人工智能在农机装备智能化中的应用分析

林 领 ， 黄玉流

（新大陆数字技术股份有限公司，福建 福州 350015）

通过人工智能技术，结合物联网、智能控制、卫星定位等信息技术与农机装备深度融合，能够改善传统农机装备的运行状态，使农机装备适应农业生产环境。农机装备需要与人工智能技术结合起来，通过机器视觉、智能控制、深度学习等手段，使农机装备带有智能属性，实现农业“耕、种、管、收”等核心环节的自动生产，甚至由计算机系统替代人脑操控生产过程，提高农业生产的技术水平。智能化是农机控制的重要方向，需要与农业生产过程结合起来，注重人工智能在农机生产中的实现。

1 农机装备智能化中的人工智能技术

1.1 自动控制

自动控制是农机装备运行的关键，分析农业生产状态，提高自动运行控制的可靠性。为了实现智能控制，需要注重监控系统的影响，感知农业生产变化情况，为农业生产控制提供依据，保障农业生产过程能够顺利进行。对于农作物而言，需要控制生长条件，如温度、湿度等，满足植物的生长环境需求，提高农作物的生长控制水平。在智能化控制环境下，需要做好数据的采集工作，将传感器技术应用其中，增强对环境信息的监控能力，使农机装备的操作更加精准。自动控制是智能化的重要体现，农机装备智能控制应结合种植经验，研制出整套专家控制系统，摆脱人工依赖，降低劳力方面的投入，使农机装备能够发挥出主要作用，提高农业生产的效率[1]。

1.2 图像识别

农业生产过程中，需要通过肉眼判断农业生产状态，为此，可以将图像识别技术应用在生产控制中，基于视觉管理农业生产，提高农业生产的识别能力。通过图像识别技术，利用深度卷积神经网络进行特征学习，逐步建立图像监测模型，能够判断农作物的长势、病虫害程度等，综合判断农作物的整体生长状况，便于管理农业生产过程。同时，也可以提高农业生产的安全性，识别土壤中的障碍物，将障碍物及时排除，避免对农机装备造成损伤，如播种机、翻土机等，控制农业生产环境。图像识别相当于机械的眼睛，主要应用到图像识别技术，通过色彩、形状等进行分析，严密监测生产过程，调整农机装备的控制变化，使农机能够达到智能化控制标准，提高图像识别的应用水平[2]。

1.3 虚拟技术

农机装备使用过程中，需要注重虚拟技术的应用，模拟农作物的未来长势，提前预判作业时间。通过虚拟技术能够降低农业装备出错的概率，遵循农作物的生长规律，使农作物的生长过程处于最佳条件，农业生产过程更加细致化。农业生产过程包括播种、灌溉、施肥、收割等，需要通过虚拟技术进行模拟，合理设定农机装备的数据参数，保障参数设置与实际环境的匹配性，保障农机参数的应用能够发挥作用。以收割虚拟化控制为例，能够优化收割路线，合理安排收割过程，提高农业收割的效率。同时，模拟设备的运行时间，避免设备在高温环境下持续工作，合理安排设备的停歇时间，使农机装备具有稳定的运行状态。

1.4 网络技术

网络技术在农机装备智能化中是不可或缺的，需要保证设备之间的通信能力，采集农业生产信息。网络技术运用基于5G网络展开，传输速度可以达到10 Gbit/s，尤其是在图像数据方面，保证数据传输的稳定性。对于农业生产数据，需要通过网络进行传输，将数据汇集到上位机中，统一处理生产数据，构建完善的人工智能控制条件。而且，农机装备的控制也需要通过网络技术进行，采用无线控制的方式，使网络技术能够承担起控制功能，有助于智能农机管理系统的构建。通过智能农机管理系统，能够确定农具的工作状态、调度情况等，把控农机的运行状态，提高对农机运行状态的规划能力，保障农机装备的控制能力。

2 人工智能在农机装备智能化中应用

2.1 智能收获机械

农业生产过程中，收获机械是必不可少的，需要控制收割质量，使农作物能够收割干净，降低农作物在田地中的残留量，使机械具有稳定的工作效率。收割机装备装有GPS定位系统，能够判断收割机的位置信息，便于调配收割机的工作状态，提高收割机工作区域安排的合理性。农作物收获过程中，需要判断含水量情况，如水稻收获期含水量一般为22%～25%，玉米收获期含水量不能超过20%。对于不符合要求的农作物，需要避免进行收割，否则应额外处理农作物，如晾晒、烘干等，使农作物能够处于干燥状态，避免增加农作物的储存难度。智能收获机械可以进行自动作业，评估农作物的产量情况，保障农作物的收割控制效果[3]。

2.2 智能施药机械

农作物生产过程中，需要注重智能施药机械的应用，控制农药的含量，防止出现药剂使用过量的情况，提高对生态环境的保护作用。智能施药机械需要注重路径规划，通过GIS、GPS等技术，保证对路径的识别能力，合理选择施药路径，采用最短的施药路径，使施药机械能够稳定工作。同时，需要具有病虫害识别能力，确保药剂选择的合理性，并且控制药量。以青枯病为例，采用70%代森锰锌500倍液或50%甲霜灵800倍液，提高药剂用量的控制效果。智能施药机械具有喷雾自动调节能力，使雾滴能够更好地分散到施药部位，保证施药控制的精准性，构建出良好的对靶施药条件，确保施药机械起到病虫害防治作用[4]。

