大數據技術提升農業機械的效率與可靠性探討

謝 宇

（山西應用科技學院，山西 太原 030062）

國家發展，農業為基。推動農業高質量發展始終是我國的基本方略，而農業機械作為農業發展的重要支撐，推動農機化的快速發展就顯得十分重要。隨著大數據技術的不斷發展，其快速、高效、自動化等特點為農業機械發展注入了新動能，推動了農業機械的快速發展。進一步研究大數據技術在提升農業機械效率和可靠性等方面的應用，能夠為農業機械更充分、更深入應用大數據技術提供支撐，有利于農業機械的智慧化發展。

1 大數據技術應用于農業機械中的作用

1.1 顯著提升農業生產效率

一是提升農業產量。農業機械的作用在于減少人力投入、提高農業生產效率。高效可靠的農業機械可以在較短的時間內完成更多的農業生產任務，如耕種、播種、施肥、噴灑農藥等。生產者可以借助機械完成農業生產過程中的重復性工作，提高生產效率，進而增加農產品產量。這對于滿足不斷增長的人口對食品的需求、保障國家糧食安全至關重要。二是減輕農民勞動強度[1]。農業勞動力是農業生產的主要組成部分，然而傳統農業勞動過程中存在很多繁重、重復且危險的工作，如長時間的手工操作、重物搬運等，給農民帶來了很大的勞動強度，加重了身體損耗，而高效可靠的農業機械能夠執行冗長且重復的操作，減輕了農民的體力勞動負擔，提高了工作效率，同時也降低了工作風險和勞動損害。

1.2 增強農產品的競爭力

一是大幅提高農作物品質。隨著科技的不斷進步，農業機械的功能和性能不斷提高，可以實現更高效的農作物播種、種植、管理和收獲等工作。以農業機械化的播種為例，相比傳統手工播種，農業機械化可以大幅提高播種的效率，并且可以保證作物的均勻性和一致性，減少了播種過程中的誤差，同樣的，農業機械化收獲也可以大幅提高收獲的速度和效率，保證作物品質的同時最小化損失[2]。二是增加農產品的市場競爭力。隨著人們生活水平和對食品質量要求的不斷提高，市場對于高品質、高效率的農產品的需求也持續增長。通過提升農業機械的效率和可靠性，可以有效提高農產品的生產效率和品質，滿足市場對于優質農產品的需求。

1.3 節約資源和保護環境

一是有助于節約能源。隨著世界人口的不斷增長，農業生產對能源需求也在不斷增加。如果農業機械的效率低下，將導致能源浪費和不必要的能源消耗。相反，如果農業機械能夠提高效率，合理利用能源，將幫助農民節約能源成本，減少對有限資源的依賴。二是減少化學物質的使用。傳統農業生產中，常常使用大量的化學農藥和化肥來保護農作物免受病蟲害的侵害，但這些化學物質的使用不僅會對環境造成污染，還可能對人類健康產生潛在威脅，而現代農業機械的技術進步，如精確噴灑和施肥等機械化作業的應用，能夠準確、精細地控制化學物質的使用，減少使用量并降低環境污染風險[3]。三是降低環境污染。傳統農業生產中，農民常常采用傳統的人力或畜力耕作方式，這種方式不僅效率低下，還會導致大量土壤侵蝕、水源污染等環境問題。而現代農業機械的應用可以減少土壤侵蝕，保護水源，降低環境污染，比如高效的耕作機械能夠使耕作操作更加精細化，減少水土流失；精確噴灌系統可以減少水資源的浪費，防止化學物質因雨水沖刷流入水源，降低水域污染的風險。

2 大數據技術提升農業機械效率的方式

2.1 預測性維護

預測性維護是一種基于大數據技術的方法，可以大大提升農業機械的效率。通過大數據技術的應用，可以實現對農業機械的預測性維護，即在故障發生前，通過對機械運行數據的分析和監測，提前預知潛在故障，采取相應的措施，以避免機械故障和停工。首先，預測性維護需要收集和分析機械的運行數據[4]。現代農業機械普遍配備了傳感器和監測設備，可以實時采集到關于溫度、壓力、振動等方面的數據。這些數據可以通過云計算平臺實時上傳，形成大數據集。利用大數據技術的分析算法，可以對這些數據進行統計和分析，發現數據中的規律、趨勢和異常。其次，通過分析機械運行數據，可以建立起故障預測模型。通過對歷史數據的統計分析，可以找出故障發生的時間、頻率和原因等特征。基于這些特征，可以采用機器學習算法，訓練出一個故障預測模型。這個模型可以根據當前機械的運行數據，預測出潛在的故障發生概率和故障發生的時間點。預測性維護團隊可以根據這些預測結果，提前制定維修計劃，并采取相應的維修措施。最后，預測性維護還可以結合遠程監控和遠程維修技術。基于大數據和物聯網技術，農業機械可以與維修團隊保持實時的連接和通信。一旦故障預測模型發現了潛在的故障，預測性維護團隊可以通過遠程監控系統實時監測機械的運行狀況，并在需要時遠程進行調整和維修。

