農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化及農(nóng)業(yè)智能化應(yīng)用分析*

李雋鈺 ，董幫源

（合肥職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230000）

發(fā)展現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)，不僅需要通過(guò)創(chuàng)新栽培技術(shù)與挑選優(yōu)質(zhì)品種實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也需要借助現(xiàn)代化先進(jìn)科技手段、應(yīng)用農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備，以提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平和生產(chǎn)效率。實(shí)踐證明，使用自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備以及智能化控制方式，徹底轉(zhuǎn)變了我國(guó)傳統(tǒng)生產(chǎn)模式。隨著農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼政策的不斷完善，近年來(lái)我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化成績(jī)斐然。借助計(jì)算機(jī)信息技術(shù)以及傳感器技術(shù)等新技術(shù)，我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展獲得了新動(dòng)能。

1 農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化與智能化現(xiàn)狀

隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中隨處可見(jiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的身影，在一定程度上降低了農(nóng)業(yè)人力勞動(dòng)成本，為農(nóng)民提供了更加便捷的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。然而，我國(guó)現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)用水平仍處于相對(duì)較低的狀態(tài)[1]，所使用到的機(jī)械技術(shù)相對(duì)較為單一，仍舊存在著過(guò)度依賴人工操作的問(wèn)題?，F(xiàn)階段農(nóng)業(yè)機(jī)械更多的是為了在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中提升作業(yè)效率。盡管我國(guó)對(duì)于在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中購(gòu)置農(nóng)機(jī)制定了相應(yīng)的補(bǔ)貼政策，但是對(duì)于大多數(shù)農(nóng)民而言，大型自動(dòng)化農(nóng)機(jī)設(shè)備價(jià)格仍較為昂貴，導(dǎo)致農(nóng)民在選擇機(jī)械設(shè)備時(shí)，更加傾向于購(gòu)買價(jià)格較為低廉的中小型農(nóng)機(jī)設(shè)備[2]。

2 農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化與智能化在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 自動(dòng)灌溉設(shè)備

自動(dòng)灌溉設(shè)備是在現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中較為常見(jiàn)的自動(dòng)化農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備之一。在應(yīng)用中，通過(guò)在農(nóng)田中自動(dòng)完成數(shù)據(jù)分析，可以根據(jù)土壤狀況實(shí)施科學(xué)合理的自動(dòng)化灌溉。相較傳統(tǒng)灌溉技術(shù)而言，使用自動(dòng)化灌溉設(shè)備不僅能夠提高灌溉效率，節(jié)約人力成本，同時(shí)還可以確保精準(zhǔn)灌溉，避免水資源浪費(fèi)。在農(nóng)田周圍鋪設(shè)水管，在遠(yuǎn)程控制終端輸入需灌溉農(nóng)田范圍以及種植的農(nóng)產(chǎn)品類型。由控制終端分析數(shù)據(jù)，檢測(cè)土壤含水量，控制灌溉孔的出水量，設(shè)定更加精細(xì)的出水參數(shù)。自動(dòng)化灌溉能夠?yàn)檗r(nóng)田提供更加精準(zhǔn)的灌溉作業(yè)，形成科學(xué)合理的農(nóng)業(yè)灌溉[3]。

自動(dòng)灌溉設(shè)備中結(jié)合了多種不同的先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，包括智能控制器、無(wú)線智能網(wǎng)關(guān)、太陽(yáng)能電池板、無(wú)線采集器以及各類傳感器等。通過(guò)傳感器采集農(nóng)田當(dāng)前灌溉信號(hào)，傳遞給智能控制模塊。由通信傳輸系統(tǒng)向控制中心以及上位機(jī)傳遞傳感器所采集到的灌溉信號(hào)，然后在中心顯示臺(tái)進(jìn)行顯示并自動(dòng)儲(chǔ)存處理。

