自动化技术在农业机械化生产中的应用与发展趋势

姜振龙

(哈尔滨市呼兰区莲花镇乡村振兴发展服务中心，哈尔滨 150514)

0 引言

近年来，随着农业机械的广泛使用，我国的农业生产模式已经基本进入机械化时代，尽管农业生产的效率得到了显著提升，但由于农业机械的使用对农民的依赖程度大，导致人力成本仍比较高，而且农机的作业效果受到驾驶人员技术能力的制约，使部分农机化作业的效果达不到高质量要求。从国际农机发展形势看，自动化技术的应用显著提高了农业机械的作业能力，能够实现以最小的人力成本、最舒适的生产过程和最佳的生产质量完成复杂的农业生产任务。因此，在我国现阶段农机化实施基础上，进一步提升农机生产的自动化程度，有利于促进农业机械化生产向更科学方向进步。

1 农机自动化发展情况

农业机械的大量使用使农民经营生产的收益也不断增加，经济能力的提升使农民有能力购置更加先进的农机装备，以便于进一步提高生产效率，降低经营成本，从而获得更高的收益。得益于我国经济和科学技术的快速发展，农业机械的自动化技术近年来得到了明显的提升，农机购置补贴政策和生产作业补贴政策的实施使更多先进的农业机械被购买与使用，例如粮食自动烘干设备、农业生长检测设备的使用量都得到了明显提升。与此同时，我国各地的农机管理部门纷纷结合地区特点建设了现代化的农机智慧平台，进一步提高了农机自动化的应用效果与合理性，使农机自动化设备的发展趋于稳定。

2 影响农机自动化发展的因素

尽管现阶段农业机械化发展的整体趋势良好，但在先进技术应用和推广过程中仍存在较多的不利因素，限制了先进的自动化技术与农机产品的快速普及。

(1) 生产经营形势产生的限制。由于现阶段我国农业生产仍以小规模经营为主，集中生产和承包经营所占的比例仍不大，导致存在着土地连片化不良、生产面积小，从而受限于经营成本而无法引进先进的自动化农机设备，且自动化农机设备在小面积农田的作业能力也不易发挥，自动化农机装备的示范作用不易凸显。

(2) 农业机械的技术能力不足。由于我国农业机械化发展时间相对较短，农业机械产品本身的成熟度不足，很难与先进的自动化技术相匹配。同时，很多农业机械厂家在自动化技术上研究与应用能力不足，或是对自动化技术的应用研发没有给予足够的重视，导致农业机械的自动化功能研发与应用缓慢，使市场上的农业机械产品长期处于技术含量低、功能落后的局面。

(3) 农业生产的基础设施建设落后。农业机械自动化技术的实施需要很多现代化的基础设施支持，例如GPS基站、互联网覆盖等，但我国很多农村地区尤其是偏远地区和欠发达地区的农业基础设施落后，使很多先进的自动化装备难以应用。

3 自动化技术在农业生产中的应用

3.1 农机导航技术与自动驾驶的应用

现阶段，很多农机装备配套了卫星定位技术，使大田农业机械实现了半自动化作业，卫星导航技术能够辅助驾驶员进行驾驶判断，帮助提供驾驶路线规划、行驶状态监测等功能，有利于农业机械在大面积农田作业时按照预计的方案执行，同时能够获取附近其他农机的位置信息，避免作业范围重合及农机碰撞事故的发生。对于很多新兴的农机装备，例如农业植保无人机、大棚果蔬采摘设备，卫星导航能够实现精确定位和行驶路线控制功能，帮助实现高精度的自动化作业。以无人机为例，卫星导航技术不仅实现了植保作业按预先设计的方案路线形式实施，并能控制多组无人机同时进行无干涉的作业(如图1所示)，同时还实现了定点悬停、断点续喷等更多先进功能，有效提升了农机使用的便捷性。

图1 多组无人机的无干涉自动化作业

3.2 在农机故障检测上的应用

传统的农业机械在参与农业生产的过程中，若出现了故障问题或零部件损坏问题，驾驶员很难及时的发现并进行处理，往往造成较大的农业机械故障而影响农业生产效率。通过故障自动检测和诊断技术，在传统的农机装备关键工作位置布置传感器设备，检测农业机械工作过程中的振动、运转频率、温度状态等信息，并通过可编程控制器设置合理的参数范围，当农业机械的某些运行参数超出正常工作范围，会通过控制面板显示相应的故障问题，提醒驾驶员注意可能存在的异常风险。例如，对播种机排种器排种数量进行监测，当排种数量不足时可及时检查是否存在堵塞问题；对农机液压系统进行温度监测，温度过高及时提醒驾驶员检查是否存在散热不良、液压油变质等问题。

3.3 在智能大棚生产中的应用

相对于传统的大田生产方式，大棚生产具有更好的环境可控条件，且基础设施的配置也更全面。现阶段，很多先进的自动化技术在农业大棚生产中得到了应用。例如，通过温湿度传感器检测大棚内的温湿度(如图2所示)，从而控制通风设备、遮阳设备、灌溉设备的自动开启与关闭，保证大棚内作物始终获得最佳的生长环境；通过应用视觉检测技术，能够时时获取农作物的生长信息，并与图像分析处理技术结合，能快速准确地判断农作物的健康状态，对可能存在的病虫害问题进行及时预警，确保农作物的产量与品质。

图2 自动化大棚的信息获取与显示

3.4 在农产品后处理中的应用

近年来，农机自动化技术应用逐渐向产后农机装备延伸，使农产品后处理机械的先进性得到了显著提升。例如，将自动控制技术应用于谷物烘干设备，通过温湿度传感器感知谷物和烘干气流的含水率，从而自动控制烘干气流的温度、流速变化，使谷物在无人看管下达到最佳的烘干品质；自动控制技术在果蔬产品的自动分级和检测包装领域也应用广泛，利用视觉技术能够对输送线上存在损伤、腐烂的果蔬进行准确去除，并实现果蔬按重量、体积的自动分选，以便于通过分级销售获得更高的经济效益。

4 农机自动化技术发展趋势

(1)对现有农机装备进行自动化功能升级。农业机械的自动化技术要实现快速的发展，不能单纯依靠先进农机装备的销售，还应当加强对现有农机装备的优化升级工作，通过相对更少的成本，使传统的农机设备具备自动控制、制动检测等功能，能实现最快速的农业生产自动化升级，并有效提高农机作业能力和生产效率。

(2)进一步与网络化和信息化相结合。随着高集成电路、微电脑技术逐渐向农机自动化领域应用，农业机械通过网络和通信技术的控制能力不断加强，农机作业逐渐摆脱单纯的执行方式，而是在作业中实时获得众多信息数据支持，使生产过程与地形、天气等相关信息相结合，使实际的作业能力与品质进一步提升。

(3)向农机系统化控制方向发展。随着农机自动化程度的提升，自动化控制应不再局限于控制单一的农业机械生产作业，而是逐渐将农业生产基础设施控制、不同工序农业机械控制进行结合，形成系统的控制形式，并逐渐向智能化方向发展。