計算機視覺技術(shù)在智能化農(nóng)業(yè)機械中的運用

南陽職業(yè)學(xué)院 李聰聰 楊貞鈺

引言

計算機視覺技術(shù)擁有十分強大的數(shù)據(jù)處理能力與圖像識別和分析能力，對農(nóng)業(yè)機械智能化發(fā)展起到了積極的推進作用[1]。我國是農(nóng)業(yè)大國，發(fā)展智能化農(nóng)業(yè)對促進我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。智能化農(nóng)業(yè)機械有助于加強對生態(tài)資源的保護，促進我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進一步發(fā)展。在當(dāng)下我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，存在一些耗費大量人力與物力的環(huán)節(jié)，通過計算機視覺技術(shù)的應(yīng)用，加強農(nóng)業(yè)機械的智能化水平，可以很好地解放生產(chǎn)力，保障農(nóng)業(yè)經(jīng)濟穩(wěn)步增長。自20 世紀70年代，我國科研人員已經(jīng)開始將計算機視覺技術(shù)融入農(nóng)業(yè)機械中，在經(jīng)歷了50 多年的不斷發(fā)展之后，計算機視覺技術(shù)已經(jīng)廣泛融入智能收獲機、智能清選機以及智能檢測等各種類型的農(nóng)業(yè)機械設(shè)備中，并取得了較為理想的應(yīng)用效果，進一步強化了企業(yè)自身農(nóng)產(chǎn)品的市場競爭力，推動了我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的進一步發(fā)展，實現(xiàn)了社會經(jīng)濟的穩(wěn)定與和諧。本文重點分析了計算機視覺技術(shù)內(nèi)涵，明確了智能化農(nóng)業(yè)機械技術(shù)關(guān)鍵點，指出了計算機視覺技術(shù)在智能化農(nóng)業(yè)機械中的運用方式，以此不斷提高我國農(nóng)業(yè)機械的智能化水平。

1 計算機視覺技術(shù)概述

隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，計算機以其精準的、高效的特色獲得了人們的廣泛認同與重視[2]。特別是近幾年快速發(fā)展的計算機視覺技術(shù)，與傳統(tǒng)計算機技術(shù)不同的是，該技術(shù)以計算機信息技術(shù)為載體，引入了對目標(biāo)圖像掃描和分析的功能，以此來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的精準識別，提高對數(shù)據(jù)信息的控制水平[3]。盡管計算機識別技術(shù)屬于現(xiàn)代新興技術(shù)種類，然而其已經(jīng)在人工智能及模式識別等高層次計算機技術(shù)運用領(lǐng)域中占據(jù)了至關(guān)重要的地位。此外，計算機視覺技術(shù)最早在20世紀70 年代被提出來，然而隨著近些年的快速發(fā)展，已經(jīng)在當(dāng)下十分流行的人工智能技術(shù)與數(shù)字圖像處理技術(shù)中獲得了廣泛而深入的應(yīng)用，這些都為計算機視覺技術(shù)的不斷發(fā)展奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。另外，當(dāng)下計算機視覺技術(shù)已經(jīng)和農(nóng)業(yè)機械建立了緊密的聯(lián)系，促進了農(nóng)業(yè)機械向智能化、自動化方向發(fā)展。依托于計算機視覺技術(shù)的圖像處理技術(shù)，仿照人眼成像的原理，科學(xué)合理地運用光譜實現(xiàn)對目標(biāo)的拍攝，同時基于數(shù)字處理技術(shù)對獲取的圖片進行分析，之后聯(lián)系人工智能技術(shù)對獲得的圖像及信息進行整合與反饋，以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械的智能化工作。

2 智能化農(nóng)業(yè)機械技術(shù)關(guān)鍵點

2.1 人機協(xié)同技術(shù)

人機協(xié)同技術(shù)表示為在進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，將互聯(lián)網(wǎng)等當(dāng)代技術(shù)手段和工作者聯(lián)系起來，共同完成既定的工作任務(wù)。通過人機協(xié)同技術(shù)的應(yīng)用，一方面可以顯著改善農(nóng)業(yè)機械工作的速度與質(zhì)量，另一方面也可以實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)機械工作中各種故障的監(jiān)控與診斷。在智能化農(nóng)業(yè)機械中融入GPS 定位技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及人工智能技術(shù)等現(xiàn)代化技術(shù)手段，計算機將相關(guān)信息反饋給工作人員，之后對其分析并給出相應(yīng)的操作指令，以此來強化農(nóng)業(yè)機械的工作效率[4]。

