智慧農業視域下農業機械智能化技術的應用

吳 君

（黑龍江工商學院，黑龍江 哈爾濱 150025）

當前物聯網、大數據以及人工智能等技術已經在各行業、各領域中被廣泛推廣應用，農業領域也不例外，這些技術在農業領域中通過直接應用和間接滲透，已經形成了農業特有的生產技術，推動了智慧農業的發展，并實現了農業機械與智能化技術結合，形成了農業特有的農業機械智能化技術，使傳統農業機械開始向集成化、信息化、智能化方向轉變，有效降低了人工勞動的強度，促使農業生產的質效全面提升[1]。因此，需要在智慧農業視域下了解農業機械智能化技術的應用意義，在明確此類技術應用意義的基礎上，對此類技術的具體應用以及今后的應用方向進行探究，從而推動智慧農業的發展。

1 農業機械智能化技術應用于農業生產的意義

1.1 提升農業生產效率

人類開展農業生產最早依靠人力和畜力，在工業化發展背景下，農業機械逐漸取代了人力，使農業生產效率有所提升。在自動化發展背景下，農業機械自動化逐漸發展起來，實現了農業生產的自動化和半自動化，促使農業生產效率進一步提升。在當前智能信息時代背景下，又將智能化、信息化等創新屬性引入到農業機械之中，實現了農業機械智能化。通過借助傳感設備、定位設備等將農業機械智能化技術應用于農業生產之中，能夠拓展農業機械的功能，提升其性能，極大地提升了農業生產效率[2]。

1.2 解放勞動力

在工業化時代，農業機械雖能提升農業生產效率，并較大程度解放人的雙手，但農業機械仍需通過人工操作進行生產作業。因此，在工業化時代下，勞動力并未完全解放，尤其是半自動化機械仍需通過人力操控，并未完全脫離人力。而在智慧農業發展背景下，智能化技術得以應用于農業機械之中，使農業機械的操控實現自動化、智能化[3]，多項先進技術均能夠集成到農業機械上，使農業機械的功能和整體性能得到大幅度提升，人力從農業生產中得到更大程度的解放，甚至徹底解放出來，使人力從農業機械的“操控者”轉變為“管理者”，通過管理農業機械實現自動化運行操作，完成農業生產任務。

1.3 推動智慧農業發展

智慧農業的發展并非停留在某一階段，而是依托先進技術的持續發展而不斷向前發展的。當前，感知技術、定位技術、自動化控制技術已經廣泛應用于農業機械之中，促使智慧農業不斷向前發展[4]；人工智能、物聯網、大數據的融入，使智慧農業進一步發展；隨著仿真技術、邏輯思維技術等先進技術的持續融入，又將會繼續推動智慧農業的蓬勃發展。因此，先進技術領域的更迭創新可以推動智慧農業的持續發展。

2 智慧農業視域下農業機械智能化技術的具體應用

2.1 環境感知技術的應用

農業機械智能化技術的應用是根據種植環境和農作物特點不斷調整的，以實現農業生產質效的提升。環境感知技術是當前農業生產中應用較為廣泛的一種農業機械智能化技術[5]。環境感知技術主要是借助傳感器設備對農作物的生長環境進行監測，并將監測結果轉化為信號傳遞給農業生產者，從而使生產者根據傳感器監測的數據信息開展相應的農業活動。例如，可以利用當前新型的植物柔性傳感技術對農作物生長過程中需要的養分和水分實施動態化監控，當農作物的養分不足時，通過該傳感技術提示生產者要施加農作物所需肥料；同時也可以監測農作物的水分環境，當水分不足時可以提示生產者開展人工降雨或是采取灌溉技術補充農作物水分，為農作物的生長提供保障。

2.2 自動化控制技術的應用

自動化控制技術的主要生產特點即自動化，其不僅能夠降低農業生產投資，而且還能夠為農業生產的質效提升提供保障。農民在開展農業生活或田間管理工作時，一些農業機械的使用必不可少，農業機械上可以安裝監控裝置，從而滿足實際農業生產和田間管理的需求[6]。例如，為了實時掌握農產品收割的整個過程，可以在拖拉機、收割機等農產品收割機械設備駕駛室內部安裝智能互動設備，也可以在大型農業機械設備中安裝自動化控制裝置，從而實現對農產品生產和加工的統一管控。這樣不僅能夠提升各類農業資源的利用價值，而且還能夠節約人工成本。此外，自動化控制技術也可應用于農田節水灌溉中，通過設置不同功能的終端，如水源井監控終端、供水泵房監控終端、節水灌溉控制終端、土壤墑情監測終端，各終端使用不同的設備設施對農作物的生長進行監控，以GPRS 或北斗定位系統為平臺，由監控中心對各終端進行監控管理，同時還可以使用手機App 對各終端進行監管，從而實現節水灌溉。該農田水利節水灌溉自動化控制系統如圖1所示。

