沈　硕　张喜文　龚宇童

农业机械中智能化技术的运用

沈硕张喜文龚宇童

（荆楚理工学院湖北荆门448000）

随着农业发展速度的不断加快，传统的农业机械已经无法满足生产要求，智能化的农业机械已经成为未来的发展方向。文章对农业机械中智能化技术的运用进行了研究，从自动控制、新能源、电子智能技术、机器视觉、机器人、导航技术、CAD技术等对农业机械中智能化技术的具体应用情况进行了梳理，指出了未来农业机械发展的主要方向。

农业机械；智能化；技术

农业是国家的根本，农业的发展状况从一定程度上能够反映出国家的发展状况。随着国民经济持续发展，对农业生产能力的要求也在不断提升，作为人口大国，为了满足国内人民的食品需求，提高农业生产率势在必行[1]。因此，近年来用于提高农业生产率的各类农业机械逐步被研制出来，在一定程度上满足了现如今对提升农业生产水平的需求。但是我国地大物博，简单的机械设备已经不能适应现代化农业发展的要求。随着自动化、人工智能、大数据等一大批新型技术的问世，基于智能化技术的农业机械的研究逐步进入广大农业研究人员的视野，一度成为研究热点。鉴于此，文章对农业机械智能化技术的运用进行了讨论和梳理。

1 智能技术在农业机械中的应用

随着农业机械装备的不断进步，智能化和农业化相结合的各类设备逐步问世，智能化实现了为机械化赋能，赋予机械设备以灵魂，让机械可以按照人的思维工作，符合人的思想意识，在一定程度上提升了农业的智慧化和数字化水平[2]。新一代技术如农业新能源技术、自动控制、机器视觉、机器人和导航技术等已经逐渐成熟，已经开始应用于农田灌溉、作物的施肥和收割等领域，逐步实现了农田管理的智能化，提升了农业资源的利用率，降低了环境污染的概率，实现了经济效益和农业生态的同步快速健康发展。

1.1 自动控制技术的应用

自动控制是实现农业机械智能化最主要的手段之一，目前在发达国家中已经使用得比较普遍。例如，在农业机械中大多安装了电子视频监控系统，在大型收割机械的驾驶舱内安装智慧屏幕，就可以实现不同作物在收割过程中的实时监控和调度[3]。美国等现已经实现了对农作物状态的监控和自动管理，在日常管理过程中将植物生长的温度、湿度、土壤和光照参数通过传感器进行实时获取，经过计算机自动控制系统的分析和处理后，再将其输出给控制装置，从而实现以上参数的实时自主调节。另外，欧美国家也已经研发出了激光平地机，将激光信号发射出去，在接收到光信号后对其进行分析和转化，将输出结果发送至液压控制系统，驱动刮土铲进行工作，最终实现高精度的土地翻整作业。在国内，此种控制技术还比较滞后，目前仍处于研究阶段。

1.2 新能源技术的应用

目前所谓的新能源主要包含水能、风能和太阳能等。在现代农业中，太阳能可以为机械运动提供动能，可以为病虫害预防、种植和灌溉等提供能源支持，如建立以光能和电能为支撑的温室大棚，为蔬菜等农作物的种植提供能量；使用光照设备诱导有害昆虫，解决现代农业中农药使用量大的问题，减轻农药残留物对土壤的影响，土壤的肥力得到有效保障，农业废弃物也得到有效减少；还可以利用太阳能光电水泵和风力发电系统进行微滴灌、提灌、农田给水等作业；在机械驾驶舱内使用基于太阳能半导体的机械制冷器，借助集热器和真空平板，将太阳能转化为机械能，驱动冷却装置工作，为驾驶舱空调运转提供能量，保障驾驶舱内的工作人员在夏季高温时能够得到有效防暑降温。

1.3 电子智能技术的应用

电子智能技术在农业机械中的应用，主要是为了解决精细化和精准化作业的问题。现如今在欧美和日本等国，已经将高精尖的电子智能技术和农业机械设备箱融合，综合运用电子智能技术，已经研发出了各类采摘、耕作、收割等一系列智能化农业装备[4]。例如以色列已经研发出多功能农业自动生产设备，该设备兼具灌溉、施肥、检测、预警等功能，基于先进的智能控制技术，大幅提升了农业生产效率，显著提升了灌溉的精确度和效率，实现了对大型农牧场、果园和田园的智能化灌溉。在北欧某些国家，已经将电子监控仪器集成至联合收割机中，实现收割过程中对某些关键参数的智能化显示，逐步替代了传统的显示模式，人机交互水平显著提升，用户的体验感更好。

1.4 机器视觉技术的应用

机器视觉技术是最典型的一类智能化技术，因为其算法逻辑是模拟人脑的思维过程，其功能也符合人类分析事物的基本能力。在农业机械中，机器视觉技术主要是使用微型计算机、摄像机等设备模拟人类视觉的基本功能，实现对目标农作物的识别、检测和跟踪分析，并可有效地实现对周围障碍物的规避，对机器人行进的路线进行提前预判和分析。