結(jié)合實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)，按照相應(yīng)的農(nóng)田灌溉需求量設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比判斷，從而控制自動(dòng)灌溉設(shè)備電磁閥的開(kāi)啟與關(guān)閉，設(shè)定自動(dòng)灌溉時(shí)間，實(shí)現(xiàn)智能化灌溉效果。以某農(nóng)田灌溉為例，應(yīng)用PLC智能控制系統(tǒng)對(duì)植物進(jìn)行灌溉，共設(shè)定三種不同的灌溉植物類型：A類為水生植物、B類為需水類植物、C類為一般植物。根據(jù)不同植物類型，在灌溉時(shí)，所設(shè)定的時(shí)間有所不同。對(duì)水生植物進(jìn)行灌溉時(shí)，開(kāi)啟液位開(kāi)關(guān)，需保持在最小液位值與最大液位值之間，保持全天候持續(xù)灌溉。需水類植物需要在每日6：00—6：30以及夜間23：00—23：30自動(dòng)噴灌。普通植物則每隔一天在晚上23：00進(jìn)行灌溉即可，每次灌溉時(shí)長(zhǎng)需達(dá)到10 min。根據(jù)灌溉植物的要求，滿足灌溉需求建立在PLC控制系統(tǒng)核心基礎(chǔ)之上，自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，包括電源、電磁閥、電機(jī)、液位開(kāi)關(guān)、實(shí)時(shí)鐘信號(hào)等，并使用220 V交流電源進(jìn)行供電。

在灌溉過(guò)程當(dāng)中，不同水位產(chǎn)生的水壓參數(shù)不同，對(duì)A類植物進(jìn)行灌溉時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到最低水位點(diǎn)，通過(guò)液位開(kāi)關(guān)向PLC控制系統(tǒng)輸出水位信號(hào)，自動(dòng)控制開(kāi)啟一號(hào)電磁閥，指示燈亮，先行連接電機(jī)。2 s后，電機(jī)以三角形的形式完成連接，控制一號(hào)電機(jī)打開(kāi)水泵運(yùn)作，向水池中注水。當(dāng)水位達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)，通過(guò)液位開(kāi)關(guān)向PLC輸出信號(hào)，從而控制一號(hào)電磁閥斷電，熄滅指示燈，電機(jī)停止運(yùn)行。水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)，完成注水作業(yè)。

對(duì)B類植物進(jìn)行自動(dòng)化灌溉時(shí)，由于需要定點(diǎn)灌溉，則需要借助于實(shí)時(shí)鐘在規(guī)定時(shí)間內(nèi)自動(dòng)開(kāi)啟或斷開(kāi)灌溉系統(tǒng)。B類植物對(duì)應(yīng)二號(hào)電磁閥在每天晚上23：00自動(dòng)開(kāi)啟，電磁閥指示燈亮，啟動(dòng)二號(hào)電機(jī)，帶動(dòng)二號(hào)水泵開(kāi)啟灌溉工作；當(dāng)時(shí)間到達(dá)23：30，斷開(kāi)電磁閥，則二號(hào)電機(jī)關(guān)閉，停止灌溉作業(yè)。次日6：00開(kāi)啟二號(hào)電磁閥，帶動(dòng)電機(jī)水泵再次開(kāi)始灌溉作業(yè)，30 min后自動(dòng)斷開(kāi)電磁閥，停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

對(duì)C類植物進(jìn)行灌溉作業(yè)時(shí)，同樣需要借助于實(shí)時(shí)鐘對(duì)灌溉系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化控制，確保其在規(guī)定時(shí)段內(nèi)開(kāi)啟或關(guān)閉。每隔一天，需要在晚上23：00進(jìn)行灌溉，這里需要應(yīng)用到兩個(gè)計(jì)數(shù)器，從而達(dá)到灌溉延時(shí)的作用。確保每次灌溉能夠達(dá)到10 min以上。每隔一天進(jìn)行灌溉，則表示灌溉時(shí)間為48 h間隔。每48 h自動(dòng)開(kāi)啟噴頭進(jìn)行噴水作業(yè)，由三號(hào)電機(jī)帶動(dòng)水泵完成灌溉作業(yè)，這一灌溉過(guò)程中計(jì)數(shù)器具有替代繼電器的作用。

2.2 植保無(wú)人機(jī)

作為一種新型的遙控式小型噴藥飛機(jī)，植保無(wú)人機(jī)體型較小，但具有強(qiáng)大的功能，農(nóng)藥負(fù)重最高可達(dá)到10 kg。在低空飛行過(guò)程中，通過(guò)旋翼產(chǎn)生向下氣流，以較強(qiáng)的穿透性促使農(nóng)藥對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生較好的病蟲害防治效果，遠(yuǎn)距離進(jìn)行農(nóng)藥噴灑，確保工作安全性；并結(jié)合視頻器件搭載運(yùn)行，能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控病蟲害問(wèn)題[4]。作為發(fā)達(dá)地區(qū)常應(yīng)用到的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)之一，植保無(wú)人機(jī)在歐美以及日本等國(guó)家早已普及應(yīng)用。而我國(guó)在2016年開(kāi)始逐漸在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中投入植保無(wú)人機(jī)，取得了良好的應(yīng)用效果。具體來(lái)講，植保無(wú)人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的優(yōu)勢(shì)如下。

