國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化的發(fā)展現(xiàn)狀與前景

謝 舒 李秀梅 黎子明

（江西省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，江西南昌 330000）

1 農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化的特點(diǎn)

農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化指農(nóng)業(yè)設(shè)備中配備有CPU（中央處理芯片）與無(wú)線通訊系統(tǒng)及傳感器的現(xiàn)代化農(nóng)機(jī)，其特點(diǎn)主要是通過(guò)加裝在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的微型計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器傳回的各種信號(hào)進(jìn)行全面有效的邏輯運(yùn)算與傳導(dǎo)，然后發(fā)出適宜的指令驅(qū)動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械完成相應(yīng)的正確動(dòng)作，較快地實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與農(nóng)業(yè)管理的智能化，真正提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率[1]。運(yùn)用農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，一方面規(guī)范了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)的效率與機(jī)械化水平；另一方面還降低了農(nóng)業(yè)勞作人員的工作強(qiáng)度，通過(guò)智能化操作能夠較好地監(jiān)視農(nóng)業(yè)的作業(yè)過(guò)程，從而有效避開不良的工作環(huán)境，減少對(duì)環(huán)境的破壞與浪費(fèi)，真正提高了農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化水平。

2 國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外研究情況國(guó)外對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化的研究較早，并開始對(duì)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行改造與升級(jí)，一些先進(jìn)的高新技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面得到運(yùn)用，較好地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。例如，美國(guó)利用衛(wèi)星定位技術(shù)提高農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化水平，在大型拖拉機(jī)上安裝GPS全球定位系統(tǒng)，通過(guò)衛(wèi)星導(dǎo)航與電腦控制完成各項(xiàng)田間作業(yè)，能夠?qū)崿F(xiàn)精確耕作、減少在耕作過(guò)程中出現(xiàn)漏耕或者重疊等現(xiàn)象；通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)完整記錄整個(gè)作業(yè)過(guò)程，有利于全面分析采集土壤中的數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)交換與精準(zhǔn)作業(yè)，達(dá)到全面提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的目的。

在田間害蟲自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方面，國(guó)外將無(wú)線傳輸、電子機(jī)械以及物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)，同時(shí)將生物信息素等技術(shù)融入其中組成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用搭建在田間的智能監(jiān)測(cè)設(shè)備能夠達(dá)到無(wú)公害誘捕殺蟲目的，經(jīng)濟(jì)環(huán)保。農(nóng)業(yè)工作者能夠遠(yuǎn)程了解田間蟲情，進(jìn)而根據(jù)出現(xiàn)的情況自動(dòng)制定出有效的防治措施。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要具有誘捕害蟲、采集環(huán)境參數(shù)、數(shù)量統(tǒng)計(jì)、數(shù)量采集、數(shù)量傳輸?shù)裙δ?，能夠較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)害蟲的定向誘捕及分類和統(tǒng)計(jì)，通過(guò)遠(yuǎn)程檢測(cè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與智能化的蟲害預(yù)警，全面有效提高了農(nóng)作物的病蟲害監(jiān)測(cè)水平。

此外，英國(guó)開發(fā)了帶有電子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（EMS）的拖拉機(jī)，該裝備能夠?qū)r(nóng)業(yè)作業(yè)機(jī)具的耕作情況、播種的深度與寬度等方面的信息進(jìn)行自動(dòng)判斷，同時(shí)具備故障診斷以及工作狀態(tài)液晶顯示的功能，大大提高了耕作效率。日本研發(fā)的小型智能化農(nóng)機(jī)裝備能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)農(nóng)作物的智能化控制，依靠全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)施肥噴藥進(jìn)行精準(zhǔn)控制，提高了農(nóng)業(yè)智能化與機(jī)械化的管理水平。

