試論農業機械智能化在現代農業中的應用與發展

農業機械化是農業現代化的標志，是促進農民增收的重要手段，它改變了傳統農業的作業模式，極大地解放了農村勞動力，提高了農業生產效率和農業綜合生產力降低了農業成本，有助于實現農業規模化、集約化、標準化發展，提升農產品的競爭力。科學技術的進步，移動互聯網、物聯網、遙感技術、智能監控以及人工智能技術在農業機械的應用，將農機與農業工藝融合在一起，促進了農業機械智能化水平。探討了機器識別技術在農業機械應用，自動駕駛技術在農業機械中的應用，物聯網技術在智慧農業中的應用，并在此基礎上探討了農業機械智能化未來發展趨勢。

農業機械化智能化是將自動化技術、傳感技術、物聯網、人工智能等新一代信息技術運用在農業機械設計、生產環節，實現農業機械設備和機械工藝的深度融合，將其應用在現代農業領域，有助于提高農業機械自動化、智能化水平，推動智慧農業、數字農業的發展。我國是農業大國，農業是國民經濟的基礎產業，農業機械化在糧食生產、生豬生產、菜籃子工程等農產品供應方面發揮重要作用。河南省是我國農大省，是我國重要的商品糧基地，2020年河南省政府印發《關于加快推進農業機械化和農機裝備產業高質量發展的意見》提出要實施智慧農機提升行動，加快物聯網、大數據、智能控制、衛星定位等信息技術在農機裝備和農機作業的應用，建設大田作物精準耕作、智慧養殖、園藝作物智能化生產等智慧農機示范基地，推動農機工業、種植業、養殖業等信息系統互通互聯，建設統一的農機管理服務平臺，實現農機信息化管理，為現代農業發展提供技術支持。通過分析農業機械智能化技術在現代農業中的應用，有助于進一步提升農業機械化水平，促進農業高質量發展。

一、農業機械智能化在現代農業中積極影響

1、提高農業技術成果轉化率

農業機械智能化是將計算機、物聯網、人工智能等新一代信息技術運用在農業機械領域，實現農業機械設備的自動化、智能化，改變傳統農業生產模式，提高農業科技應用水平。農業機械智能化凝結了廣大科研人員智慧結晶，一定程度上體現了一個國家的農業現代化水平，農業機械推廣是農業技術推廣的重要內容，通過農業技術推廣，可以將現代農業技術運用在農業生產過程中，比如大豆玉米復合帶狀播種機、玉米精量播種、免耕播種技術、水肥一體化技術等，通過機械設備的推廣運用，讓農民使用現代化農業種植技術、灌溉技術、播種技術，將現代農業科技成果直接轉化為農業生產力促進傳統農業向現代農業轉變，實現農業的高質量發展。

2、提高農業生產效率

傳統的農業機械設備能耗大、生產制造成本高，需要人工的配合才能完成作業，農業機械智能化，采用最新的技術成果，可以簡化農業機械設備的生產工藝，可以實現機械無人作業，極大地降低機械設備生產能耗和農業生產成本，提高農業生產效率。在農產品收獲環節，一臺設備的作業效率可以與二十三個青壯年勞動力媲美，一臺聯合收割機可以24小時不間斷作業。將智能化技術運用在農業機械設備，系統還可以自動根據耕地的寬度，調節收割的寬幅，讓收割機的寬幅符合實際寬幅，保證小麥收割的效率，而且根據大田種植要求，可以自動調節秸稈留茬的高度，如果采用免耕播種技術，收割機可以在收割的時候，降低留茬高度，便于農民二次耕作。農業機械智能化，極大地減輕了勞動人民的勞動強度，而且提高了農業生產效率。

3、保護生態環境

農業機械智能化，將現代智能控制、人工智能、自動化技術運用在機械生產制造環節，可以根據工作強度自動調節農業機械設備的轉速、運行負荷，降低農業機械設備作業的能耗，還可以實現農業資源的循環利用。比如農作物收獲機，在收獲農作物的同時，還直接可以利用粉碎機將農作物秸稈進行粉碎，均勻拋灑在大田，大田翻耕后，農作物秸稈埋入到土壤深層，可以逐漸轉化為有機肥，改善土壤結構和理化性能，改變傳統的農作物秸稈焚燒的現象。

二、農業機械智能化在現代農業中的應用

1、機器視覺技術在農業機械中的應用

機器視覺是人工智能技術的一個分支，是將機器代替人眼進行測量與判斷，它的工作原理是通過機器視覺裝置將采集的數據信息轉化為圖像符號，將圖像符號傳遞到專用的圖像處理系統，圖像處理系統將圖像信息轉化為數字化信號，并對這些數字信號進行運算分析，判斷出圖像的特征，并根據判斷結果控制現場機器設備的動作。機器視覺技術結合了圖像處理技術、機械工程技術、控制技術、光學成像技術、傳感技術、模擬與數字視頻技術等多項技術，利用這些技術可以提高生產的自動化水平，用機器代替人工完成一些相對危險的工作環境。視覺傳感技術具有獲取信息快，信息處理量大、成本低等優勢，因此工業、農業、航天、氣象、交通等領域廣泛應用。機器視覺技術在農業機械中的應用包括農機自動駕駛的環境感知和農業機器人作業的目標識別與定位。

