設(shè)施智能裝備在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用與發(fā)展

摘要：目前，設(shè)施智能裝備在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。設(shè)施智能裝備未來的發(fā)展方向?qū)⒑w設(shè)備的智能化、互聯(lián)化、數(shù)據(jù)可視化、自動化及人工智能化等領(lǐng)域。其發(fā)展趨勢預(yù)示著設(shè)施智能裝備將成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的主流技術(shù)，不僅能夠推動傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，還將促進設(shè)施農(nóng)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，進而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式創(chuàng)新和效率提升。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)設(shè)施； 智能裝備； 自動化

中圖分類號：S237 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2024）03-0075-03

隨著我國電子信息科技的持續(xù)進步，設(shè)施智能裝備在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用日益廣泛。設(shè)施園藝智能化作為實現(xiàn)園藝產(chǎn)品播種移栽、栽培管理、環(huán)境調(diào)控、監(jiān)測預(yù)警、作物采收、內(nèi)部物流等全過程的數(shù)字化、精細化、自主化生產(chǎn)形態(tài)，已成為全球農(nóng)業(yè)智能化裝備研發(fā)的熱點和產(chǎn)業(yè)升級的重點[1]，這一趨勢反映了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的迫切需求[2]。一方面，設(shè)施智能裝備的應(yīng)用能夠顯著減輕勞動強度，降低用工成本，便于使用者進行遠程精準(zhǔn)控制，實現(xiàn)灌溉、施肥、通風(fēng)等設(shè)施的自動化調(diào)整；另一方面，智能裝備能夠?qū)崟r監(jiān)測土壤、水分、氣象等關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)，有利于輔助農(nóng)民更精確地管理農(nóng)作物，從而提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，確保農(nóng)作物的產(chǎn)量、品質(zhì)和安全。隨著科技的持續(xù)進步，智能設(shè)備也在不斷更新和升級，其推動著傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，并促進設(shè)施農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

1 設(shè)施智能裝備的組成及功能

傳統(tǒng)的設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式存在管理不夠精準(zhǔn)、生產(chǎn)成本高、環(huán)境受到污染等問題。為解決上述問題，近年來設(shè)施智能裝備快速發(fā)展。設(shè)施智能裝備是指利用現(xiàn)代信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)，對設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進行智能化、數(shù)字化、自動化控制的設(shè)備，與傳統(tǒng)設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備依賴人工操作相比，具有明顯的科技優(yōu)勢。

1.1 設(shè)施智能裝備的組成

設(shè)施智能裝備包括傳感器設(shè)備、自動化設(shè)備、監(jiān)測設(shè)備、智能化控制系統(tǒng)及相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。

1.1.1 傳感器設(shè)備

傳感器設(shè)備是設(shè)施智能裝備的重要組成部分，用于采集土壤、水分、溫度、氣象等環(huán)境參數(shù)，實時監(jiān)測土壤濕度、土壤肥力、氣象狀況等環(huán)境條件，可為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。傳感器設(shè)備還可用于監(jiān)測設(shè)施作物的生長狀態(tài)，如生長速度、病蟲害情況等，以便及時采取措施，保證農(nóng)作物生長和產(chǎn)量。

1.1.2 自動化設(shè)備

自動化設(shè)備包括耕整地設(shè)備、節(jié)水灌溉設(shè)備、通風(fēng)通光設(shè)備、供熱增能設(shè)備、自動采收設(shè)備等。這些設(shè)備可以自動完成農(nóng)作物的種植、管理和采收，有利于減少人工作業(yè)和生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率和作業(yè)質(zhì)量。例如，自動化灌溉設(shè)備可以根據(jù)土壤濕度和氣象狀況自動調(diào)整灌溉水量，實現(xiàn)了節(jié)約用水，保障了農(nóng)作物生長。

