農業機械自動化及其在農業生產中的應用

劉海蕓

摘要：農業機械自動化發展過程由初期半自動階段逐步發展到智能農業機械廣泛應用階段，目前農業機械自動化被廣泛應用于農業生產，涉及播種，灌溉，施肥，收割以及農產品加工。但在技術創新，成本效益以及法律法規方面仍面臨著挑戰。今后，農業機器人，農業大數據以及人工智能等創新技術會促進農業機械自動化向縱深發展，實現與物聯網的深度結合，從而給農業生產提供更加便捷高效的服務。

關鍵詞：農業機械自動化；智能農業機械；無人駕駛農機；精準農業技術

在科學技術不斷進步的今天，農業機械自動化已成為現代農業發展中的一個重要環節。由半自動、全自動、智能農業機械等農業機械自動化技術發展過程，見證著農業現代化進程。目前農業機械自動化技術表現出智能化，自動化，高效等特征，給生產帶來極大方便。

1 農業機械自動化的發展概述

1.1 發展歷程

農業機械自動化技術發展過程由來已久，從20世紀初期開始就已經有了很大進步。起初農業機械化以提高農業生產效率和減輕人力勞動為目的。最初自動化技術側重于單一功能機械化作業，例如種植和收割。在科學技術不斷進步的背景下，農業機械自動化程度也在逐步提升，并延伸至更多操作領域中，使農戶對農業生產過程進行更加高效地管理與控制。

1.2 農業機械自動化技術特點

目前，農業機械自動化技術表現出了若干顯著特征。（1）智能化已成為農業機械自動化發展的一個重要潮流。在傳感器，控制系統及數據處理技術快速發展的背景下，農業機械可以智能化地感知，決策與實施。該智能化在使農業機械具有較高自主性與適應性的同時，也能按照農作物需要實現精確施肥，灌溉等作業，從而提升了農產品品質與產量。（2）農業機械自動化技術日益集成化。現代農業機械系統是由若干單元構成的，它們在網絡上傳輸數據，協同工作。這種集成化在提高農業機械協同效應的同時，也使得農戶可以通過一個綜合管理系統對農業生產全過程進行監控與調節。（3）農業機械自動化技術對可持續發展的重視程度不斷提高。隨著人們環境保護意識不斷增強，農業機械在設計與使用過程中更加重視節能減排和資源循環利用問題[1]。如利用清潔能源為農業機械提供動力、大力推廣精準農業技術、減少農藥、化肥使用量等是現階段農業機械自動化技術發展的一個重要方向。

2 農業機械自動化在農業生產中的應用

2.1 播種

通過使用自動化播種機械，農戶可以做到高效準確地進行種植操作。自動化播種機械可以快速地完成大范圍播種，比傳統人工播種方式大大提高工作效率。在同等播種面積內，采用自動化播種機械能夠節約大量人力與時間成本，進而提升整體生產效率。自動化播種機械可以保證播種準確一致。傳統播種方式常因人工操作時存在誤差而造成播種密度不均勻和種子分布無規律等問題。但自動化播種機械能夠克服上述問題，達到精確播種、改善作物均勻性與質量的目的。該自動化播種機械能夠根據農作物需要準確定量投放種子，避免出現播種過度或者種子浪費等現象。這樣既能節省種子資源和減少種植成本，又能根據作物生長狀況來調節播種量從而達到最佳生產效益。自動化播種機械也可將定位與導航技術相結合來進行精確定位播種。本實用新型通過精確導航系統使機械設備能夠精確按預設線路播種，保證每粒種子能夠精確投放到預定地點。有利于改善播種均勻性、進一步提高作物產量與質量。使用自動化播種機械，有助于農業的可持續發展。通過精確播種可減少農藥、化肥用量，降低環境污染的風險[2]。同時自動化播種機械的使用有利于提高土地利用率和規模化，集約化農業生產以增加農業產值。

2.2 灌溉

農業機械自動化應用于灌溉正對我國廣大農田產生重要影響。傳統灌溉方式因存在低效率、水資源浪費等缺點，逐漸無法適應現代農業需要。農業機械自動化灌溉系統的出現，不僅解決了這一問題，而且提高了灌溉效率和水資源的利用率，為我國農業的可持續發展提供了有力的保障。一方面，自動化灌溉系統利用先進智能技術可根據土壤濕度，作物需水量及氣象條件準確控制灌溉設備啟停以達到準確水量供應。該智能化灌溉方式，避免過度灌溉與不足灌溉，有效降低水資源浪費現象。據統計自動化灌溉技術能夠降低30%的水資源浪費，對我國這樣一個水資源匱乏的國家而言無疑有著巨大的現實意義。自動化灌溉系統也可將傳感器與監測技術相結合，對土壤水分狀況及作物生長情況進行實時的監測。這些監測數據將被傳送至系統中心，并由系統根據數據動態調整以確保灌溉準確適時性。從而在增加作物產量的同時也有效地預防了水分供應不均勻而造成病蟲害。另一方面，自動化灌溉系統也實現灌溉設備遠程監測與控制。通過手機APP或者電腦端的方式，農民能夠時刻掌握灌溉設備運行狀況，從而達到精準管理灌溉。這樣既增加了作業的靈活性、便捷性，又減少農業生產成本、增加農業效益。