①機器視覺技術在農機自動駕駛環境感知中的應用

環境感知是自動駕駛技術的核心技術，環境感知包括路面、靜態物體和動態物體，自動駕駛系統可以人類駕駛員的感知能力，對周圍的環境、車輛狀態信息進行感知，并根據感知的信息，對物體進行定位、調整車輛的行駛方向和路徑規劃。環境感知設備包括高清攝像機、激光雷達、超聲波雷達、傳感器等，在自動駕駛系統中，為了提高環境感知的能力，往往需要將多個設備結合在一起。農業機械設備自動駕駛系統環境感知設備主要以高清攝像機為主，駕駛員在行駛過程中，高清攝像機采集周圍環境的圖像信息，并將其傳輸到信息處理系統，對圖像信息進行分析，判斷周圍環境狀態，從而調整農機作業的路徑。環境感知設備根據采集圖像的數據信息，獲得周圍物體的輪廓，并根據障礙物的密度、顏色等信息，判斷出前方是否出現樹木、建筑物、車輛、路燈等信息，從而及時規劃路徑并躲避障礙物。由于農業作業環境復雜，機器視覺技術受到光照、農作物等因素的影響，環境感知系統可能存在一定的視覺盲區，容易造成機器視覺系統使用過程中的精準度下降，影響到農機作業效率。因此，還需要進一步加強農機視覺導航技術的研究，研究視覺更加清晰、精準的識別系統，才能滿足現代農業發展要求。

②視覺識別技術在農業機器人目標識別與定位中的應用

農業機器人是用于農業自動化生產的多功能智能農業機械設備，它主要由執行機構、臂部關節、控制程序等構成，通過不同軟件程序控制機器人的活動，讓機器人可以適應各種作業環境，完成相應的作業或移動。農業機器人具有感知、決策、執行等功能，可以輔助或代替人類完成一些繁重、復雜、危險的工作，24小時不間斷作業，提高農業工作效率和質量，因此，世界各國加快了農業機器人的應用普及。目前，農業機器人主要有施肥機器人、大田除草機器人、采摘機器人等。施肥機器人通過分析農作物周圍的土壤環境、農作物生長情況，可以準確計算農作物需肥量，從而實現精準施肥，降低農業成本，減輕農業病蟲害，提高農作物的產量與質量。視覺識別技術運用在施肥機器人目標識別過程中，需要識別大田作物，并根據大田作物的生長情況進行精準施肥；除草機器人在大田作業時，機器人安裝的視覺識別系統會自動識別地塊的雜草，定位系統接收機根據視覺識別系統的信息，自動顯示雜草的坐標定位，并傳輸到除草機器人的計算機處理中心，計算機處理中心應用程序將自動噴霧器，噴霧器的化學除草劑可以精準噴灑到雜草的地方，達到精準除草的目的；視覺識別技術是采摘機器人作業的前提和基礎，通過視覺識別技術可以判斷出果實大小、數量、形狀、顏色，并根據果實成熟度，判斷果實是否可以采摘，采摘后，通過視覺識別技術，采摘機器人還可以將這些果實按照大小進行分類，完成果實的自動化分揀工作。

2、自動駕駛技術在農業機械中的應用

自動駕駛技術是利用視覺計算、雷達、視頻監控、GPS、人工智能等新一代信息技術，視頻攝像頭、傳感器、激光測距器等采集周圍信息，并根據地圖進行導航，它不需要人工操作，電腦系統可以通過車輛的各種裝置完成自動安全駕駛。將自動駕駛技術運用在農業機械中，可以解決農機定位導航、路徑規劃等問題，農業機械設備在作業過程中，需要對農機位置、航向角、車輪轉角、速度等信息進行測量，根據測量信息判斷出農機的位置和運動狀態，從而實現農機的精準定位和路徑規劃。目前農機定位技術有全球衛星定位系統和北斗衛星導航系統定位、機器視覺定位、慣性導航定位三大類，全球衛星定位導航系統可以實現24小時不間斷的定位測量，獲得車輛的三維數據、時間和位置等精確信息，實現高精度、全方位的定位；機器視覺定位是通過圖像采集、處理，判斷農作物和農機的位置，獲得相應的導航基準線；慣性導航定位是利用慣性測量單元獲得農機的慣性信息和旋轉信息，并根據當前的位置信息判斷下階段的位置信息，機器視覺定位和慣性定位無法得出農機的準確位置，需要將其與全球衛星定位系統進行結合使用。目前全球導航衛星技術快速發展，已經廣泛應用在農業生產過程中。豐疆智能研發的農機自動駕駛系統，由高清終端顯示打拼、電動方向盤、角度傳感器、衛星接收器等構成，可以將其運用在拖拉機、無人植保機、插秧機、采摘機等多種機械設備，它的全球導航衛星系統是將北斗導航技術與載波相位查分動態定位技術結合，可以讓農機自動調整方向和角度，確保耕作不重疊、不遺漏，大大提高了農機作業效率。