2.2 綠色維修技術(shù)

簡單來說，綠色維修技術(shù)表示為農(nóng)業(yè)機械在工作過程中，當(dāng)出現(xiàn)故障問題時，以不破壞自然生態(tài)環(huán)境、最大程度減小能源消耗為宗旨，依托于當(dāng)代技術(shù)手段，對故障零部件進行維修更換的技術(shù)方式。通過綠色維修技術(shù)的運用，一方面可以有效避免材料的大量浪費，另一方面也能夠防止對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大破壞，降低廢棄物排放量，確保農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)業(yè)得以健康、穩(wěn)定發(fā)展。

2.3 機械自動化技術(shù)

機械自動化技術(shù)表示為依托于當(dāng)代智能技術(shù)，使得農(nóng)業(yè)機械設(shè)備能夠自動完成既定工作任務(wù)，達到少用或者不用人工工作的目的。通過機械自動化技術(shù)的運用，能夠在提高工作效率的基礎(chǔ)上，降低工作人員的數(shù)量，防止產(chǎn)生大量的人工成本。相關(guān)機械設(shè)備研發(fā)單位應(yīng)當(dāng)要結(jié)合具體狀況，加強對農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的改革與創(chuàng)新，不斷引入更加穩(wěn)定、先進的機械自動化技術(shù)，進一步改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的速度與質(zhì)量[5]。

3 智能化農(nóng)業(yè)機械的配套措施

計算機視覺技術(shù)要想促進其先進高效的智能化應(yīng)用推廣，則必須在智能化農(nóng)業(yè)機械的配套措施落實和管理工作開展等方面進行創(chuàng)新改革[6]。

3.1 端正態(tài)度，加深對計算機視覺技術(shù)的認識

相對而言，我國的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)起步較晚，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)理念根深蒂固，先進的機械化應(yīng)用推廣不理想，導(dǎo)致我國智能化農(nóng)業(yè)的發(fā)展相對緩慢。隨著先進科技手段的不斷發(fā)展和成熟，特別是計算機視覺技術(shù)等核心技術(shù)手段的突破，使得農(nóng)業(yè)智能化的進程加入快車道。而在相關(guān)技術(shù)應(yīng)用落地的同時，要端正人民群眾態(tài)度，特別是農(nóng)民對計算機視覺技術(shù)應(yīng)用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的態(tài)度。我們要改變農(nóng)民傳統(tǒng)“靠天吃飯”的傳統(tǒng)理念，讓農(nóng)民了解、學(xué)習(xí)、掌握、應(yīng)用先進的計算機視覺技術(shù)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，讓他們學(xué)在其中、樂在其中、享在其中，從而讓農(nóng)民更加重視計算機視覺技術(shù)的應(yīng)用推廣。同時應(yīng)該加大先進技術(shù)的宣傳力度，開展推廣和技術(shù)經(jīng)驗交流活動，加深農(nóng)民對計算機視覺技術(shù)的認識，努力開展計算機視覺技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械方面的應(yīng)用。

3.2 政策扶持，推動計算機科技應(yīng)用人才的培養(yǎng)

農(nóng)業(yè)機械智能化是解決農(nóng)村產(chǎn)能低、推動農(nóng)村農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略舉措。通過充分的調(diào)研考察，政府相關(guān)部門應(yīng)因地制宜，根據(jù)地區(qū)土地資源和具體的農(nóng)業(yè)機械應(yīng)用情況，制定指導(dǎo)性的方針政策，鼓勵農(nóng)民進行智能農(nóng)業(yè)機械的應(yīng)用，并針對計算機視覺技術(shù)的農(nóng)業(yè)化應(yīng)用進行政策上的傾斜和資金上的幫扶，吸引優(yōu)勢資源、鼓勵民企合作，通過科技創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)帶動農(nóng)村農(nóng)業(yè)經(jīng)濟，推動計算機技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械中的使用和穩(wěn)定發(fā)展。加速人才引進和培養(yǎng)計劃的落地實施，通過高校、企業(yè)、農(nóng)村多方合作，搭建實習(xí)研究基地；通過人才梯隊建設(shè)，加速農(nóng)業(yè)機械的創(chuàng)新應(yīng)用改革；通過科研攻關(guān)實踐，促進計算機視覺技術(shù)與農(nóng)業(yè)機械智能化的有效結(jié)合與應(yīng)用生產(chǎn)。