2.3 施肥

農業機械自動化應用于施肥中，對提高施肥效率、減少環境污染有著十分重要的作用。自動化施肥系統可根據作物需要及土壤養分狀況準確地調控施肥量。多采用精準養分供給技術完成，其可針對不同作物生長需求及土壤養分含量計算適宜施肥量。這樣，既能有效避免過量施肥，浪費養分，又能減少施肥的成本，增加農業生產效益。自動化施肥系統也能將傳感器與監測技術相結合，對土壤養分含量及作物生長狀態進行實時的監測。該技術能夠全面準確地掌握作物生長狀況，并結合實際情況做出調整與優化，使施肥更加精準與針對性。這是傳統施肥方式中很難實現的，原因是人工操作很難使每一塊地，每一種作物都能得到精細化管理。自動化施肥系統也可以使施肥過程自動化，精確性更高。本實用新型通過自動化設備能夠準確地對作物根部進行施肥，避免人工操作可能產生的錯誤及不均勻施肥。這樣在提高施肥效率的同時也有利于減少肥料的損失和環境污染的風險。自動化施肥系統也可按作物生長階段及需要分階段進行施肥[3]。在農作物生長過程中的不同時期，有目的地進行營養供給有利于促進農作物健康成長與收獲。這一精細化管理方式有利于促進農業生產可持續性發展，達到農業生產綠色環保目的。

2.4 收割

伴隨著科學技術的進步，現代農業生產已經逐步告別傳統人工收割。自動化收割機械是一種高效快捷的收割工具，對于大范圍農作物收割工作有著舉足輕重的地位，它不僅極大地降低了農戶勞動強度，同時，也提高了收割效率以及作物品質。自動化收割機械相對于傳統人工收割可以在較短的時間內實現大范圍收割任務和收割效率的提升。自動化收割機械具有準確的切割與收集能力，可維持作物完整性與質量并減少損失。自動化收割機械可根據農作物生長情況及成熟度實現智能化收割調控以保證最佳時間收獲。自動化收割機械是將傳感器與圖像識別技術相結合，以達到實時探測與區分作物并自動調節收割參數的目的。在國內，自動化收割機械使用日益增多，尤其是糧食作物及經濟作物產區使用較多。在我國農業機械化進程中，自動化收割機械研發與應用取得較大進步。各地區都加大了投資力度，大力推廣自動化收割機械為農業現代化做出了貢獻。今后，自動化收割機械在切割，收集，智能化調控方面的關鍵技術會得到持續優化，收割效率與作物品質會得到進一步的提升。自動化收割機械在設計與生產過程中會更重視環保性能，減少能耗與環境污染。自動化收割機械會和其他農業智能化設備有機結合在一起，構成農業生產的整套系統，為農業現代化進程做出貢獻。今后自動化收割機械服務模式還會繼續創新，主要有租賃和共享兩種形式，以惠及更廣大農戶。

2.5 農產品加工

自動化加工設備是農產品處理與加工領域中的重要角色，其具有速度快，效率高，精度高等優點，改變傳統人工操作方式，大幅度提高加工效率。該裝置控制與調節能力突出，可針對產品特點與加工需要實現準確加工過程，保證產品質量與口感保持不變。另外，該自動化加工設備將傳感器與監測技術集成在一起，可以對加工過程的溫度，濕度，壓力等關鍵參數進行實時監控，并且對加工參數進行自動調節，確保了產品安全穩定。該技術的使用大大減少了人為因素對于產品質量的干擾，使產品更加一致可靠。另一方面自動化加工設備也具備流水線作業、自動化傳送等特點，使生產線連續、流程效率明顯提高。本實用新型采用自動化傳送的方式，能夠快速將原料從一個地方傳送至另外一個地方，減少中間環節人力消耗和操作失誤概率，進而提升整體生產效率。自動化加工設備在農產品加工過程中的運用，在提高農產品加工效率、確保產品質量與口感的同時，還能改善生產線連續性與流程效率，極大地促進生產整體效益[4]。今后，我國要不斷增加自動化加工設備研究與投資，促進農產品加工業現代化發展。

3 農業機械自動化面臨的挑戰和問題

3.1 技術成熟度

要想提升技術成熟度就必須強化研發與創新來提升自動化機械性能與可靠性。在進行設計與制造的過程中要重視解決實際問題的能力，對系統的結構與功能進行優化，保證自動化機械在多種復雜的農業環境下可以平穩地工作。另外，還要加強與農業領域專家及用戶之間的協作，聽取用戶需求及反饋意見，并對自動化技術進行不斷的改進及優化，以更加滿足實際應用的要求。

