基于信息化的農機設備智能監測與農機故障預警系統應用

穆寶鑫

本文詳細敘述了信息化的農機設備智能監測與故障預警系統在新時代農業所起的作用。指出在減少費用支出、提升作業質量，從而實現農業現代化發展。著重介紹了農機智能監測技術與應用和農機故障系統研究，向人們揭示了農業機械未來的發展方向，更好的為現代化農業服務。

一、智能遠程監測技術在農機設備中的作用

在符合農業生產基本要求的前提下，我國的農業機械應當朝著科技化、信息化的趨勢發展，目的是解決以往國內農業機械出現種類不足和科技水平不高的問題。當前由于國內農業科技的不斷進步，農業機械的信息化發展趨勢是大勢所趨。

1、減少費用支出

信息化時代下，農機作業的信息化設備應用，能夠實現對農機設備作業情況的監測，實現遠程的作業面積監控，從而減少人工支出，節省資金投入。智能設備相對于人工對故障感知更精準更及時，避免了由于生產設備的問題而耽誤相關作業。

2、提升作業質量

通過科學合理的技術應用，實現農機設備的高效測量，不僅能夠避免農機造假行為，還能夠提升農機設備工作的水平。深耕作業是農機設備重要的工作內容之一，一般情況下，深耕作業深度標準要求為 25cm-50cm左右，個別地區深度標準不同，有效深度誤差較小。通過深松監控探頭能夠對深松鏟入地下后的地面深松機架距離進行檢測，保證深松鏟土作業的深度，提升深松作業整體質量。通過農機信息化設備檢測與故障預警系統，能夠實現農機作業畝數的監測，有效防止出現重復作業的情況，例如農機深松作業過程中，如果2次深松作業間距<60cm，則視為重復作業。故而，需要保證深松機作業間距≥60cm，作業畝數不重疊，保證作業畝數的真實性，為作業質量提供支撐。

3、實現農業現代化發展

（1）農業現代化離不開機械，而機械現代化無疑是農業現代化的一部分。那么，農業機械設備信息化，相關技術就必須得到相應的發展。近些年來，特別在大型農機上，農機的信息化得到了長足的發展。在“智慧”農機的助力下，農業生產向著節本增效轉型升級。國家也出臺了相關政策和惠農措施，給予了一定的經濟補償，這無疑為促進這項事業賦予了進步的能量。

（2）農機設備的使用水平在一定程度上能夠代表一個地區的農業發展程度，先進的耕作技術能夠通過免耕或者少耕的方式進行播種。作為耕種基本技術之一的機械化深松，有效的提升了土壤的疏松度、蓄水、保水能力，增強了土壤的抗旱防澇能力，農機信息化監測技術有效的保證了土地深松作業質量，推動了我國農耕技術的發展與實施。信息化監測與故障控制系統使得當下農業機械化與信息化高速融合，智慧化農機設備與技術是未來農業現代化發展的趨勢，促進機械化農機設備智能監測與故障預警系統的應用推廣，提升農業現代化作業對智能監測技術的認識，為推廣現代化農業發展提供豐富的借鑒經驗。

（3）多種形式適度經營，培育新型農業主體，健全農機服務體系，轉變服務主體。現代農業發展是一項系統工程，支撐現代農業產業發展。隨著鄉村振興戰略的實施，應做強、做大培育新型農業主體，開展規模經營，建立健全農村農業全方位發展，形成多環節、全鏈條的區域化生產托管模式，承載農機生產經營方式，實現耕、播、種、防、收與現代農業發展銜接，聯收聯種，深耕深松、秸稈粉碎還田增強土壤蓄水保墑能力，培肥地力，統一播種、統一灌溉、統一施肥、統一機械化作業，實現農業機械化全面升級，推動現代化農業發展，促進農業實現“特”“優”轉型，提高農業生產效率。

（4）強化農業科技支撐。農業科技實現了農業穩產增收、提質增效。隨著農機領域的巨大變革以及農業生產成本的不斷提升，農民從農具改良到農業機械信息化應用，很多大型農機安裝了北斗導航系統，實現了無人駕駛、定位操作和數字化管控等重要作用。例如：智能農機無人駕駛、高效精準智能飛防、農產品快速溯源及監管、信息化和無人化的插秧和收割等，通過適配各種機型、多種場景，在農業機械上安裝傳感器，對無人化農場耕種管收生產環節全覆蓋，機庫田間轉移作業全自動，自動避障異況停車保安全，作物生產過程實時全面監控，實現了對農作物的倒伏和生長不規則性進行調整，大大減少了人力成本，使農業生產經營規模化有了質的飛躍。

