淺析自動控制技術在農業機械中的應用

申藝方 ，聶超超 ，趙會娟

（濟源職業技術學院，河南 濟源 459000）

隨著社會的進步和科技的發展，農業生產模式逐步創新優化，自動化控制技術融入農業機械設計研發，推動了農業智能化、自動化發展，提高了農業生產力。農業機械自動控制技術具有穩定性強、配置簡單、應用靈活等多重優勢，能夠實現動態管理及自主診斷，有助于提高農業生產效率，極大地提升了農業生產水平[1]。因此，為推進農業現代化發展，需要在農業機械領域科學應用與全面推廣自動控制技術。

1 自動控制技術應用于我國農業機械的現狀

在國家經濟發展、科技進步的影響下，農業生產技術逐步更新優化，然而從總體來看，我國農業領域應用自動化控制技術的時間并不長，目前尚未實現全面普及農業機械化。部分經濟條件較差的地區，不僅農業生產機械化程度不高，農業機械與自動控制技術融合率也較低。與此同時，自動化控制技術的創新速度較慢。技術更新是推動農業機械化水平提升的重要動力，然而我國農業機械在自動化控制方面仍然以傳統控制技術應用為主，即便農業生產正在向機械化、自動化控制的方向發展，但由于技術相對陳舊，農業生產效率未能得到大幅提升，限制了農業現代化發展步伐。部分經濟發達地區為實現高效生產，會引進具有自動化控制功能的機械設備，但會增加農業生產成本[2]。因此，自動化控制技術更新及其在農業機械領域中的有效應用，已成為農業高質量發展的關鍵。

2 自動控制技術在農業機械中的應用分析

2.1 自動節水灌溉控制技術的應用

自動節水灌溉系統是基于傳感器、控制器與執行器等多種裝置研發而成的智能化灌溉設備，通過動態監測農業生產過程中的土壤條件、天氣變化以及作物長勢，實施科學灌溉，從而實現節約水量、提高農作物長勢的目的。傳感器可實時獲取土壤含水量、溫度、濕度等相關參數，并將這些參數傳至控制器；控制器則可根據獲取的數據分析植物的需水量，決定灌溉與否，以及控制灌溉時長和水量。數據通信系統主要用于遠程控制，可為控制器與傳感器、執行器、上位機間的通信提供支持[3]。

自動節水灌溉系統轉變了傳統以人力為主的灌溉方式，可實現農田灌溉自動化，能夠自主完成農田缺水情況的實時監測，動態監控農作物生長態勢，以數字化形式分析農作物生長指標，進而實現精準灌溉。自動化節水灌溉系統支持根據農作物生長狀態并結合農業生產指標選用最為適合的灌溉方式，并可自動設置合理的灌溉時長，自主調控灌水量及灌水頻次，降低人工灌溉壓力、節約人力資源，對農產品增產增收具有重要的促進作用。

2.2 自動施肥控制技術的應用

農業生產現代化以自動化控制、智能化管理作為主要目標，除了自動化灌溉之外，自動化施肥也是重要的發展方向。施肥自動控制技術的應用，能夠實現精準施肥，確保肥料施加的及時性與合理性，減少肥料資源浪費，降低農業生產成本。

在自動控制技術支持下，施肥可與灌溉結合開展，利用水壓控制肥料輸出，在灌溉的同時完成肥料施加。在農業生產中，應合理對接自動化節水灌溉系統與自動施肥系統，在傳感器裝置支持下，自動獲取農作物生長階段、營養供應狀況、營養成分需求情況，進而根據植物所處生長階段針對性施加對應的營養元素。在灌溉前，可將所需數量的肥料溶于水，然后將肥料溶液通過灌溉管道輸送至植物，實現肥料施加自動化、準確化，在低成本、高效率施肥的基礎上，提升農業生產產量，從而驅動農業產業自動化、規范化發展[4]。

