人工智能賦能農業機械的應用研究

杜玉華

（臨朐縣山旺鎮農業綜合服務中心，山東臨朐 262617）

0 引言

人工智能是一門計算機學科的重要分支，它可以被歸納為一種具有與人類一樣感知、認知和決策的智能處理能力；一種可以執行的程序或系統。隨著科技的進步，人工智能在醫療、教育、金融等各個方面得到了廣泛的應用，并在一定程度上促進了各個行業的快速發展。農業是人們的衣食住行之源，是人們賴以生存的根本，是國民經濟的支柱，是國家穩定發展的“壓艙石”。在智能農機、智能農業中，人工智能和物聯網技術的應用，主要包括感知檢測、機器視覺；通過大數據的處理，實現自動監控、自動修正、智能調整。其中，感應探測技術是指在農業生產過程中，通過對外部環境的感知和反饋，實現對農業生產現狀的實時感知；機器視覺在農作物識別、雜草識別、病蟲害識別等方面的應用；障礙物的探測和路徑規劃；而大數據技術在農業機械化、施肥、智能收獲等方面的應用，促使農業機械和農業生產的有機結合，確保了各作業環節的高效、高質量。重點闡述人工智能技術在農業生產各個方面的應用，并結合目前面臨的問題，指出了人工智能技術在農業領域的發展趨勢。

1 人工智能賦能農機概述及意義

人工智能農業應用到農業耕種管收的各個環節，解決了農作物生產全程機械化耕作、病蟲害精準識別與防治、智能收獲等與農業生產相關的問題。

人工智能將會改變人們的生活方式、生產方式，并將其運用到農業生產中，首先要做的就是最方便、最節約成本的事情。隨著人工智能技術的不斷完善，芯片的運算能力已經不再局限于服務器，而是將其應用到最終的農業生產領域。

基于各種傳感器的農業大數據收集、分析和應用，為精確農業生產提供了廣闊的空間。以人工智能技術為基礎的農機產品，可以通過機器學習實現對生產過程中的自主決策，從而使其在生產過程中實現智能控制。以人工智能為動力的農業，將會讓農業機械變得更智能化，可以節省人力，降低勞動強度，節約農資；確保環境效益，其功能和特點能夠為使用者創造實實在在的收益。隨著營銷的深入，機器銷售的增長，農業生產大數據的快速積累，數據挖掘技術在智能農業中的應用將是一個新的社會價值。

2 人工智能對農業機械化的影響

2.1 降低勞動成本，促進生產效率提級增效

智能機器取代了人工操作，真正取代了傳統的人工勞動，使農民的勞動得到了徹底的解放，并使他們的勞動條件得到了改善。通過自動化操作，減少了人工、時間、費用，提高了農業生產的效率。比如，自動駕駛技術可以有效地解決農業勞動力短缺的問題，從而使勞動力的相對價格下降。將智能農機應用于大數據、電腦網絡等技術，實現了農業全過程機械化，實現了規模化的耕地、播種和管理。由于溫度、降水量、管理效率等不確定性因素對農業生產的影響較大，在使用了智能農業機械后，這些因素將會由不確定性變為確定性，勢必會增加收入，減小勞動強度，改善勞動條件，增加生產力。

2.2 優化資源利用、提升農業生產技術水平

我國是一個以農業生產為主的小農經濟大國，其勞動力技術水平與世界先進國家存在著較大的差距。二元結構的變化、加速的城市化、粗放的農業生產、土地資源的匱乏、生態環境惡化的危險與矛盾仍然存在。面對糧食安全等問題，智能化農機在當前的農業生產中發揮著重要作用。智能化的大田灌溉、水肥一體化等功能，充分發揮了節水的作用。智能化農機、農業物聯網、全產業鏈的云計算平臺，利用工業部門信息化平臺技術，實現了種、管、收的全過程自動化，使農業生產技術水平得到了極大的提升。合理耕作，加強后續施肥，通過防治土地退化等有效手段，有效地解決了制約我國耕地資源短缺的“瓶頸”，實現了農業生產生態化和質量提升。

2.3 促進農業經濟、生態效益雙提升

機械化、無人化的農機裝備，有效地緩解了人地矛盾和水土流失等在我國的發展中所面臨的問題，也緩解了由于人口老齡化導致農業勞動力短缺，成本增加所造成的影響。將人工智能、生物防治、綠色植保等先進科技結合在一起，實現了由量增加向量與質的轉變，降低了國內主要農產品的生產成本增長的壓力。優化了以高技術支持、以高質量勞動力為基礎的發展模式，取代了以資源、物力為主導的發展模式，這對現代農業的經濟和生態效益都有很大的推動作用。

3 人工智能在農業機械化中的應用

3.1 自動控制技術在農業機械化中的應用

目前，自動控制技術已廣泛地應用于生產中，但其在農業機械化方面的應用還處在起步階段。在農用機械設備上設置了電子顯示、監控系統，使操作人員能夠實時掌握農用機械的運行狀況。由于作物種類的不同，對作物的生長要求也各不相同，采用自動控制技術可以實現對自然環境溫度、濕度、光照的實時監測；通過對土壤狀況的要求，將數據實時傳輸至監測系統，通過一系列的分析和研究，實現溫度控制、澆水、施肥，為作物創造一個更為適宜的生長環境。通過自動控制技術，可以實現收割機等機械設備的控制，最大限度地減少谷物的損耗，提高作業的可控性和技術性。利用自動化技術，使農機擺脫了以往的限制，擺脫了單純依靠農民的經驗，使農民投入更少的勞動，提高了作物的產量。

