戶更傾向于依靠以往的耕作方式，憑借自身的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行農(nóng)業(yè)作業(yè)，而忽略了計(jì)算機(jī)智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化中的重要作用。因農(nóng)戶未能重視農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化技術(shù)，使得計(jì)算機(jī)智能技術(shù)無法充分發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值。

4 計(jì)算機(jī)智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化中的應(yīng)用

4.1 農(nóng)作物生產(chǎn)監(jiān)測自動(dòng)化

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，將智能化的農(nóng)機(jī)設(shè)備應(yīng)用到實(shí)際操作中，可以使農(nóng)作物的監(jiān)測工作達(dá)到自動(dòng)化水平。在安裝自動(dòng)化的農(nóng)業(yè)機(jī)械系統(tǒng)后，電腦就成了實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制的核心工具[7]。通過電腦對(duì)農(nóng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行操控，并將其投入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，以獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。比如，在現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)作物的種植方式以及種植場所逐漸發(fā)生變化，而種植在大棚里的農(nóng)作物，采用全自動(dòng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械智能技術(shù)進(jìn)行作業(yè)，可監(jiān)測棚里土壤的水分、溫度，能夠滿足動(dòng)態(tài)監(jiān)測的需要，監(jiān)測范圍廣、時(shí)間長，可實(shí)現(xiàn)對(duì)作物生長情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測。同時(shí)，利用電腦技術(shù)對(duì)大棚的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化的分析和處理，能實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物生長溫度和光照的智能化調(diào)控，為農(nóng)作物的生長創(chuàng)造出更加合適的環(huán)境。此外，將農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物發(fā)芽、生長、收割等各個(gè)過程的自動(dòng)監(jiān)控，部分農(nóng)機(jī)設(shè)備還能及時(shí)地采摘、貯存，清理農(nóng)作物的生長空間，為以后的播種做好充分的準(zhǔn)備，以此提高農(nóng)業(yè)的整體效益。

4.2 農(nóng)作物灌溉自動(dòng)化

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，灌溉是一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。將智能化技術(shù)引入到農(nóng)業(yè)機(jī)械中時(shí)，某些農(nóng)機(jī)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的排水和灌溉自動(dòng)化。在我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，水資源是一個(gè)不可或缺的生產(chǎn)因素[8]。將農(nóng)業(yè)機(jī)械智能技術(shù)用于灌溉中，既能提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和灌溉的效果，又能有效地控制農(nóng)業(yè)用水，從而達(dá)到節(jié)水的目的，把“節(jié)約用水”的思想融入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，推進(jìn)節(jié)水型農(nóng)業(yè)的發(fā)展。在進(jìn)行農(nóng)作物灌溉之前，有關(guān)部門可以根據(jù)農(nóng)田面積、農(nóng)作物的密度和農(nóng)作物的生長需要，自動(dòng)地對(duì)農(nóng)田需水量進(jìn)行分析，然后通過對(duì)農(nóng)機(jī)設(shè)備的精確控制，科學(xué)地對(duì)農(nóng)田進(jìn)行灌溉。在這一時(shí)期，農(nóng)用灌溉設(shè)備主要有傳感設(shè)備、大數(shù)據(jù)監(jiān)測分析平臺(tái)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等。農(nóng)民可以通過自動(dòng)化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和灌溉，來進(jìn)一步提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平，促進(jìn)農(nóng)作物的生長，保證農(nóng)作物的質(zhì)量和產(chǎn)量。