2.3 智能施肥机械

肥料是满足农作物生长所需的关键，需要合理设计施肥机械，严格控制施肥量，构建良好的肥料配比条件。以马铃薯施肥为例，主要以复合肥为主，肥量在760 kg/hm2左右，使马铃薯能够顺利度过苗期。肥料主要分为氮肥、磷肥和钾肥，采用施肥计划专家系统来控制肥量，可以控制肥量的配比条件，保证肥料的施肥比例适当，提高施肥控制方法的有效性。同时，还要在电子地图内输入处理方案，构建施肥地点与肥量的关系，提高施肥控制的智能化程度。施肥控制方法需要注重合理性，将控制方案输入到系统中，构建出完善的控制策略，使化肥的使用能够根据实情展开，保证各个区块施肥控制的严格性[5]。

2.4 智能播种机械

播种是农作物种植的重要环节，为了提高播种的效率，需要注重智能播种机械的应用，严格控制播种参数。播种包括开沟、播种、施肥等一系列操作，需要根据农作物种类及种植要求进行把控，进而满足智能化的播种条件。智能播种控制流程以水稻播种作为研究对象，将导航定位、无线通信、CAN收发等技术应用其中，使播种过程能够得到技术支持，保障播种控制具有良好的条件。为了控制播种参数，需要将控制参数输入到主控系统中，如行距为25 cm～35 cm，株距为10 cm～13 cm，确保参数控制的适配性，保证水稻种植能够精准展开。水稻播种采用农机装备进行，属于机械化播种形式，需要控制速度、方向，保障播种过程能够顺利执行[6]。

2.5 智能灌溉机械

农作物生产过程中，需要注重智能灌溉机械的应用，合理选择灌溉方式，采用自动化的灌溉方案，做好过程中的节水控制。智能灌溉机械需要使用到GPS定位系统，检测指定位置的根部及湿度，及时为农作物补充水分，防止出现缺水的情况。同时，需要选择灌溉方式，主要以滴灌和喷灌为主，能够起到节约用水的作用，减少水资源的消耗。智能灌溉机械采用自动控制形式，实现自动灌溉、定时灌溉等功能，以温湿度情况作为灌溉控制依据，修正灌溉控制参数。在灌溉参数方面需要提前进行设定，控制水泵的启停过程，智能化监测运行数据。另外，需要具有灌溉系统检查能力，通过管压检测确定水管的破损情况，提高对灌溉系统故障的应对能力[7]。

2.6 智能温室监控

大棚温室是重要的植物种植环境，需要做好农机装备的配置，对温室采取智能化监控，提高温室监控方法的有效性。在大棚温室中，影响农作物生长的因素较多，如光照强度、温度、湿度、二氧化碳浓度等，需要通过相应的传感设备进行监测，获取大棚环境的相关信息。大棚内部环境虽然适合植物生长，但不适合工作人员长期劳作，对身体健康具有一定的影响。因而，采用智能温室监测具有必要性，模拟不同生长阶段的农作物生长环境关键参数，通过智能控制系统实现远程调节，提高室温控制的稳定性。以室温控制为例，为了维持温度的恒定，需要采用PID控制算法，控制算法表达式如下：

通过PID控制算法且结合专家控制方式，能够提高温度控制的智能化水平，降低温度控制的误差，将温度影响控制在较低水平[8]。

2.7 智能采摘机

农作物采摘过程中，需要根据成熟情况进行筛选，保证成熟的优先采摘，推进农业采摘过程的智能化。智能采摘机是重要的农机装备，在机械臂上装有摄像头，采集农作物成熟情况，通过外形、颜色等判断农作物是否成熟。农作物辨识方面需要应用图像识别技术，可以判断农作物的具体细节，按照大小、颜色等进行细致化分类，在采摘过程中便分类处理，使采摘与分类能够整合起来，提高农作物的采摘效率。智能采摘机由机械臂进行操作，可以在360°方向上旋转，具有灵活控制的特点，使农作物能够得到快速采摘，保障机械臂工作的稳定性[9]。智能采摘机具有自动称重功能，统计农作物产量情况，改进农作物管理方法。

2.8 智能水产养殖

农机装备在水产养殖中具有重要应用，可以监测水产养殖环境，使水质能够处于达标状态。在线水质智能监测方面，对水体的温度、溶氧、pH值、氨氮、亚硝酸盐等水质指标进行7×24 h不间断测定，将监测到的数据通过物联网技术传送到总监控室和相关管理人员手机，然后应用专家决策系统进行增氧、调水、投饵、割草、控温等，确保温度、溶氧、pH值、氨氮、亚硝酸盐等水质指标控制在安全、健康、高质、高效的养殖标准范围内。以智能巡航船为例，具有自动投饵、投药功能，可以分析图像、声音和投喂历史，智能判断投喂时机，在投喂过程中跟踪喂食情况，调整投喂速度，判定投喂停止点。同时，还可以拍摄水下环境，通过水面和水下图像采集、水下听音、噪声消除等信息采集和分析功能，实现水产养殖的智能化管理[10]。

2.9 农业机器人

农业机器人属于先进的农机设备，属于智能控制技术的集成体现，需要针对农业环境展开设计，使农业机器人能够发挥作用。农业机器人的目的是代替人工进行劳作，根据预设的程序进行一些重复劳作，不仅能够提高农业生产效率，还可以将工作人员解放出来。农业机器人种类较多，如施肥机器人，可以智能化地施肥；育苗机器人，能够实现幼苗的自动栽种。农业机器人实现的核心在于感知能力，判断农作物的当前状况，控制农机工作状态。农业机器人具有自动控制能力，对运行程序控制具有较高要求，提高农作物生产的规范水平。

3 结论

综上所述，农机装备是实现农业自动化生产的关键，对我国农业发展的影响较为深远，需要坚持智能化发展方向，使农业生产能够获得智能化技术的支持，提高农业生产的效率。智能化是当前农业的重要发展方向，需要构建智能化的发展目标，提高农业机械的智能化水平，确保农业装备发展的推进作用，打造智能化的农机装备体系。