由遼寧省農(nóng)業(yè)機械化研究所、沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)、岫巖縣時和年豐農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司聯(lián)合研制的新型高效節(jié)能型生物質(zhì)多級燃燒雙層管熱風(fēng)爐，以生物質(zhì)顆粒為燃料，額定功率1.75 kW，燃料消耗低，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)本降耗。該設(shè)備采用雙層金屬管供熱和多風(fēng)機二次增壓+風(fēng)帶組合技術(shù)，管道風(fēng)口溫度40～60 ℃，熱風(fēng)傳送距離遠，熱量覆蓋面寬，多級燃燒，燃燒充分，無煙塵、無廢氣排放，安全、可靠、環(huán)保、無害。該設(shè)備配備專用的智能控制器，能夠進行可視化界面操作及智能控制進料量，無須明火引燃，即可實現(xiàn)自動點火、自動進料。

由遼寧省農(nóng)業(yè)機械化研究所與濰坊銘琪瑞智能科技有限公司聯(lián)合研發(fā)的遙控自走式油電一體化耕整機，可以適應(yīng)棚室低矮復(fù)雜的環(huán)境，作業(yè)深度為20～25 cm。

1.1.3 監(jiān)測設(shè)備

監(jiān)測設(shè)備[3]包括攝像頭、激光雷達、氣象站等，用以實時監(jiān)測農(nóng)作物的生長狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)，可為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。例如，攝像頭可以實時監(jiān)測作物外觀狀態(tài)；激光雷達可以測量作物高度、寬度等參數(shù)；氣象站可通過氣象傳感器來監(jiān)測作物生長環(huán)境的天氣變化情況，如溫度、濕度、光照、降雨量等，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時上傳到云端，從而為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的氣象數(shù)據(jù)。

由遼寧省農(nóng)業(yè)機械化研究所研發(fā)的棚室多感知智能監(jiān)測系統(tǒng)，可實現(xiàn)適應(yīng)農(nóng)藝需求的多因子采集條件下的單一控制，以直觀的圖表和曲線進行大數(shù)據(jù)分析，并根據(jù)作物生長需求提供分析后的預(yù)警信息及控制信號，以便用戶進行自動控制、人為干預(yù)控制或遠程操控。

1.1.4 智能化控制系統(tǒng)

智能化控制系統(tǒng)是設(shè)施智能裝備中的核心部分，包括控制器、智能云平臺等。這些設(shè)備可以通過互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來實現(xiàn)遠程控制、監(jiān)測和管理。

智能化控制系統(tǒng)可以根據(jù)傳感器采集的數(shù)據(jù)實時調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施，能實現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉、精準(zhǔn)施肥、精準(zhǔn)通風(fēng)等，有利于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。例如，智能灌溉系統(tǒng)可通過傳感器檢測土壤的濕度、溫度、光照等環(huán)境參數(shù)，并根據(jù)環(huán)境參數(shù)變化來自動調(diào)整灌溉水量，實現(xiàn)精準(zhǔn)化的灌溉管理。智能灌溉系統(tǒng)還可以根據(jù)作物生長情況來自動監(jiān)測作物缺水和過度澆水情況，及時采取應(yīng)對措施。

精準(zhǔn)測繪系統(tǒng)可通過激光掃描技術(shù)對作物生長情況進行測量，并將測量數(shù)據(jù)實時上傳到云端，實現(xiàn)精準(zhǔn)化管理。智能監(jiān)控平臺可通過搭載各種傳感器和攝像頭對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的濕度、溫度、光照等環(huán)境參數(shù)及作物生長、病蟲害情況進行實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場中的問題，調(diào)整管理措施，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

1.2 設(shè)施智能裝備的功能

1.2.1 提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率

設(shè)施智能裝備能夠?qū)崿F(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精準(zhǔn)化管理和優(yōu)化調(diào)度，從而提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。例如，智能灌溉系統(tǒng)能夠根據(jù)作物不同生長時期的特定需求來智能調(diào)節(jié)灌溉水源和噴灌頻率，從而提高作物產(chǎn)量。

1.2.2 減少農(nóng)業(yè)資源浪費

設(shè)施智能裝備在實時監(jiān)測和分析中一旦發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中存在浪費現(xiàn)象，可及時采取相應(yīng)的措施進行糾正。例如，智能傳感器可以實時監(jiān)測土壤的濕度和肥力，避免過度施肥和過度灌溉，減少農(nóng)業(yè)資源浪費。