2.2 自動化操作

隨著信息技術的迅速發展，傳感器、物聯網、人工智能等技術的應用逐漸為農業機械實現自動化操作創造了條件。首先，數據收集與分析是實現自動化操作的基礎，通過傳感器獲取農作物的生長數據、土壤濕度、氣候數據等，將這些數據實時上傳到云端進行分析，從而提供決策依據。大數據分析可以根據歷史數據和實時數據，預測作物的生長趨勢，判斷病蟲害的發生概率，為農民提供科學的決策建議。其次，決策支持是大數據技術提升農業機械效率的關鍵環節[5]。通過對大量數據進行建模和分析，可以幫助農民在作物種植、肥料施用、病蟲害防治等方面作出決策，比如根據土壤養分含量和作物需求量，智能化的決策支持系統可以給出最佳的施肥量和施肥時間，實現精準施肥，提高肥料利用率。最后，大數據技術還可以應用于農業機械的機器人化。機器人可以根據農作物的生長需求，自動完成播種、澆水、收割等作業。通過與傳感器和數據分析系統的連接，機器人能夠實時獲取信息和反饋，實現高效、準確的作業。機器人的應用可以大大減輕人工勞動強度，提高作業效率。

2.3 智能化調度

首先，智能調度可以通過分析大數據來預測農作物生長和生產的需求情況。利用大數據技術可以收集和分析農作物的生長情況、環境因素、天氣數據等信息，從而預測出不同農作物在不同時間和地點的需求量。基于這些數據，農業機械的使用可以靈活調度，以適應不同地區和不同時間段的需求變化，提高生產效率。其次，智能調度可以根據農田的特點和農機的使用狀態進行優化調度。通過分析農田的土壤類型、水分狀況、肥料使用情況等信息，可以制定出最佳的農機作業路徑和作業時間，以最大限度地減少資源浪費和成本消耗。同時，通過監測農機的使用狀態，及時進行維護和保養，避免機器故障和損壞，提高農業機械的使用壽命和效率[6]。最后，智能調度還可以通過分析農機和農戶之間的運輸路徑和安排，提高物流效率并減少成本。通過收集和分析農機運輸路徑、交通狀況并農戶的需求等數據，可以實現農機的快速配送和合理調度，提高運輸效率并減少運輸成本。

3 大數據技術提升農業機械可靠性的方式

3.1 故障診斷與預警

首先，大數據技術可以通過監測和收集農業機械運行數據，分析其運行狀態，通過判斷是否存在異常，實現故障的早期預警。通過將大量的農業機械運行數據進行整合和分析，可以發現機械運行中的規律和趨勢，從而提前預防潛在的故障，保障機械的正常運行。其次，大數據技術在農業機械故障診斷上的應用也是十分重要的。通過分析農業機械運行所產生的大數據，可以識別出不同故障的特征模式，構建故障診斷模型。這樣一來，當農業機械出現故障時，通過與模型的比對，可以快速準確地定位故障原因，為維修提供準確可靠的依據，縮短維修時間，提高維修效率[7]。最后，大數據技術還可以通過建立農業機械故障數據庫，將農業機械的故障信息進行歸納分類，形成故障知識庫，為維修人員提供查詢和參考，提高維修人員解決故障的能力和效率。在歸納和分析故障信息的過程中，也可以發現機械設計和制造方面的問題，進而改進和優化農業機械的可靠性。

3.2 基于故障原因升級系統

首先，大數據技術能夠通過收集、存儲和處理大量的農業機械運行數據，幫助農民和技術人員更精確地分析故障原因。通過對農業機械的工作狀態、運行參數以及環境條件等多方面數據進行分析，可以發現潛在的故障風險，提前進行預判，比如通過分析傳感器數據，可以監測機械零部件的工作狀況，識別早期磨損或故障跡象，也可以結合其他機械性能數據和操作歷史記錄，找出故障發生的規律和原因。其次，通過大數據技術的應用，農業機械可以進行改造升級，以提升其可靠性和效率[8]。數據分析可以提供有關機械運行狀況和故障情況的深入了解，有助于農民和技術人員判斷哪些部件或系統存在潛在問題。基于這些分析結果，可以對農業機械進行改造升級，替換老化部件、加強結構強度、改善工作流程等，比如通過大數據分析，可以發現某種場景下機械故障率較高，針對這一情況可以進行改進，以提高機械的可靠性。

3.3 風險評估與管理

首先，風險評估是通過收集農業機械運行過程中的大量數據，并進行分析和處理，找出潛在的風險點和故障模式，通過監控傳感器收集到的數據，可以對機械的工作狀態、振動情況、溫度變化等進行實時監測。通過對這些數據進行分析，可以發現機械運行過程中的異常情況和潛在問題，并及時采取措施進行修復或預防性維護，從而減少機械故障的發生，提高可靠性。其次，風險管理是指對已經發生的風險進行分析和應對，確保機械的可靠性和穩定性。通過大數據技術，將機械運行時產生的各種數據進行匯總和分析，形成風險管理數據庫[9]。根據機械故障的類型、頻率、原因，可以建立起相應的風險管理模型，得出各種風險的概率和嚴重程度。最后，大數據技術還可以與人工智能相結合，進行風險評估與管理[10]。通過建立模型和算法，自動識別和分析機械運行時的各種異常情況和故障類型，提供快速、精準的故障診斷和處理方案。同時在風險管理過程中，可以利用機器學習算法，通過對歷史故障數據的分析，進行預測性維護，提前預警機械故障的發生，從而避免機械故障帶來的損失和影響。

4 結語

綜上所述，大數據技術在農業機械發展與革新中發揮了重要作用，但也存在諸多問題和挑戰，這需要研究人員繼續深入探討和實踐，盡可能解決問題并應對挑戰，使得農業機械達到更好的運轉狀態，為農業發展作出更大貢獻。