首先，通過(guò)圖像分析技術(shù)以及監(jiān)控技術(shù)，植保無(wú)人機(jī)可以遠(yuǎn)程飛行監(jiān)控農(nóng)作物，借助于攝像頭拍攝農(nóng)作物生長(zhǎng)狀態(tài)。根據(jù)圖像分析了解農(nóng)作物的生長(zhǎng)階段，從而科學(xué)合理地進(jìn)行施肥灌溉等作業(yè)，確保農(nóng)作物健康生長(zhǎng)。

其次，植保無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中同樣具有噴霧功能，在農(nóng)作物生長(zhǎng)中，需要使用農(nóng)藥防治病蟲害時(shí)，則可以由植保無(wú)人機(jī)攜帶農(nóng)藥噴灑作業(yè)。由于植保無(wú)人機(jī)本身為充電設(shè)備，在噴霧作業(yè)時(shí)，若出現(xiàn)電池電量不足，或是攜帶農(nóng)藥用完等問(wèn)題，通過(guò)設(shè)備自檢，會(huì)及時(shí)返回控制中心自動(dòng)充電或由人為完成藥物補(bǔ)裝，解決問(wèn)題后重新返回農(nóng)田開(kāi)展噴霧作業(yè)。并且，借助于植保無(wú)人機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行藥物噴灑，能確保形成更為科學(xué)的噴射用量。根據(jù)圖像檢測(cè)、農(nóng)田中的病蟲害實(shí)際情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)農(nóng)藥劑量，從而有效避免了以往農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥用量過(guò)度造成環(huán)境污染的問(wèn)題，并提升了病蟲害防治的科學(xué)性，減少了藥品浪費(fèi)，有利于環(huán)境保護(hù)[5-6]。

2.3 自走式聯(lián)合收割機(jī)

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的聯(lián)合收割機(jī)在實(shí)施收割作業(yè)時(shí)，需要人工加以輔助操作，并且只能夠開(kāi)展簡(jiǎn)單的農(nóng)作物收割作業(yè)。而在逐漸應(yīng)用到自動(dòng)化以及智能化的機(jī)械設(shè)備之后，誕生了自走式聯(lián)合收割機(jī)，在收割作業(yè)中，能夠?qū)崿F(xiàn)部分自動(dòng)化特征。例如，收割玉米作業(yè)時(shí)，除了能夠簡(jiǎn)單地對(duì)玉米進(jìn)行摘穗、脫皮以及收集處理之外，同時(shí)，也能夠加工處理玉米秸稈。這極大程度上解決了以往農(nóng)民收割玉米時(shí)需要另外解決秸稈的問(wèn)題，進(jìn)一步降低了農(nóng)民勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，形成了更加良好的收割工作表現(xiàn)。自走式聯(lián)合收割機(jī)融合了先進(jìn)的視頻監(jiān)控技術(shù)以及傳感器技術(shù)，對(duì)收割機(jī)在收割作業(yè)中的工作狀態(tài)進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)測(cè)，確保安全有效。通過(guò)收割機(jī)前端的傳感器裝置，自動(dòng)識(shí)別生物體征，避免在收割過(guò)程中誤傷田間農(nóng)民，進(jìn)一步降低機(jī)械故障發(fā)生率，確保農(nóng)業(yè)收割工作質(zhì)量有效提高[7]。

3 推動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化與智能化應(yīng)用策略

3.1 加大創(chuàng)新力度

結(jié)合我國(guó)現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化以及農(nóng)業(yè)智能化發(fā)展現(xiàn)狀，在確保全面推動(dòng)農(nóng)業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型的過(guò)程當(dāng)中，需要發(fā)展智慧農(nóng)機(jī)。充分挖掘現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，加大農(nóng)機(jī)創(chuàng)新研發(fā)力度，才能夠?yàn)槲覈?guó)的農(nóng)業(yè)智能化發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)力量?；诳陀^技術(shù)水平，我國(guó)現(xiàn)階段在研發(fā)農(nóng)機(jī)過(guò)程中所涉及的技術(shù)表現(xiàn)相較于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)成果仍處于相對(duì)落后的狀態(tài)。當(dāng)下農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的智慧農(nóng)機(jī)，包括自動(dòng)噴藥裝置、自動(dòng)播種機(jī)械以及自動(dòng)施肥灌溉設(shè)備等，大多數(shù)情況下以學(xué)習(xí)模仿其他國(guó)家的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)為主，缺乏自主研發(fā)成果[8]。