3.3 制度建設(shè)，加強對農(nóng)業(yè)機械智能化進程的管理

要想實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械智能化的可持續(xù)健康發(fā)展，最重要的就是形成農(nóng)業(yè)機械應(yīng)用制度建設(shè)，加強對農(nóng)業(yè)機械應(yīng)用生產(chǎn)的管理。隨著計算機視覺技術(shù)的引入和應(yīng)用，無論農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)還是農(nóng)產(chǎn)品的包裝都得到了質(zhì)的提高，但是在產(chǎn)品使用過程的監(jiān)管及標(biāo)準制定過程中卻缺少完善的制度要求和管理措施。缺少管理制度的智能化農(nóng)業(yè)機械發(fā)展如同沒有軌道而高速行駛的列車，其后果是慘烈的。因此必須加強智能化農(nóng)業(yè)機械應(yīng)用的管理制度建設(shè)，加大對農(nóng)業(yè)機械發(fā)展和生產(chǎn)過程的監(jiān)管和審核力度。定期開展計算機視覺技術(shù)的應(yīng)用講座，加深農(nóng)民對先進技術(shù)的認識和掌握。開展計算機智能農(nóng)業(yè)機械政策研究，落實推廣智能化農(nóng)業(yè)機械政策扶持。加大地區(qū)農(nóng)業(yè)機械科研項目投資力度，引資促產(chǎn)，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，加速智能化農(nóng)業(yè)機械前進步伐。重視科技人才“引得來、用得對、用得久”引進政策的實施，加強地區(qū)農(nóng)業(yè)機械梯隊人才培養(yǎng)，推動計算機視覺技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械智能化的深度應(yīng)用。完善管理制度，提高農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)的效率及可持續(xù)綠色應(yīng)用。

4 計算機視覺技術(shù)在智能化農(nóng)業(yè)機械中的運用

4.1 在田間作業(yè)農(nóng)業(yè)機械中的運用

我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)有著上千年的發(fā)展歷史，在很長一段時間內(nèi)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的耕地整理、收獲等各個環(huán)節(jié)都是完全依靠人工來完成的，不僅難以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的大范圍種植，同時也面臨生產(chǎn)效率低下、勞動強度過大等問題，這給我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展帶來了非常大的阻礙。事實上，在農(nóng)業(yè)種植過程中，不僅要注重農(nóng)作物的播種與收獲，同時也要格外注重去除雜草、防蟲害等。伴隨著我國機械生產(chǎn)制造水平的越來越高，整個田間作業(yè)工序逐漸通過機械取代傳統(tǒng)的人工，現(xiàn)階段我國大部分田間作業(yè)都能夠基于相應(yīng)的農(nóng)業(yè)機械來完成，不僅顯著改善了農(nóng)業(yè)工作速度，同時也很好地降低了工作人員的勞動強度，為促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高效、科學(xué)發(fā)展提供了幫助。在計算機視覺技術(shù)發(fā)明并應(yīng)用之后，將其融入田間作業(yè)農(nóng)業(yè)機械設(shè)備中，又一次解放了農(nóng)業(yè)工作者的生產(chǎn)力，不管是農(nóng)業(yè)的播種，還是進行田間除草、農(nóng)作物除蟲等，都能夠通過計算機視覺技術(shù)及農(nóng)業(yè)機械設(shè)備自動完成相關(guān)工作。在開展田間作業(yè)的過程中，依托計算機視覺技術(shù)可以精準獲得田間的各種圖像信息，對其進行充分的分析與整合之后，能夠獲得農(nóng)作物的長勢情況及其需要開展的田間工作，提高了農(nóng)作物管理的目的性，一方面有效改善了農(nóng)業(yè)機械田間作業(yè)的速度，另一方面也能夠為科學(xué)、合理開展農(nóng)業(yè)管理提供了數(shù)據(jù)支持。例如，在開展農(nóng)作物除草除蟲工作任務(wù)時，依托于計算機視覺技術(shù)能夠準確獲得田間農(nóng)作物的生長狀況以及田間雜草、昆蟲的具體情況等，基于科學(xué)合理的計算分析，第一時間分析出使用農(nóng)藥的種類及濃度，之后開展自主噴灑作業(yè)，提高了農(nóng)藥噴灑的準確性與有效性，進而出色地完成田間作業(yè)。通過計算機視覺傳達技術(shù)的運用，有助于提高農(nóng)場作業(yè)的準確性與合理性，此外也能夠確保農(nóng)藥使用的科學(xué)性，避免對生態(tài)環(huán)境造成較大的破壞和污染，與我國環(huán)保發(fā)展理念相契合[7]。

