智慧農機在現代農業中的應用與發展

智慧農業機械具有效率高、性能穩和科技含量高的優點，能夠有效實施農業生產聯合作業，實現先進的現代化農機農藝融合。其對于農業的影響主要有兩個方面，在農業生產方面，智慧農機能在提高耕地利用率、農業生產效率，規避生產風險，優化農業生產經營模式方面發揮重大作用；而對于農業經營發展而言，使用智慧農機能夠促使農民經營理念轉變，延長農產品產業鏈，推動農業可持續發展，雖然當前智慧農機推廣的局限和制約依然存在，但是提升智慧農機的使用效率、推進農業機械化改革依然是當今農業發展的必然趨勢[1]。

一、智慧農機的概念與技術體系

（一）智慧農機的定義與特征

智慧農機指通過集成現代信息技術與機械裝備形成的智能化農業作業系統。這類裝備具備自主感知、智能決策與精準執行三大核心特征。感知系統通過多源傳感器實時采集環境參數與作業狀態，為后續決策提供數據基礎。決策系統依托嵌入式處理器運行智能算法，對采集數據進行分析處理并生成作業指令。執行機構根據指令自動調節機械運行參數，完成既定作業任務。智慧農機的技術特征表現為作業過程的可控性、作業參數的精確性和作業系統的自適應性。可控性體現在裝備能實時監控作業狀態并及時調整運行模式，精確性表現為機械作業誤差控制在厘米級范圍內，自適應性則指系統可根據環境變化自主優化作業方案。區別于傳統農機，智慧農機突破了固定作業模式的限制，形成動態調整的智能作業體系。這種技術革新顯著提升了農業生產效率，為資源節約型農業發展提供了裝備支撐。

（二）關鍵技術組成

1.物聯網(IoT)與傳感器技術。物聯網技術構建了智慧農機的感知神經網絡。田間部署的土攘濕度傳感器持續監測情變化，氣象站實時采集光照強度與空氣溫濕度，作物生長傳感器動態跟蹤植株生理指標[2]。這些設備通過無線通信協議將數據匯總至中央處理器，形成完整的農田信息數據庫。低功耗廣域網絡技術保障了數據傳輸的實時性與穩定性，邊緣計算節點對原始數據進行初步處理，降低云端計算負荷。傳感器技術的進步體現在檢測精度的持續提升與能耗水平的不斷降低。多光譜傳感器可同時獲取作物營養狀況與病蟲害信息，激光雷達精準測繪地形起伏，毫米波雷達實現障礙物實時探測。這些感知設備共同構成智慧農機的環境感知系統，為后續智能決策奠定數據基礎。

2.人工智能與大數據分析。人工智能算法是智慧農機的決策中樞。機器學習模型通過分析歷史作業數據，建立不同作物品種的適宜生長模型。深度學習網絡處理多維度農田數據，識別作物生長異常并預測產量趨勢。決策樹算法根據實時環境參數生成最優作業方案，支持向量機用于優化農機作業路徑。大數據平臺整合氣象數據、土壤數據與市場信息，構建農業生產知識圖譜。數據挖掘技術發現潛藏在海量數據中的生產規律，為精準農藝措施制定提供依據。知識圖譜技術將分散的農業知識結構化，形成可推理的智能決策框架。這些技術協同作用，使智慧農機具備類人決策能力，顯著提升農業生產的科學性。

3.自動駕駛與精準作業技術。自動駕駛系統是智慧農機的運動控制核心。北斗衛星定位系統提供厘米級位置服務，慣性導航模塊補償衛星信號盲區的定位誤差[3]。路徑規劃算法根據農田邊界與障礙物分布生成最優作業路線，控制算法實時調整轉向角度保持行駛精度。電動轉向系統將數字指令轉化為機械動作，確保農機沿預定軌跡行駛。精準作業技術體現在變量施肥播種機的閉環控制系統。流量傳感器監測排種量，伺服電機根據處方圖動態調節開度，控制器保證施肥量與目標值一致。這種精準控制技術將傳統粗放作業轉變為按需供給模式，大幅提高資源利用率。