2.2 國(guó)內(nèi)研究情況20世紀(jì)90年代至今，我國(guó)在農(nóng)機(jī)機(jī)械智能化研究方面取得了較大進(jìn)展，一些高水平的智能化機(jī)械不斷得到升級(jí)并運(yùn)用在實(shí)際的農(nóng)作生產(chǎn)過(guò)程中，較快地提高了農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化的技術(shù)水平。例如，研發(fā)的谷物聯(lián)合收割機(jī)，在田間實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，能夠較好地全面完成對(duì)谷類作物的高效率收割與脫粒，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)作物的分離莖桿與清除雜余等功能。該系統(tǒng)能夠及時(shí)獲取農(nóng)作物精確的產(chǎn)量分布數(shù)據(jù)，甚至連谷物的濕度分布情況以及田間海拔的高程分布數(shù)據(jù)等情況也能夠進(jìn)行測(cè)算。在智能化施肥機(jī)械方面，我國(guó)福田雷沃國(guó)際重工股份有限公司聯(lián)合其他單位共同研制了“2BYFZ-4型智能玉米精密播種施肥機(jī)”，該機(jī)械設(shè)備通過(guò)自主研發(fā)傳感器進(jìn)而對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行種子檢測(cè)及自動(dòng)補(bǔ)種系統(tǒng)，全面實(shí)現(xiàn)化肥檢測(cè)功能。此外，結(jié)合作物的種類與土壤肥力情況全面有效控制施肥量，還能實(shí)現(xiàn)株距與施肥量的電動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)功能，能夠真正有效地提高肥料的利用率，降低投入與管理成本。

在靶噴、霧噴藥技術(shù)方面，我國(guó)研制出果園自動(dòng)對(duì)靶噴霧機(jī)，全面解決了果園病蟲害防治現(xiàn)存的農(nóng)藥利用率低與環(huán)境污染等方面的問(wèn)題；在智能化播種機(jī)械方面，國(guó)內(nèi)借助全球定位技術(shù)研制出了集智能變量播種、施肥與旋耕復(fù)合機(jī)于一體的裝備，能夠一次性實(shí)現(xiàn)播種、施肥等不同功能。此外，對(duì)于智能化設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備，通過(guò)利用傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及通訊技術(shù)相互結(jié)合，研制出了溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)及自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫室內(nèi)氣候與土壤參數(shù)的監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，進(jìn)而通過(guò)計(jì)算機(jī)或者手機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)可視化遠(yuǎn)程的監(jiān)控功能，由此推動(dòng)了農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化水平的發(fā)展。

3 農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化發(fā)展的方向

3.1 人機(jī)交互隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化技術(shù)與水平的不斷發(fā)展，未來(lái)農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化發(fā)展水平與應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)更加廣泛，農(nóng)機(jī)裝備進(jìn)一步推動(dòng)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展，要想更快地實(shí)現(xiàn)從農(nóng)業(yè)大國(guó)向農(nóng)業(yè)強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變，國(guó)內(nèi)的農(nóng)業(yè)機(jī)械轉(zhuǎn)型升級(jí)迫在眉睫。隨著微電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，諸如人機(jī)界面顯示以及人性化機(jī)械功能的農(nóng)業(yè)裝備的出現(xiàn)，成為提升人機(jī)交互水平的重要體現(xiàn)，由此適時(shí)調(diào)整農(nóng)機(jī)作業(yè)的效率，能夠確保農(nóng)業(yè)機(jī)組高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.2 無(wú)人機(jī)無(wú)人機(jī)在農(nóng)機(jī)機(jī)械方面能夠降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，全面提高農(nóng)作物產(chǎn)量，例如大疆創(chuàng)新研制出的MG-1農(nóng)業(yè)植保機(jī)具有高效環(huán)保、精準(zhǔn)作業(yè)、操作簡(jiǎn)單、智能化等特點(diǎn)，能夠?yàn)閺V大農(nóng)戶節(jié)省生產(chǎn)成本。未來(lái)農(nóng)機(jī)機(jī)械可利用無(wú)人機(jī)對(duì)農(nóng)田信息、病蟲害、灌溉情況及農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，例如，無(wú)人機(jī)通過(guò)航拍的圖片能夠全面了解農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境等各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息與指標(biāo)（例如：灌溉到土壤變異作物的病蟲害以及細(xì)菌侵襲等問(wèn)題），實(shí)現(xiàn)有效管理[2]。同時(shí)，運(yùn)用微型無(wú)人機(jī)搭載特殊的光譜分析儀，能夠?qū)r(nóng)作物的農(nóng)田作物、果園中病蟲害及其類型進(jìn)行分析，從而獲得高分辨率的圖像以及高精度的數(shù)據(jù)信息。此外，無(wú)人機(jī)還能夠輔助農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)核實(shí)受災(zāi)情況，大大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)范性。