3.2 圖像識別技術在農業機械化中的應用

在農業機械化的發展中，利用計算機網絡系統、攝像機、儀器設備等對自然環境的感知是實現智能化的關鍵。比如，在插秧機、翻土機、收割機等機器的應用中，隨著機器的運動，由人工智能來監控周圍的情況，從而更加準確可靠地完成作業，從根本上解決了傳統農機在機械化操作中，由于沒有及時避開障礙物，導致農用機械的損傷。作業時也會注意到任何一個細節，不會造成重復或疏漏的情況發生。在人工智能的幫助下，圖像識別技術就像是人類的眼睛一樣，可以隨時收集周圍的一切，然后將這些信息傳輸到電腦上，通過電腦進行精確的計算，下達相應的命令。另外，利用圖像識別技術，可以實時監測和掌握作物的生長狀況，為指導施肥、溫控、灌溉提供科學依據。

3.3 虛擬技術在農業機械化中的應用

人工智能最大的優點就是可以根據實際情況進行精確的計算和仿真，以達到預測的需要，從而避免實際操作中的錯誤。技術人員可以將以前采集到的作物的生長情況輸入到智能系統中，從而掌握作物生長的各種需要，從而為作物的生長提供更為可靠的土壤、溫度、濕度和光照條件。雖然虛擬技術看上去只是一個虛擬的作物成長過程，但它可以為農民準確地把握作物的生長規律，使其在農業生產中的應用更加科學合理。另外，在農業生產中，也可以利用虛擬技術，強化農業生產的勞動強度，這樣既能充分滿足作物的生長需要，又能有效地利用已有的資源，從根本上減少人為因素造成的錯誤，從而全面地提高農產品的品質。

3.4 機器人技術在農業機械化中的應用

農業機器人技術是將圖像識別、語言識別、數據信息處理等技術相結合的人工智能技術，可以在一定程度上取代農民的勞動。比如，智能播種機通過前端的檢測設備，能夠實時地采集到土壤的信息，并通過人工智能的優化算法，得到最佳的播種密度和路徑，從而實現自動播種。農業智能機器人還可以在種植的時候，對周圍的植物進行拍照，然后輸入到電腦網絡中，確定雜草對農作物的生長有沒有影響？農作物的生長情況如何？種植的距離是否合適？農業機器人具有更好的數據處理能力，可以通過采集到的作物相關數據，來判斷作物的生長情況。而農業機器人的掃描功能，則可以讓農民更早地察覺到可能存在的疾病，從而制定出相應的防治措施，來減少農作物的經濟損失。

4 面臨的困難和建議

4.1 制造工業基礎薄弱制約人工智能技術升級

農業機械智能化產業具有很強的相關性和覆蓋面，其發展的力度與其基本技術的發展程度息息相關。當前，我國農業機械技術發展還處于初級階段，農業機械與農業技術的有機銜接不夠緊密，缺少關鍵技術，農業裝備的可靠性和耐用性不夠是農業裝備信息化和智能化發展的主要問題，再加上我國的技術創新系統、技術研發系統與國際先進水平存在一定的距離，從而制約了人工智能技術的全面升級。

4.2 智能農機裝備交互性有待提升

智能農業設備與傳統農業機械設備的最大差異是交互作用。人與機智能系統相互耦合，共同進行復雜的工作，從而實現了農業生產的智能化。物聯網、大數據、人工智能技術以及對智能算法的仿真、深度學習，這4個方面的提升，將會成為一個強有力的力量，共同推進和支持人工智能技術在農業領域的發展。

4.3 人工智能農業應用研究規劃方面有待優化

當前，國內的智能化農機還處于初級發展時期，高智能化的農機成本高，不適合農業的實際應用。因此，農業裝備智能化的農業生產、經營管理，必須將人工智能作為國家頂層設計的重點。世界上一些國家已經對智能農業機械設備進行了分類，為農業機械化的發展做了預先的規劃。混合智能、跨業智能技術將會在提高智能水平上扮演越來越重要的角色，尤其是跨業智能將會在農業中得到廣泛應用。

4.4 突破關鍵核心技術

加快“信息感知、量化決策、智能控制”的建設，做優“精準投入”的農業智能化技術系統。農業智能化的核心技術主要有：基于物聯網的農業感知技術、基于大數據的農業分析技術、云計算技術以及信息技術與農業的深度融合，建設好這些關鍵共性核心技術裝置和做優農業大數據智能分析決策系統，才能在核心技術上有所突破！

5 結語

在農業機械化方面，人工智能技術的運用，已有一定的成效。在今后的發展中，必須不斷提高農機的智能化標準，以解決農機智能化的人機界面標準不統一，不能滿足集中管理的需要。提出要積極推動區域協調發展，構建一個更為完善的統一標準體系，同時，在現有的基礎上，進一步深化農業機械化、智能化轉型的研究，完善學習算法，探索智能化技術的創新之處，構建完整的實時數據處理模型。在有條件的前提下，要加大對農機裝備的研發力度，推動農機智能化的發展。從實際情況來看，智能技術、農機裝備對農業生產的促進作用比較明顯，但在農業生產、收獲完成程度方面還比較粗糙，智能化程度還不高。科技工作者要積極借鑒先進的經驗，樹立綠色發展的理念，為農業發展提供持續的動力。在農業機械化方面，要適應可持續發展的需要，要充分考慮到廣大農民的需要，使農機智能化管理成為可能，真正實現用智能化的技術來推動農業機械化的發展，提高農業的生產水平，開辟更大的發展空間！