起初，视觉技术主要是用于对农作物的等级分析和产品品质的检测，主要做作物的无损检测，无须和产品进行表面接触，仅仅通过机器视觉进行图像分析，便可获得规定位置内农产品的质量情况，根据检测数据，再基于固定的规则分析，便可以得出农产品的质量等级。近年来随着计算机和图形处理技术的发展，机器视觉已经逐步被用于田间护理、植物收割、植保和嫁接等领域中。例如使用机器视觉技术，可以在复杂多变的农田环境中，实现对复杂信息的收集、环境状况的分析、识别目标作业植物的位置和生长情况分析，为机器人提前规划形式路线做数据支撑。

1.5 机器人技术的应用

机器人技术是一门综合图像识别、智能技术、柔性作业、自动控制、信息交换和通信技术于一体的技术。借助机器人技术可以更好地利用农业生产过程中的跟踪定位、监控、智能识别等功能，使机器人可以更好地模拟人类行为，服务于农业生产和管理。例如，美国某团队便研发出可以进行天气预测的高清晰度、高光谱的热成像相机和脉冲激光机器人。此机器人可以适时获取农作物的直径、叶片大小、茎秆的高度等参数，也可对土壤进行检测，获取其含水量、温度等环境信息，存储后传输至中央控制器进行大数据分析计算，随后基于分析结果构建植物的3D模型，以此预测农作物的生长发育状况和产量等信息。法国科学家开发了一种可以用于大型蔬菜种植的除杂草机器人，此机器人配备了GPS视觉相机，能够实现自动播种和杂草拔除等工作，工作过程中不会对农作物构成任何伤害。英国某科学家，研发了一种西蓝花采摘机器人，经实际应用，其采摘西蓝花的速度是人工采摘的6倍以上。

1.6 导航技术的应用

GPS导航是农业生产中被最广泛应用的技术，其优点是操作简单、速度快、精确度非常高，同时其成本比其他导航系统更低。在国外发达国家，大部分农业机械中都安装了GPS系统，通过自动导航系统，可以实现作业的自动化，同时GPS还能和互联网建立信息链接，对收割区域的农作物质量和产量进行实时分析处理，为后期农田维护和保养提供数据支撑。日本等国家将GPS安装至拖拉机上，实现了无人驾驶，目前从农机具仓库到农场全程均可无人驾驶。另外，在农作物的药物喷洒、播种和灌溉等领域，各类无人机也逐步将GPS等导航技术加入其中，通过GPS可以预定无人机飞行路线和高度，可以实现精细化作业。经数据分析，无人机药物喷洒，能够减少近40%的农药用量，大幅降低了药物购买成本和农药对周围生态环境造成的影响，同时还增强了药物喷洒对作物的穿透性，提升了对病虫害的治疗水平。

1.7 CAD技术的应用

CAD技术主要应用于农业机械的三维设计过程中，通过应用软件可以对实际设计结果进行对装配关系的预先校验，保证设计结果的准确与合理性。智能CAD技术在农业机械设计中的应用主要是借助模块化变形设计，对各个模块的位置和装配关系进行预先模拟。另外，智能CAD技术，可以使得设计人员可以方便快捷地进行模型参数的修改，从而使设计结果可以直接达到具备三维工程化应用的状态。通过三维CAD技术，可以使设计者直接利用三维的设计结果与客户进行对接交流，客户也可基于三维模型快速提出自身需求，交流更加直观和准确。但是近年来由于三维模型标注标准不统一，三维模型库的构建数量有限，三维工程化的具体应用工作进展比较缓慢，在未来研究农机产品的基于MBD技术的三维模型标注技术、开展三维模型标准件库的构建工作是主攻方向之一。

2 前景和趋势预测

国家农业发展水平是国家整体发展水平的标志之一，然而农业机械的智能化发展水平又直接决定了国家农业的整体发展水平，这也是各大发达国家竞相发展农业的主要原因。农业机械化水平的提升，可以较大程度地解决劳动力问题，对人口稀少的国家更是如此。我国想要提升农业机械化和智能化水平，就必须建立智能装备的全方位技术体系，大范围配备智能化装备，将重点研究方向定位于农业机械化的智能化和精准化研究。

现如今，国内某些智能化装备研发工作已经取得了较好的成绩，某些智能设备已经远销海内外，尤其农作物收割机和植保设备，同时，我国也在积极研究智能化的农机设备，推行智能化改造和智能工厂建设。另外，各种新能源等新兴技术已经开始渗透进农业机械研发领域，并起到了积极的指导性作用。沼气、太阳能、水能、风能等新能源逐步替代煤炭、石油等非可再生资源，为自然环境的可持续发展和应对全球气候变暖提供了帮助。

总之，积极推进农业化和智能化的融合，研发信息化、集成化、可持续的农业机械，推动农业机械向智能化发展，是推动农业整体水平提升的必经之路，也是我国农业科技工作者们义不容辞的责任。

[1]吕颖利.简析农业机械自动化､信息化和智能化的路径选择[J].广东蚕业,2019,53(11):34-35.

[2]敬雨浩.人工智能与计算机技术在农业现代化中的应用[J].广东蚕业,2019,53(9):48-49.

[3]刁东伟.电子信息技术在农业机械工程中的运用浅析[J].大科技,2020(8):184.

[4]卢永泉.智能化技术在甘蔗联合收割机中的应用与前景[J].中国设备工程,2018(12):173-174.

沈硕（2000- ），男，汉族，湖北黄冈人，本科在读，研究方向：机械设计制造及其自动化。

10.3969/j.issn.2095-1205.2020.12.49

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2095-1205(2020)12-99-02