3.3 農(nóng)業(yè)機(jī)器人目前，農(nóng)業(yè)機(jī)器人對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的育秧、移苗以及嫁接作物收獲等方面得到廣泛運(yùn)用，有效解決了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中勞動(dòng)力匱乏與生產(chǎn)效率偏低的問(wèn)題。因此，未來(lái)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人應(yīng)更多地借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，研發(fā)更多的農(nóng)業(yè)機(jī)器人裝備。例如：施肥機(jī)器人能夠根據(jù)不同的土壤情況進(jìn)行施肥，從而可以降低農(nóng)業(yè)成本，改善地下水質(zhì)。同時(shí)，利用全球定位系統(tǒng)（GPS）與拖拉機(jī)綜合技術(shù)結(jié)合，研制出可準(zhǔn)確施用除草劑除草的機(jī)器人，通過(guò)GPS接收器能夠準(zhǔn)確確定雜草的坐標(biāo)位置，然后通過(guò)機(jī)載桿式噴霧器即可啟動(dòng)化學(xué)除草劑按鍵，準(zhǔn)確地噴撒到雜草上，達(dá)到有效除草的目的。此外，對(duì)于作物種植機(jī)器人，工作人員通過(guò)在觸摸屏上設(shè)定相關(guān)的地點(diǎn)參數(shù)，機(jī)器人就能感應(yīng)盆栽并自動(dòng)將作物種子移動(dòng)到相應(yīng)的目的地行進(jìn)種植；果實(shí)分檢機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)果實(shí)分檢自動(dòng)化，通過(guò)光電圖像辨別和提升分檢機(jī)械組合裝置，全面實(shí)現(xiàn)大小果實(shí)的分揀與裝運(yùn)且不會(huì)傷到果實(shí)的外皮。

3.4 智能化管理系統(tǒng)對(duì)于農(nóng)機(jī)智能化管理系統(tǒng)而言，融機(jī)械技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與控制技術(shù)于一體，通過(guò)無(wú)線通信完成各項(xiàng)數(shù)據(jù)的交換，進(jìn)而制訂詳細(xì)的農(nóng)事操作方案與機(jī)械作業(yè)計(jì)劃。在此基礎(chǔ)上，智能化管理系統(tǒng)通過(guò)GPS天線與通信終端，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)發(fā)送位置、運(yùn)轉(zhuǎn)、保養(yǎng)等信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況管理、監(jiān)視防盜并對(duì)突發(fā)問(wèn)題進(jìn)行自動(dòng)通知與應(yīng)對(duì)功能，真正提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率與管理水平。

3.5 精細(xì)農(nóng)業(yè)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，精細(xì)農(nóng)業(yè)還可稱為計(jì)算機(jī)輔助農(nóng)業(yè)，是基于信息與知識(shí)的農(nóng)田作物生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理技術(shù)，根據(jù)農(nóng)業(yè)科學(xué)知識(shí)制訂合理的農(nóng)田和農(nóng)作物的栽培管理方案，進(jìn)而有效分配農(nóng)業(yè)作業(yè)并能規(guī)避生產(chǎn)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)，由此大大降低了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)成本，同時(shí)也提高了土地的利用效率。同時(shí)，精細(xì)農(nóng)業(yè)能夠較好地監(jiān)控作物的生長(zhǎng)狀況，監(jiān)測(cè)土壤中的養(yǎng)分含量情況，并且結(jié)合實(shí)際作物的生長(zhǎng)周期與生長(zhǎng)條件供給適合的水分與養(yǎng)分。此外，可以通過(guò)一系列改善措施規(guī)避生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，大大降低生產(chǎn)的成本，真正提高了土地的利用價(jià)值與利用效率[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的作用日益突出，有利于降低農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率；另一方面，通過(guò)農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化的運(yùn)用，能夠減少對(duì)環(huán)境的破壞，提高了利用效率，相信在今后的發(fā)展過(guò)程中，會(huì)有更多的農(nóng)機(jī)智能化產(chǎn)品真正得到實(shí)際應(yīng)用，能夠有效提高我國(guó)的農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平。