4.2 在農(nóng)業(yè)收獲機械中的運用

通過將計算機視覺技術(shù)融入農(nóng)業(yè)收獲機械中，可以有效改善農(nóng)業(yè)機械的信息化水平。另外，在進行農(nóng)作物收獲環(huán)節(jié)，計算機技術(shù)也能夠發(fā)揮重大的作用，將計算機視覺技術(shù)結(jié)合到農(nóng)業(yè)收獲機械中，可以有效強化農(nóng)作物的收獲速度，提高農(nóng)作物收獲的便利性，縮短農(nóng)作物收獲時間[8]。比如，在利用農(nóng)業(yè)機械進行果樹采摘時，依托計算機識別技術(shù)能夠精準分析出各個水果的生長狀況，之后通過一系列的計算過程得出水果的成熟程度，進而快速、精準地判定出水果有無達到采摘的標(biāo)準，有針對性地完成水果采摘工作。通過計算機視覺技術(shù)的運用，一方面極大縮短了農(nóng)作物收獲的時間，改善了農(nóng)作物總體采摘速度，另一方面也能夠快速、精準地判定出各個農(nóng)作物果實的成熟狀況，避免采摘到未達標(biāo)的果實，強化了果實采摘的精準性，確保了農(nóng)作物果實采摘的科學(xué)性與合理性。此外，在計算機視覺技術(shù)的運用下，還有助于加強對植物的管理，實現(xiàn)對某個果實、植物等的細化管理，并形成完善的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對一些果實狀況進行科學(xué)的評估，依照整合好的數(shù)據(jù)信息對各個果實進行有序采摘，從而很好地提高了果實收獲過程管理的準確性與目的性。

4.3 在農(nóng)產(chǎn)品加工機械中的運用

在我國現(xiàn)代經(jīng)濟快速發(fā)展的背景下，農(nóng)產(chǎn)品處理加工水平越來越高，促使我國許多農(nóng)副產(chǎn)品逐步融入到貿(mào)易活動中。農(nóng)產(chǎn)品只有經(jīng)過相應(yīng)的加工之后，才能充分發(fā)揮其附加價值，增強市場競爭力，而要想提高附加價值，優(yōu)秀的加工機械必不可少。通過將計算機視覺技術(shù)融入到農(nóng)產(chǎn)品加工機械中，可以有效改善農(nóng)產(chǎn)品的加工速度與品質(zhì)，是實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品加工無人化操作的重要技術(shù)，推動了我國農(nóng)副產(chǎn)品綜合生產(chǎn)加工水平的不斷提升。例如，在進行蘋果的分揀與裝配工作時，依托計算機視覺技術(shù)可以快速、精準地識別到各個蘋果的色澤、大小等，以此為基礎(chǔ)進行分揀，之后基于機械化設(shè)備，將各種規(guī)劃大小、色澤的蘋果導(dǎo)入到各自裝箱軌道中，最終實現(xiàn)對蘋果的分箱裝配。通過將計算機視覺技術(shù)融入到農(nóng)產(chǎn)品加工機械中，能夠有效提高蘋果分揀裝箱速度，降低人為因素的影響，從而保證了蘋果裝箱的科學(xué)性。因此，將計算機視覺技術(shù)緊密聯(lián)系到農(nóng)產(chǎn)品加工機械中具有十分重要的作用，是促進農(nóng)業(yè)機械信息化發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。

5 結(jié)語

綜上所述，加強計算機視覺技術(shù)在智能化農(nóng)業(yè)機械中的運用是當(dāng)下重要的發(fā)展趨勢，也是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械自動工作的重要組成部分。值得注意的是，計算機視覺技術(shù)仍然沒有形成具體的體系，在將其運用到智能化農(nóng)業(yè)機械中時還需要深入探索，從而不斷提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益，促進農(nóng)業(yè)機械智能化不斷發(fā)展。