因此，為實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化與農(nóng)業(yè)智能化的廣泛推廣應(yīng)用，需要我國(guó)有關(guān)政府部門給予充足的人力與資金支持，鼓勵(lì)科技創(chuàng)新，集中全員之力攻克智慧農(nóng)機(jī)發(fā)展中的關(guān)鍵性問(wèn)題。要追求更加先進(jìn)的科技成果，提高智慧農(nóng)機(jī)信息水平，則需要具體問(wèn)題具體分析。針對(duì)不同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植，包括水產(chǎn)、畜牧、農(nóng)產(chǎn)品加工等方面創(chuàng)建領(lǐng)域?qū)俚闹腔坜r(nóng)機(jī)，才能夠提高智慧農(nóng)機(jī)應(yīng)用可行性以及農(nóng)戶對(duì)農(nóng)機(jī)的接受度。要求科研部門結(jié)合信息技術(shù)部門雙管齊下，確保信息共享控制與應(yīng)用齊頭并進(jìn)。在人為可控范圍內(nèi)生產(chǎn)更加先進(jìn)的智能化、人性化的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備，能夠?yàn)槲覈?guó)的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型發(fā)展提供更加充分的技術(shù)成果。

3.2 構(gòu)建信息交互平臺(tái)

全面推廣農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化應(yīng)用，發(fā)展智能化農(nóng)業(yè)，需要在多領(lǐng)域協(xié)調(diào)工作的基礎(chǔ)上完成。對(duì)于創(chuàng)新研發(fā)的智慧農(nóng)機(jī)而言，其最終是為了能夠?qū)崿F(xiàn)便民工作，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化以及智能化發(fā)展，不能夠空喊口號(hào)。需要為全體農(nóng)民提供切實(shí)可見(jiàn)的成果，使其直觀感受到發(fā)展智能農(nóng)業(yè)為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)作用。通過(guò)創(chuàng)建農(nóng)業(yè)綜合信息交互平臺(tái)，將以往新型智慧農(nóng)機(jī)抽象不可見(jiàn)的形象以更加生動(dòng)的、圖文并茂的形式向農(nóng)民群眾進(jìn)行傳遞[9]，使農(nóng)民更加了解智慧農(nóng)機(jī)，才能夠更好地在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用其。

結(jié)合多方平臺(tái)合作運(yùn)營(yíng)，打造完備的信息服務(wù)平臺(tái)，包括對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化在實(shí)際生產(chǎn)中的運(yùn)行提供指導(dǎo)、監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行結(jié)果，并后續(xù)做好售后服務(wù)等，全方位滿足農(nóng)民使用智能機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)時(shí)的要求。推廣交互式服務(wù)平臺(tái)，確保農(nóng)民在使用農(nóng)機(jī)設(shè)備時(shí)存在任何問(wèn)題，可以第一時(shí)間與平臺(tái)客服進(jìn)行溝通詢問(wèn)，獲取到相應(yīng)解決辦法[10]。此平臺(tái)也便于通過(guò)實(shí)踐向農(nóng)機(jī)生產(chǎn)單位及時(shí)反饋新型農(nóng)機(jī)使用過(guò)程中存在的問(wèn)題，促使其進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，形成更高水平的農(nóng)機(jī)設(shè)備[11-12]。借助于信息交互，便于進(jìn)行推廣宣傳，發(fā)布有關(guān)我國(guó)農(nóng)機(jī)信息的服務(wù)通告以及農(nóng)機(jī)購(gòu)置惠民政策等，促使全體農(nóng)民可通過(guò)這樣的開(kāi)放平臺(tái)充分了解新型農(nóng)機(jī)應(yīng)用效果，更好地在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用智能機(jī)械設(shè)備完成高效率生產(chǎn)[13-14]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化以及智能化的快速發(fā)展，助推了現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展。通過(guò)不斷學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)機(jī)制造技術(shù)，根據(jù)我國(guó)國(guó)情所研制的具有中國(guó)特色的智能農(nóng)機(jī)設(shè)備，為我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了創(chuàng)新方式，并取得了突破性成就。農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化和智能化發(fā)展，降低了生產(chǎn)成本，保障了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力，提高了農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平，助力了鄉(xiāng)村振興。