2.3 農機定位技術的應用

農機定位技術是指農業機械自動運行時，農民可以對農機的運行狀態進行監測，同時還可以對農機的運行路線進行監控，使農業機械自動化駕駛的整體水平得以顯著提升[7]。具體來講，將定位技術應用于農業機械之中，有助于農民快速掌握農機的具體位置，還可以對農機的速率進行測定，無需委派專人前往現場了解情況，可直接通過遠程調控的方式實現對農機的控制，然后依照作業情況對后續作業方案進行及時調整，從而實現農業生產的自動化。在農業生產中，還可以采用全球定位系統（大多數采用北斗衛星導航）為生產者提供設備基本情況，從而提升定位效果，并為實際農業生產提供支持。

在運用農機定位技術時，還可采用視覺定位的方法在短時間內將獲取的影像進行快速整理和精準分析，從而掌握農業機械在生產操作中的實時位置，同時還可實現機械的自主測量，自動測量設備與農作物的間距，進而實現科學生產[8]。除此之外，還可運用慣性導航的方式進行定位，利用慣性測量模塊對機械的旋轉、慣性等多項信息進行全面掌握，從而有助于計算農業機械后期的實際工作位置。農業機械慣性導航技術原理如圖2 所示。

圖2 農機慣性導航技術原理圖

2.4 跟蹤控制技術的應用

當前農業生產備受關注，農業生產既關系國家經濟發展以及農民收入，又影響我國綜合國力。農業機械的創新發展關系到農業生產的發展，因此必須高度重視對農業機械實時監測、自動化作業等功能的配置，以實現農業機械智能化技術的普及應用。在開展農業生產時，農業機械路徑規劃比較重要。很多農民為了使生產效率提升，往往會采用一些輔助設備按照預先規定的線路開展生產活動[9]。因此，農業生產必須做好路徑規劃與控制，從而提升輔助設備以及農業機械的運行效率。智能跟蹤控制技術便可以解決這一問題，該技術可以記錄機械作業的流程以及軌跡，操作人員無需再對農業機械進行實時監督。當機械按照預設路線作業時，一旦出現偏離軌跡或是出現偏差的情況，跟蹤控制技術會在第一時間發現，并控制機械自動調整。但若要實現這一點，還需要加強模型控制和數據控制的有效應用。例如，將人工智能、網絡信息系統應用于農業機械之中，可以更好地提升農業機械自動化、智能化水平。

2.5 電子智能技術的應用

現階段國家對低碳環保發展理念比較重視，電子智能技術的應用可以推動農業生產實現低碳環保，促進現代農業的發展，并有效解決傳統農業高消耗、高污染的問題[10]。例如，將電子智能技術應用于農機之中可以形成多功能農機，同時完成耕種、田間管理以及采摘作業等多項環節，從而降低農業生產投資成本，提升生產效率。種植戶還可以使用太陽能發電技術為溫室大棚提供電能，減少傳統電能資源的消耗。此外，種植戶還可應用互聯網技術對農機進行改進，具體來講，可對農業生產信息感知設備進行有效應用，通過互聯網對農作物的生長環境、生長特點以及所使用的機械工具進行模擬，實現農業生產的智能化管理，從而提升農業生產的質效。

3 農業機械智能化技術的發展趨勢

3.1 仿真技術的發展與應用

仿真技術在農業機械中的應用主要是在傳感器技術的支持下進行的，仿真技術可以對農業機械的每一個部位開展實時監測，并實時獲取農業機械的運行狀態和使用情況，同時還可以預測農業機械故障的可能性。一旦農業機械出現故障問題，可以采取遠程控制的方式對故障件的維修方案進行裁決，從而指導現場維修，降低維修成本。該技術還能夠形成虛擬環境，使種植者在虛擬環境中開展實際操作，不僅能夠幫助種植者掌握種植技巧，而且還能夠使種植者在實際生產作業時更加高效地運用農業機械，提升生產效率。

3.2 邏輯思維技術的發展與應用

計算機、電子信息等先進技術的不斷發展，提升了各類決策的可靠性和穩定性。因此，智慧農業發展過程中，也需要重視農業生產決策，將邏輯思維技術融入農業機械之中，使智能機械輔助人腦開展農業生產決策，通過邏輯思維技術與農業機械融合，可以減少人腦決策時出現的各種失誤，從而有利于提升農業生產決策的準確性，進而利于農業生產的質效提升。因此，邏輯思維技術的發展和應用也是當前農業機械智能化技術發展的一大趨勢。

4 結論

綜上所述，在智慧農業的視域下，必須重視智能化技術在農業機械領域的應用，形成農業生產特有的農機智能化技術，更好地發揮農業機械在農業生產中的作用，推動智慧農業進一步實現。雖然當前一些智能化技術已經投入到農業機械生產實踐之中，但這些技術的應用遠遠不夠，需要挖掘更多的先進技術與農業機械生產的結合點，實現智能化技術在農業機械中的應用成果轉化，從而提升農業生產的智能化水平，推動智慧農業的持續發展。