1.2.3 提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量

通過智能檢測儀器、精準(zhǔn)測繪、氣象預(yù)測、環(huán)境監(jiān)測等技術(shù)手段可實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程的實時監(jiān)測和控制，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。例如，精準(zhǔn)測繪系統(tǒng)可以測定土地面積、土壤肥力、作物生長情況等數(shù)據(jù)，能為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供決策支持。環(huán)境監(jiān)測技術(shù)可以實時監(jiān)測土壤、空氣、水等環(huán)境參數(shù)，及時預(yù)警環(huán)境問題，能為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供有效保護。

1.2.4 提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全性

設(shè)施智能裝備能夠減少人為因素對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，有利于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全性。例如，設(shè)施智能裝備可以實時監(jiān)測作物生長情況，發(fā)現(xiàn)異常情況及時采取措施，防止作物受損或死亡。設(shè)施智能裝備還可控制灌溉水的溫度、流量等參數(shù)，避免作物因缺水而受損。

1.2.5 提高農(nóng)民參與度和滿意度

設(shè)施智能裝備的應(yīng)用可以讓農(nóng)民更好地參與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和收益。例如，設(shè)施智能裝備配備的自動監(jiān)測系統(tǒng)能夠使農(nóng)民實時監(jiān)控農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，使其及時掌握關(guān)鍵的生產(chǎn)信息，有助于提升決策的科學(xué)性。

2 設(shè)施智能裝備的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 種植管理

設(shè)施智能裝備在種植管理過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。其不僅包括智能灌溉系統(tǒng)、智能施肥系統(tǒng)和智能除草系統(tǒng)，還能通過精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析和自動化控制，實現(xiàn)對作物生長環(huán)境的實時監(jiān)測和優(yōu)化。例如，智能灌溉系統(tǒng)能夠根據(jù)土壤濕度和作物水分需求自動調(diào)節(jié)灌溉水量，確保作物獲得適宜的水分供應(yīng)；智能施肥系統(tǒng)則通過分析土壤養(yǎng)分狀況和作物生長階段來自動調(diào)整施肥量和種類，滿足作物的營養(yǎng)需求；智能除草系統(tǒng)利用圖像識別技術(shù)來準(zhǔn)確識別并清除雜草，減少對作物生長的干擾。

2.2 財務(wù)管理

設(shè)施智能裝備在財務(wù)管理過程中的應(yīng)用為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了革命性的變化。智能財務(wù)系統(tǒng)能夠?qū)崟r記錄和分析財務(wù)數(shù)據(jù)，自動生成詳細的財務(wù)報告，幫助管理者快速把握財務(wù)狀況；智能采購系統(tǒng)則通過分析市場需求和庫存情況來智能預(yù)測采購需求、自動下單采購，從而確保物資供應(yīng)的及時性和成本的合理性。這些系統(tǒng)的引入不僅能夠提高財務(wù)管理的效率和精度，還能減少人為錯誤，提升決策的科學(xué)性，可為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益和可持續(xù)發(fā)展提供有力保障。

2.3 環(huán)境監(jiān)測

設(shè)施智能裝備在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了強有力的技術(shù)支持。智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和智能氣象監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)囟取穸取⒐庹铡⑼寥纏H值等關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)進行實時監(jiān)測，以確保作物生長在最佳條件下。這些系統(tǒng)通過高精度傳感器來收集數(shù)據(jù)，利用先進的數(shù)據(jù)分析技術(shù)來預(yù)測和預(yù)警潛在的環(huán)境風(fēng)險，及時發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)措施，可顯著提高農(nóng)作物的環(huán)境適應(yīng)能力和抵御自然災(zāi)害能力。

3 設(shè)施智能裝備的發(fā)展趨勢

目前，我國設(shè)施園藝裝備在穩(wěn)定性、智能化等方面還有待完善，這在一定程度上制約了產(chǎn)業(yè)效益水平和勞動生產(chǎn)效率的提升[4]。一是部分設(shè)施智能裝備技術(shù)不穩(wěn)定，導(dǎo)致生產(chǎn)效果不理想；二是設(shè)施智能裝備價格較高，維護成本也較高；三是設(shè)施智能裝備中存儲大量數(shù)據(jù)，如何提高數(shù)據(jù)安全性和隱私性成為一個問題。鑒于此，加強設(shè)施智能與人工智能技術(shù)的融合尤為關(guān)鍵，這不僅代表設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的前沿趨勢，也是其核心方向。展望未來，設(shè)施農(nóng)業(yè)將朝著更加智能化、精準(zhǔn)化和高效化的方向發(fā)展，有望成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要模式。