2.3 自動化溫室控制技術的應用

自動化溫室控制技術與農業機械融合，能夠解決天氣因素對農作物生長產生的影響。在溫室自動控制系統的支持下，應用通風降溫系統、太陽能儲能系統、燃油熱風加熱系統等，有效調控溫室大棚的溫度、濕度、光照等相關指標。溫室自動控制系統可結合農作物的生長需求，自動開合卷膜、棚窗或風機濕簾，或是控制生物背光裝置，對溫室大棚內部環境進行調控，營造出利于農作物生長的環境[5]，還可以自動完成幾十項環境要素數據的收集與存儲，并具備多條繼電器輸出路徑，能夠同時控制多臺設備，數據信息存儲容量也較大，其液晶顯示器以圖形、文字展示環境要素信息。此外，通過安裝CO2傳感器監測大棚內CO2的濃度，經過系統分析，發出參數控制指令，通過開啟通風窗、空氣循環裝置科學調控溫室大棚內的相關參數。

2.4 視覺識別技術的應用

視覺識別是利用攝像頭采集目標圖像數據，再借助計算機對目標圖像數據進行計算，提取目標圖像的特征，并與數據庫中的數據對比進而識別出目標的技術方法[6]。由于農業生產對象是多種類型的農作物，農作物類型不同，其對光照的需求存在差異。通過自動控制系統與視覺識別系統結合運用，對溫室大棚中所栽培農作物的品種進行自動識別，根據不同類型作物的生長周期，結合農作物外觀變化情況，自動化調控大棚內的自動遮光系統。此外，在遮光設備的基礎上，可改變光照強度，以便需光度不同的農作物均可得到適量、適宜的光照強度。在農業機械上應用視覺識別技術，能夠減少人工觀察農作物長勢及生長周期分析所需的人員數量，從而降低人工成本。

視覺識別技術應用于農業生產的價值較高，但需要投入較高成本，目前主要應用于附加值較高的蔬菜作物栽培。未來，在農業機械自動化持續發展的過程中，此技術的應用將會進一步深入，可通過技術更新、設備改造，有效提升農業生產綜合實力。

2.5 自動采摘技術的應用

自動采摘技術是指利用自動采摘機器人等設備替代人工采摘成熟農作物，并在采摘完成后通過運輸通道進行收獲物的傳送與分裝[7]。此技術的應用需要以計算機系統為基礎，在計算機上設置好采摘方式及路徑后，由計算機傳送相應指令操控自動采摘機器人做出相應動作。自動采摘機器人需要根據事前設定的路徑行進，并接收傳感器所反饋的信息，對農作物生長情況和其他影響因素展開綜合分析，確認農作物達到采摘條件后，進而做出采摘農作物的決策。此類農業機械具備較高的自動化水平，例如，自動采摘機器人具備由機械臂、機械手共同構成的采摘結構，機械臂上還裝有圖像傳感器，圖像傳感器拍攝的農作物圖像經過人工智能技術分析，從而識別出農作物的成熟度，對于已經成熟的農產品，計算機將下達采摘指令給機械手臂，由其執行采摘動作。機械手上裝有柔性夾爪，可自動調控農作物采摘力度，防止夾取時因力度過大導致農作物損壞。

此外，自動采摘農業機械還能夠自動完成采摘后的操作，將夾取的成熟農產品依次放入箱子中，并自動進行箱體碼垛。在農業機械自動采摘技術支持下，農業生產更加高效化，有利于驅動農業現代化快速發展。

2.6 自動化地理信息技術的應用

地理信息技術是由地理信息系統、遙感系統與全球定位系統構建而成的技術集合，將其與自動控制技術相融合，可促進農業機械自動化。在農業機械中，可利用地理信息系統實時監測土壤、土地、農作物生長周期等信息，綜合評估農業生產效率，進而自動完成信息管理調控等任務。例如，在農作物病蟲害防控過程中，可應用地理信息系統確定受災范圍、分析嚴重程度，并進一步給出病蟲害預防、控制策略，從而降低農業生產中病蟲害防治成本，降低病蟲害防控的人力資源以及物力資源的浪費率。同時，可利用全球定位系統采集農田數據，精準定位病蟲害發生區[8]。之后，可利用遙感設備搭載航空攝像裝置獲取農田影像，了解農作物生長態勢及病蟲害影響程度，并可通過無人機噴灑農藥，以提高病蟲害防控效率及質量，節約農業生產的時間及人力成本。