4.3 農(nóng)產(chǎn)品包裝檢驗(yàn)自動(dòng)化

自動(dòng)化的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備不只用于農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)，還用于農(nóng)產(chǎn)品的銷售、包裝以及質(zhì)量檢測等領(lǐng)域[9]。首先，智能化技術(shù)推動(dòng)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的變革，使農(nóng)產(chǎn)品的經(jīng)營過程得到了優(yōu)化，同時(shí)使得農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)和包裝模式得到改善。在農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展過程中，有關(guān)部門研制出了一種全自動(dòng)檢測包裝裝置，其關(guān)鍵技術(shù)就是通過智能化的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備來自動(dòng)檢測農(nóng)產(chǎn)品的外觀尺寸和大小。其次，在農(nóng)產(chǎn)品裝檢的過程中，有關(guān)部門也可利用自動(dòng)圖像技術(shù)，對(duì)農(nóng)作物的各生長參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過對(duì)農(nóng)作物生產(chǎn)數(shù)據(jù)和生長信息進(jìn)行分析，建立了一個(gè)三維的可視化模型，為農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)提供了詳盡的數(shù)據(jù)依據(jù)。在農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展過程中，農(nóng)產(chǎn)品包裝檢驗(yàn)的自動(dòng)化發(fā)展越來越突出，而農(nóng)產(chǎn)品包裝和質(zhì)量檢測等環(huán)節(jié)也表現(xiàn)出了“集約型”特征。農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍越來越廣，促進(jìn)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的相互融合，進(jìn)一步增強(qiáng)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人員的專業(yè)能力、綜合素質(zhì)，為我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)造了良好條件。

4.4 農(nóng)業(yè)管理自動(dòng)化

將智能化的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備應(yīng)用到現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)管理中，可以使農(nóng)業(yè)管理更加精確。首先，利用電腦技術(shù)，可以研制出一套農(nóng)田作業(yè)管理系統(tǒng)，將其與GPS接收系統(tǒng)相連，即可繪出農(nóng)用地圖，并將不同地區(qū)的作物產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。然后，在農(nóng)業(yè)管理過程中，通過對(duì)田間的土壤樣品以及植株葉子進(jìn)行分析，判斷農(nóng)作物的生長狀況。在農(nóng)作物的生長發(fā)育過程中，該系統(tǒng)還能采集到農(nóng)作物的飛行影像，根據(jù)農(nóng)作物的生產(chǎn)情況，準(zhǔn)確地判斷出不同區(qū)域農(nóng)作物的施肥需求量和農(nóng)作物的種植密度[10]。其次，GPS接收系統(tǒng)與農(nóng)用自動(dòng)管理系統(tǒng)結(jié)合后，可以對(duì)農(nóng)田中拖拉機(jī)、收割機(jī)等農(nóng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，方便農(nóng)業(yè)工作者對(duì)農(nóng)作物施肥、打藥、收割、播種等作業(yè)進(jìn)行精確管理，從而有效地改善農(nóng)作物周邊的生態(tài)環(huán)境。最后，農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化還能使農(nóng)用設(shè)備的定位更加精確，并且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化控制。例如，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，利用GPS接收系統(tǒng)，農(nóng)機(jī)設(shè)備可以將種子、農(nóng)藥、肥料等精確投放到相應(yīng)的位置，實(shí)現(xiàn)高效收割、高效播種、高效施肥等精細(xì)管理，凸顯出農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化在農(nóng)業(yè)管理中的應(yīng)用效果。

5 結(jié)語

在當(dāng)前的市場環(huán)境下，農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域要與時(shí)俱進(jìn)，根據(jù)當(dāng)前的實(shí)際情況進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)的優(yōu)化和創(chuàng)新，而智能化技術(shù)的應(yīng)用給農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展帶來了廣闊的發(fā)展前景。隨著計(jì)算機(jī)智能技術(shù)的不斷改革，農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能化應(yīng)用也迎來巨大的發(fā)展空間，相關(guān)種植者要重視智能化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化中的應(yīng)用，緊跟時(shí)代的步伐，提高自身的信息化水平，積極引入先進(jìn)的智能化農(nóng)機(jī)設(shè)備，熟悉各種智能化技術(shù)在溫室栽培、施肥灌溉以及收割等方面的應(yīng)用，以此提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益，進(jìn)一步推進(jìn)中國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。