3.1 設(shè)備智能化

未來的設(shè)施智能裝備將越來越智能化，語音識別、機器視覺、自然語言處理等技術(shù)的應(yīng)用，可以使設(shè)備之間互聯(lián)互通，實現(xiàn)自動化、智能化控制。

3.2 設(shè)備互聯(lián)化

未來的設(shè)施智能裝備將利用傳感器和設(shè)備間的通信技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與實時監(jiān)測，進而實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的遠程控制、監(jiān)測和管理。在智慧農(nóng)業(yè)解決方案中，若聯(lián)動控制系統(tǒng)的智能化水平較高，則能夠?qū)崟r采集現(xiàn)場的溫濕度、土壤酸堿度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場進行視頻采集和生產(chǎn)過程監(jiān)控。此外，系統(tǒng)還能根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)進行分析和管理，遠程智能操控卷簾、灌溉、風(fēng)機等農(nóng)業(yè)設(shè)備，有利于優(yōu)化農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。

3.3 數(shù)據(jù)可視化

未來的設(shè)施智能裝備將越來越數(shù)據(jù)化，通過采集、監(jiān)測、分析設(shè)備數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實時監(jiān)測、分析和預(yù)測，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

3.4 設(shè)備自動化

未來的設(shè)施智能裝備將越來越自動化，自動化設(shè)備、自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，可以自動化完成農(nóng)作物的種植、管理和采收，實現(xiàn)“機器換人”，提高生產(chǎn)效率。

3.5 人工智能化

在設(shè)施智能裝備中，人工智能技術(shù)非常重要，它可幫助設(shè)施智能裝備更好地收集和分析數(shù)據(jù)，更好地管理設(shè)施內(nèi)的作物生產(chǎn)。例如，人工智能可以通過分析大量的病蟲害數(shù)據(jù)來預(yù)測作物病蟲害的發(fā)生程度，為農(nóng)民提供更精確的防控建議。此外，人工智能技術(shù)還可以幫助智能設(shè)施裝備實現(xiàn)自動化控制，提高管理水平和生產(chǎn)效率。

4 結(jié)語

我國設(shè)施生產(chǎn)向工廠化、環(huán)境控制向智能化、設(shè)施裝備向節(jié)能化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向精細化等方向發(fā)展。設(shè)施智能裝備是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益的有效手段，可通過智能化設(shè)備對農(nóng)田進行精準(zhǔn)管理，達到節(jié)約資源，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少勞動力成本，保護環(huán)境的目的。但設(shè)施智能裝備也存在技術(shù)不穩(wěn)定、設(shè)備成本較高、數(shù)據(jù)安全性問題等不足之處，對此，需要進一步研究和解決。未來，設(shè)施智能裝備將向設(shè)備智能化、設(shè)備互聯(lián)化、數(shù)據(jù)可視化、設(shè)備自動化、人工智能化等方向發(fā)展，會成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一種主流方式，可推動傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，促進設(shè)施農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

參考文獻

[1] 齊飛，李愷，李邵，等.世界設(shè)施園藝智能化裝備發(fā)展對中國的啟示研究[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2023（3）：87.

[2] 毛罕平，劉繼展，張曉東，等.設(shè)施園藝智能化裝備的創(chuàng)新研發(fā)[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2018（22）：10-15+21.

[3] 張志娟，張德鳳.智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2022，42（20）：48-51.

[4] 齊飛，魏曉明，張躍峰.中國設(shè)施園藝裝備技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與未來研究方向[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2017（24）：1-9.

基金項目：遼寧省海城市設(shè)施農(nóng)業(yè)機械化科技特派團（2023JH5/10400013）；遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院學(xué)科建設(shè)計劃項目（2022DD289549）