3 農業機械中應用自動控制技術的保障策略

3.1 加強政策扶持

為推動自動控制技術有效應用于農業機械，政府部門需要提供政策引導，并給予相應的扶持。政府部門需要給予農業機械生產企業一定的資金及政策支持，科研部門需要為其提供先進的科研技術指導，驅動農業機械自動化控制技術研發創新活動開展，從而逐步降低智能化農業機械的生產成本，為自動控制類農業機械應用普及提供基礎條件。各級地方政府需要落實好農業機械產業補貼政策，充分發揮自身引導扶持作用，對引進自動化控制農業機械的農戶給予相應的補貼，以此激發農戶應用智能化農業機械的積極性，從而實現農業機械自動控制技術的深入應用。

3.2 強化農業機械自動控制技術應用指導

為實現農業機械自動控制技術的規范化、科學化應用目標，提高農作物產量及質量，要重點強化農業操作技術人員的技術水平。各地區農業管理部門要對農業機械自動控制技術操控人員的培訓服務給予高度關注，定期組織現場培訓活動，采取集中化、主題化培訓方式，強化農業生產操作技術人員的農業機械自動化控制能力[9]。同時，政府部門需要在宏觀政策調控的同時，協調好農業機械生產單位，規范專業操作技術人員的工作行為，梳理自動化農業機械設備的操作流程，以便降低自動控制類農業機械設備的故障發生率，進而推動農業產業智能化、自動化與長效化發展。

3.3 加大農業機械自動化研發力度

由于當前我國農業機械化發展尚不成熟，需要進一步加大農業智能化、自動化技術的研究深度。例如，需要深入研究農業機械駕駛室方向動力控制技術，從而降低農業機械方向控制難度，提升農業生產的便利性。與此同時，外在環境因素對農業機械運行的影響較大，因而需要對農業機械控制系統進行升級優化，并加大傳感器研究力度，研發出性能優越、運行可靠、數據傳送快捷的先進傳感器，以此實現農業生產活動監測高效化、精準化，得出準確的農作物生長態勢分析結論。

3.4 選用適合的農業機械自動化模式

農業機械自動化在我國的發展時間還不長，自動化控制技術的應用成效并未完全展現。因此，在農業機械自動化控制實施過程中，需要加大應用效果分析研究力度。要遵循安全性、高效性、經濟性三個原則，保障農業機械自動化控制技術科學應用，定期組織農業機械自動控制技術應用成效評估分析活動，根據不同農業區域選擇適合的農業機械自動化模式，進而實現農業生產高效、安全的目標[10]。通過分析當前農業市場發展情況發現，農村勞動力向城市轉移已成趨勢，因而運用具備自動控制功能的農業機械替代人工是農業的發展方向，選擇契合不同地區發展實際的農業機械自動化模式，則能驅動農業機械自動化應用轉型，推動農業機械現代化發展。

4 結語

農業機械與自動控制技術結合，可實時控制農業機械，并能提升信號傳送及時性，增強農業機械應用的安全性、可操作性。此外，還可以在農業機械中應用光電隔離技術、濾波器等技術，提升農業機械運行的可靠性；基于傳感裝置自動監測農業機械運行狀況，及時發現與處理農業機械故障問題。

自動控制技術在不斷發展，自動節水灌溉控制技術、自動施肥控制技術、自動化溫室控制技術、視覺識別技術、自動采摘技術、自動化地理信息技術以及未來更先進的技術，均可與農業機械結合，通過有效控制水分、肥料、溫濕度等因素以及對農作物實施自動操作，在農作物生長管理、農產品收獲、病蟲害防治等方面發揮作用，進而實現農業生產提質增效，并有效降低農業生產成本。