二、農機智能監測技術與應用

1、農機智能監測技術在無人化農場中的應用

無人農場即“無人化”，它能對機械設施進行智能控制，在農機技術信息化發展的當下，衛星定位技術與農機設備進行深度融合，為農機設備提供了導航、監測等功能。通過衛星定位技術能夠使得衛星系統實現各區域內的農機設備定位，實現全時段、全區域的利用，利用導航技術規劃農機設備以科學路線進行行使工作。在此領域，我國自主研發的北斗衛星導航系統在農業生產中能夠提供全天候、高精度的衛星服務。農業智能監測技術中，結合差分基站可進一步降低農機軌跡與定位誤差，提升衛星數據首發率，降低數據傳輸延遲，使農機設備作業中獲取良好的位置監測。實現無人化生產作業，農戶依靠物聯網、云計算、人工智能等高新技術，對作物、土地等數據進行統計、分析，實現農機自動無人駕駛，農戶很少進入田間。

2、北斗導航與衛星定位技術

在信息化、信息化發展的當下，傳統的農業科技發展進入了信息化時代，以北斗衛星定位技術為例，我國北斗農機自動導航系統作為高科技農業裝備，獲得廣泛的應用，其采用北斗衛星定位技術與地面控制結合的方式，對農機設備進行自動導航。

（1）GNSS的應用

①農業機械化、信息化發展可以降低勞動力成本，緩解勞動力不足問題，提升作業質量。隨著各地深化“北斗+農業”領域應用，基于北斗的信息化農機設備市場將快速發展，信息化農機設備在田地里有序地整地、翻地、播種、施肥、插秧、收割，將成為新的田園風景。農業生產信息化、數字化、信息化已是新時期下農機化的代名詞，“高精度北斗衛星在智慧農機的應用”、“植保無人飛機綠色安全施藥技術”，將推進智能農機與智慧農業、云農場建設融合發展。

②信息化農機設備中，GNSS高精度定位天線起到了關鍵性作用。它與農機定位定向終端結合，可以實時獲取農機作業車輛運行的高精度位置信息，精確定位農機位置、航向，確保耕地、播種、噴灑和收割等生產環節實現厘米級精度，助推農業增效，提升單位面積產量，實現農機自動駕駛作業。

（2）信號處理。系統對接收到的北斗衛星信號進行處理，計算車輛的當前位置、行駛方向、速度等信息。

（3）路徑規劃。系統將根據用戶設置的操作范圍和地形條件自動規劃最佳路徑。

（4）命令發布。系統將向車輛控制器發布計劃路徑信息。

（5）車輛控制。車輛控制器根據接收到的指令控制車輛的自動導航，完成相應的任務。

3、衛星技術特點

（1）高精度定位。北斗衛星系統的定位精度在10米左右，可以滿足農業機械自動導航的要求。

（2）自動控制。北斗農機自動導航系統可以自動控制車輛的運動，提高作業效率。

（3）路徑規劃。系統可以根據地形信息自動規劃最佳路徑，減少工作成本和時間。

（4）智能感知。系統能夠感知工作范圍內的障礙物和地形信息，確保作業安全。

在應用上，北斗農業機械自動導航系統已在全國范圍內得到廣泛應用，特別是在田間作物的種植和收割中，自動導航系統發揮了重要作用。在作物種植過程中，該系統可以完成挖溝、施肥、播種等任務；在作物收割過程中，系統可以完成收割、割草和捆扎等任務。此外，該系統還可以應用于果園管理、草原維護和森林監測等領域。

4、遠程管控平臺技術

信息化時代，農機設備監管與相關數據管理是農業信息化、信息化發展的重要支撐，遠程管控平臺則是人與機器交互的重要途徑與窗口，通過5G網絡、信息通訊技術等手段進行數據傳輸，利用WAN、LAN與WLAN等方式，實現遠距離的農機智能數據監測與利用。經過信息數據的遠程獲取，對農業生產方案等流程進行輔助性決策，此外，通過遠程管控平臺，實現農業生產管理，了解生產進度與農機狀態，并開展動態調整，提升農業生產水平。在應用方面，農機設備遠程管控能夠及時的發現農機設備的異常情況，能夠進行以下方面的應用：

（1）農機設備遠程監控報警。依托于農機設備智能系統，能夠實現農機的遠程監控與預警，及時發現農機設備異常狀態，例如，在農機設備發生故障時，遠程監控系統能夠自動監測并發出警報，及時提醒操作人員進行維修處理。

（2）農機設備遠程監控控制。通過農機設備的遠程控制系統，能夠對農機設備工作狀態進行控制，例如，需要農機設備工作時，可通過控制系統對農機設備實現遠程的控制，進行自動化運行。

（3）農機設備遠程監控數據分析。通過農機設備遠程數據分析，對農機設備運行實際情況進行分析，發現其異常情況，例如，通過分析系統對農機機械形式歷程與形式實踐進行分析，方便操作人員進行維護保養。