3.2 成本效益分析

另一難題在于成本效益分析。自動化機械投資成本普遍偏高，對農民及農業企業都會造成負擔。所以，有必要對自動化機械投資回報率及可行性做綜合成本效益分析。其中，涉及對自動化機械使用壽命，維護成本和能源消耗的綜合考慮，以及和傳統人工操作的對比。只有當經濟效益顯著并且持續時，農業機械自動化技術才會被廣泛應用。

3.3 法律法規和政策支持

在促進農業機械自動化發展進程中，必須制定相應法律法規與政策對自動化技術應用進行規范與扶持。其中，包括規范自動化機械安全性與標準、建立激勵機制與政策措施、鼓勵農戶與農業企業使用自動化技術等。還要加大農業機械自動化宣傳與培訓力度，提升農民與農業工人技術水平與認識，滿足自動化技術使用要求。

4 農業機械自動化的技術創新

4.1 智能農業機械的發展

智能農業機械在農業領域中具有重大技術創新。在科學技術不斷進步的今天，智能農業機械對農業生產產生了越來越大的影響。其融合物聯網，大數據，人工智能等先進技術實現農業生產自動化與智能化。智能農業機械借助傳感器，控制系統以及自動操作技術手段可以對農田土壤濕度，溫度以及光照進行實時監控與分析，以及基于該數據的智能決策與運行，提高農業生產效率與品質。

4.2 無人駕駛農機的應用

傳統農機要靠農民來操縱，而無人駕駛農機卻能獨立完成任務。其采用激光雷達，攝像頭以及導航系統等高精度傳感器可以對周圍環境進行實時的感知以及相應響應。無人駕駛農機可以實現自動駕駛，自動導航和自動作業等功能，既能提高作業效率和降低農民勞動強度，又能減少農業生產成本[5]。通過使用無人駕駛農機，農田作業質量更穩定、作業過程更安全。

4.3 精準農業技術

傳統農業生產由于土地分布不均，農作物生長不一，不可避免地存在著資源浪費，農作物生長不均等問題。而精準農業技術則可以通過運用衛星定位，地理信息系統以及傳感器等技術，對農田土壤養分，水分進行實時監測與分析、作物生長狀況及其他資料，以及依據該資料精細化施肥，灌溉及作物管理。精準農業技術可以使農業生產個體化、精細化、提高資源利用效率、降低農藥、化肥用量，還能促進農作物產量與質量。

5 農業機械自動化的未來發展趨勢

5.1 農業機器人技術的發展

農業機器人的不斷發展，為農業機械自動化提供了強大動力。在科技不斷進步的今天，農業機器人越來越成為現代農業中至關重要的一部分。這些機器人能夠作用于每一個環節，包括種植、收獲、植物保護、灌溉等。它們的問世，既提高了農業生產效率，又減輕了農民勞動負擔。農業機器人具有自主導航，精準操作，實時監測的特點，可以根據環境條件獨立決策并完成任務。它們還可以通過傳感器和攝像頭采集大量數據，為養殖戶提供決策支持和精細化管理。農業機器人技術具有很大發展潛力，在今后會不斷促進農業機械自動化向縱深發展。

5.2 農業機械自動化與物聯網的融合

通過結合農業機械以及物聯網技術融合，能夠使農業生產的整個過程進行智能化的管理以及優化。物聯網技術能夠將多種農業設備與傳感器聯系在一起，進行實時數據傳輸與互聯。多機械自動化為其提供更加廣泛的應用場景，效率也得到提高。物聯網技術也能夠通過云計算、大數據分析等技術為農業生產過程的監控與預測提供準確決策支持與優化方案。農業機械自動化和物聯網結合將會進一步促進農業現代化和農業生產智能化。

6 結語

農業機械自動化發展更多依賴于農業機器人，農業大數據以及人工智能等技術創新。與此同時，農業機械自動化和物聯網深度融合將是一個重要的發展方向。這些創新技術會使農業生產更加便捷高效，促進農業現代化的進程。農業機械自動化前景看好，會給農業生產提供更大可能與機會。

參考文獻

[1] 劉建軍.農業機械自動化在現代農業中的應用與發展[J].黑龍江糧食，2021（4）：65-66.

[2] 蘭紅宇.農業機械自動化在現代農業中的運用研究[J].現代農業，2021（2）：87-88.

[3] 照日格圖.農業機械自動化應用現狀及推廣[J].河北農機，2021（4）：27-28.

[4] 燕路洋.淺談農業機械自動化在現代農業中的應用[J].南方農業，2021，15（9）：197-198.

[5] 朱一鳴.機械自動化技術在農業機械中的應用[J].南方農機，2020，51（24）：34-35.