二、智慧農機在現代農業中的典型應用場景

(一)大田作物生產

1.智能播種與精準施肥。智能播種系統通過多傳感器融合技術實現精準作業。土壤電導率傳感器測定出塊肥力分布，定位系統記錄空間坐標，中央處理器生成變量播種處方圖。氣吸式排種器根據處方圖調整吸孔負壓，確保不同肥力區域獲得適宜播種密度。精準施肥系統整合土壤養分檢測數據與作物需肥規律，變量施肥機通過電控液壓系統調節排肥量。多段式施肥管實現分層深施，避免養分流失。這種精準作業模式使化肥利用率提高 15%～20% ，同時保證作物群體結構均勻性。

2.無人化植保與灌溉。無人植保系統采用多機協同作業模式。植保無人機搭載多光譜相機識別病蟲害發生區域，規劃系統自動生成噴霧作業路徑。離心噴頭根據飛行速度自動調節霧滴粒徑，壓力傳感器維持恒定噴霧流量。智能灌溉系統依據土攘熵情監測數據啟動灌溉程序，電磁閥組按需控制灌區啟閉。滴灌帶壓力補償器確保末端出水均勻，傳感器實時檢測灌溉水質量。這種精準管理方式較傳統作業節水 30% 以上，農藥使用量減少 25%～40% 。

(二)設施農業應用

1.溫室環境智能調控。環境調控系統通過多參數耦合控制維持最佳生長條件。光照傳感器聯動補光燈自動調節光強光譜，溫濕度傳感器控制風機與水簾運行狀態。 CO₂ 濃度監測儀驅動氣肥施放裝置，維持光合作用最佳氣體環境。水肥一體化系統根據基質濕度精準配比營養液，壓力補償式滴箭確保灌溉均勻性。這種閉環控制系統使溫室環境參數波動范圍縮小 60% ，作物生長周期縮短 10%～15% 。

2.果蔬采摘機器人。采摘機器人集成機器視覺與柔性執行技術。3D視覺系統通過結構光掃描定位成熟果實，深度學習算法識別最佳采摘位點[4]。柔性夾爪配備壓力傳感器實現無損抓取，六軸機械臂規劃最優運動軌跡。真空吸附裝置輔助果實分離，自動分選機構按預設標準進行分類包裝。這種自動化采摘系統工作效率達到人工的 3～5 倍，果實損傷率低于 2%

(三）畜牧養殖領域

1.智能飼喂與健康監測。智能飼喂系統根據個體特征定制營養方案。耳標識別牲畜身份，稱重傳感器記錄采食量，螺旋給料機精確分配飼料配比。健康監測系統通過步態分析算法檢測運動異常，紅外熱成像儀篩查體溫異常個體。聲音識別技術分析咳嗽頻率判斷呼吸道疾病，糞便圖像識別系統評估消化道健康狀態。這種精細化管理使飼料轉化率提高12%～18% ，疾病發現時間提前 3～5 天。

2.糞污處理自動化。糞污處理系統實現資源化利用全程控制。刮糞板定時清除舍內糞便，固液分離機將糞污分為固態堆肥原料與液態沼液。厭氧發酵罐自動調節溫度pH值，氣體分析儀優化產氣效率。沼液精準灌溉系統根據土壤承載力控制施用量，避免面源污染。這種處理模式使糞污資源化利用率達95%以上，碳排放量降低 40%～50% 。

智慧農機通過技術集成創新推動農業生產方式變革。物聯網構建感知基礎，人工智能提供決策支持，自動化技術實現精準執行。在大田生產、設施農業與畜牧養殖領域，智慧農機已形成完整的應用體系。未來發展中，需重點突破復雜環境適應性與系統集成度提升等關鍵技術瓶頸，構建更完善的智慧農業生態系統。

參考文獻：

[1]馬萬鋒.智慧農機在現代農業中的應用與前景J].中國農機裝備，2024(07)：17-19.

[2]劉影.智慧農機發展現狀及對策建議J].農業工程技術，2024，44(20)：44-45.

[3]馮坤.智慧農機發展現狀及趨勢預測[J].現代農村科技，2024(04)：104-105.

[4]胡明花.淺談智慧農機在農業發展中的現狀與促進性作用[J].中國農機監理，2023(06)：33-35.

（作者單位：婁冬梅平陰縣農業機械技術服務中心；婁方健平陰縣安城鎮農業綜合服務中心）