5、傳感器技術

農機設備智能系統中，傳感器技術能夠幫助農機設備對外部環境與內部狀態進行準確感知，通過傳感器技術能夠準確地了解農機設備的作業環境、設備工作狀況，并對重要部件與數據進行監測，對相關物理量進行準確測量，根據農機相關數據進行整合，并通過電信號傳輸。農機智能監測種類較多，應用較多的傳感器可分為轉速傳感器、扭矩傳感器、角度傳感器、位置傳感器等。在功能不同的傳感器與農機設備結合應用下，可實現農機設備內外數據獲取，實現對農機設備工作的高水平管控。

6、數據處理技術

在農機設備信息化水平逐漸提升的當下，衛星定位、傳感器等技術應用在農機設備中越發廣泛，我國農業設備應用發展具備了一定的數字化控制特征，為了提升農機設備應用控制的水平，需要對數據進行篩選與處理。由于實時數據種類與形式較多，需要在復雜的數據中對數據進行采集、儲存與檢索，提升數據的價值，利用數據處理技術解決現實問題。此外，數據處理效率將會對農機設備應用性能產生重要影響，通常情況下，數據需要通過采集、轉換、分組、計算、判斷與儲存等流程，在短時間內高效的獲取數據，是農機數字化、信息化控制的關鍵。在應用方面，可通過信息化的數據處理技術，及時感知農機設備內部的異常信息，并快速進行維修，提升農機生產效率。

三、農機故障預警系統功能應用

農業機械設備的應用滿足了農業生產需求。現代化和信息化農業發展環境下，農業機械設備故障預警系統通過采集、數據處理、預警提示等作用來實現農業現代化生產，信息化農機設備使農業生產更上一個臺階，通過傳感器、高效工業物聯網技術的使用，使傳統農機能監測農機作業狀態、生產數據，利用遠程設備管理和監控農機工作狀態、報警信息，維修工作調派更有針對性，減少資源浪費和時間消耗，實現農業精準化生產和管理，為農業生產節省時間成本。此外，農機故障預警系統還能統一在線監控不同地點的數據，實現即可掌握農機設備運行狀態，對故障預警及遠程故障診斷及維護，結合故障地點、位置、時間、服務日志，以及作物的高度、種植密度、生產環境，隨時調整耕、收方案，保證農業生產順利，以及機械的穩定性和安全性。

1、采集功能

以聯合收割機為例，該機械是農業機械中核心的設備，在聯合收割田間作業的復雜環境中，容易出現操作不當和其它故障，若不及時處理，會造成停機和收割效率低等農業損失。利用GPS定位技術和傳感器技術，與傳統傳動、電氣、液壓系統融合，對設備位置、行駛軌跡進行數據采集工作，精準劃分和管理作業區域，提高生產效率和管理水平。這是農機故障預警系統的基礎，它能讀取采集傳感器、轉速儀、溫度計、壓力計、流量計上的數字參數信息和農業機械的狀態信息（油溫、水溫、氣壓），獲取農田周邊空氣溫度、濕度等環境信息，通過無線網絡和智能化控制系統傳輸實現農機故障預警，確定故障點，提醒農機操作人員檢修和維護，并判斷農機故障原因，提出修復措施，大大提高農機維護管理效率與應用水平，避免因農機盲修和試錯耽誤農忙時節的作物收獲工作。

2、數據處理

數據處理是農機故障預警系統的核心，但在各個機械作業過程中，是無法頻繁地停止作業的，而且，機械電力、液壓、電氣結構復雜，內部故障也是無法用眼判定和外觀觀察實現的，必須通過數據處理來監測各個部位的狀態。基于此，它能融合機械狀態信息，通過一系列數據處理映射機械作業過程中轉速、振動監測、液壓數據參數的正常性，以此提取不同狀態下的數據判斷作業狀態，預測故障風險，并準確定位故障類型和程度，為監測故障、維護處理提供科學指導意見和決策。通過物聯網技術和大數據處理，還能夠智能調度農機作業，制定最佳作業方案，提高農作物產量，提供農業作業效率。

3、預警提示功能

即向用戶預警提示故障風險。農業生產中，在農機上安裝傳感器，農機行駛速度、油耗、氣溫、濕度、土壤溫度等參數會被監測，若設備數據或狀態有異常情況，預警系統會自動向操作人員發出報警提示信息，以便運維人員結合設備數據及特性，遠程診斷和調參，快速定位解決故障，為春耕、機收等農業生產贏得時間。此外，預警功能還可以選取收割機作業過程中易出故障的部位，例如：割臺攪龍、輸送槽、切流滾筒、縱流滾筒、輸糧攪龍、發動機，實時接收并發送診斷數據，實現農機作業實時監測。

綜上所述，科技信息化技術的應用在農業機械和農業生產中發揮著重要作用，是新時期下提高農業生產效率，提升作物產量和質量的必備工具之一，但隨著農機使用量的逐漸增加，隨之而來的機械故障，將影響農田作業的進度。建立和完善農業機械故障預警系統，可以幫助農民實現精準化生產管理，對農業信息化生產起到了至關重要的作用，進而提高了經濟效益和社會效益。

（作者單位：266700 山東省平度市蓼蘭鎮便民服務中心）