3、物聯網技術在智慧農業的應用

物聯網技術是通過各類傳感器、射頻識別技術、激光掃描器等裝置與技術，采集目標的聲、光、電、力學、生物、位置等方面的信息，并將采集的信息通過網絡技術錄入到信息系統，實現物與物、物與人的廣泛連接，通過信息交換、共享，實現物品和過程的智能化感知、跟蹤、識別和管理。將物聯網技術應用在智慧農業生產管理環節，通過溫度傳感器、濕度傳感器、射頻識別器、高清攝像頭采集農作物的生長信息、土壤環境、病蟲害等信息，將這些數據信息錄入到智慧農業管理系統，農業管理人員可以實時了解到大田農作物的生長情況，并根據農作物的生長情況，及時進行澆水、施肥、除草、除蟲給農作物的生長創造一個有力的條件，減少農藥化肥用量。農作物收獲后，將產地的信息生成二維碼，每一件商品可以賦予二維碼標簽，通過這個二維碼，農產品質量安全監督管理部門、消費者、商家可以實時了解農產品的生長環境。一旦農產品出現質量安全問題，可以第一時間找到相關責任人，避免農產品質量監督管理過程中出現相互推諉現象，確保廣大消費者的飲食安全性。

三、農業機械智能化發展趨勢

1、人性化

農業機械智能化是指農業機械設備安裝了傳感設備、雷達探測器、攝像頭等設備，將這些設備采集的信息傳輸到計算機控制器，計算機控制器面板可以實時顯示傳感器采集的各項數據，農機作業人員根據采集的數據信息，調整農機作業工作運行負荷和機器的速度，讓設備處于一個相對良好的運行狀況。如果設備運行出現故障，則農機作業人員通過控制面板的顯示信息，可以立即停止作業，對機械設備進行檢修，減少設備運行故障。因此，未來農業機械設備在設計生產過程中，需要充分考慮到人機操作的便捷性、智能化、人性化，為農機作業人員提供便利，才能最大限度保證農機運行的安全性、可靠性。

2、信息化

現代農業發展過程中，采用了大量的智能終端設備、采集設備、傳感設備、農機具等，實現了農機智能化發展。這些機械設備采集了大量農作物的信息、土壤信息、環境信息等相關數據信息，這些數據信息是農業寶貴的資產，可以為農業生產提供支持決策。農業機械智能化對農業信息處理提出的新的要求，必須建立統一的農業信息平臺，將農業機械設備、農作物信息采集到信息平臺，通過信息平臺，可以對農作物生長情況進行實時監控，了解農作物的長勢，并對未來農作物可能出現的病蟲害做出預測，及時做出預防，為農作物生長創造有利的條件。

3、綠色化

科學技術的進步使農業機械化逐漸實現自動化、智能化發展。與此同時，目前我國的農業機械設備普遍存在能耗大、污染大等問題，拖拉機大部分使用柴油、汽油，在使用過程中會出現油污。隨著綠色農業發展，節能降耗成為未來發展方向，因此要加強農業機械設備的研究，研究節能降耗技術，降低農業的能耗，農業機械設備使用PLC控制器，可以根據實際情況，調整作業速度，降低設備能耗，減少環境污染。PLC控制器是一種可編程的存儲器，通過計算機應用程序，可以在內部執行邏輯運算、順序控制、技術和算數等指令，并通過數字/模擬信號的控制各類機械設備，因此廣泛應用在工業領域。將PLC控制器運用在農業灌溉系統，控制器利用傳感設備，對農作物的生長環境進行檢測，采集周圍的濕度、溫度等信息，了解到農作物生長的土壤溫度和濕度，根據土壤的溫度和濕度以及農作物的生長需求，控制系統可以控制灌溉系統的開關，如果農作物缺水，則系統自動開啟開關對農作物進行灌溉。這種灌溉設備，利用PLC控制器，可以實時調節灌溉設備的流速、流量、時間，根據農作物定時、定量、均勻灌溉，將水分直接輸送到農作物的根部，控制土壤的濕度，為農作物的生長創造良好的環境，減少病蟲害的發生概率，提高農作物的產量與質量，達到省時省力，降低農業生產成本，提高農業生產效率的目的。

綜上，農業機械智能化是農業機械未來發展方向，目前我國的農業機械智能化水平還比較低，農機存在通用性不足、適應性差、能耗高等問題，影響到農業機械設備的推廣應用。因此，國家必須加大農業機械技術的研發，尤其是重點農機裝備和關鍵技術的研發，創新農機工藝和農機技術，進一步提升我國農業機械水平。

（作者單位：462000河南省漯河市農業機械技術中心）