农业物联网技术与农业机械化发展实践

旷衡丰

（衡东县农机事务中心，湖南 衡阳 421400）

在我国经济发展新形势下，农业生产获得快速发展，其关系到社会稳定和粮食安全，而随着各种高新技术的应用，农业机械化和信息化已经成为必然发展趋势。物联网作为一种高新技术，其以信息技术、传感器技术和人工智能技术为支撑，目前已经在多个领域和行业实现了深入应用，其在远程控制和实时监控方面具有显著优势，可以降低农业生产成本、提升生产效能，促使农业机械稳定运行。

1 物联网定义及农业物联网特点、功能

1.1 物联网定义

物联网是利用传感器等设备，将各种生产物体和设备进行联合的网络系统，其可以对工作效率、工作状态以及工作环境进行动态监督和管理，物联网系统包含三个层级，即：第一，感知层级，利用条形码、传感器以及RFID等设备进行信息感知和记录，将获取的信息完整储存；第二，传输层级，在完成信息获取后，利用无线网络传输和共享数据，将所有的信息汇集到服务器中；第三，处理层级，服务器在获取大量信息后，利用大数据技术对海量的数据进行整理分析，提炼出有价值的信息，发现生产中存在的不足和问题，并且出具解决措施和预防方案。

1.2 农业物联网特点

在农业机械化作业中应用农业物联网具有以下特点：第一，绿色生产，物联网能够对农业机械化作业中的各项数据进行动态采集，并且通过数据分析调整生产模式，减少对周边环境的污染，具有保护生态环境、提升农产品质量的作用，真正实现无公害、生态型生产；第二，提升耕种效率，我国属于传统的农耕国家，农业是国家经济建设的支柱性产业，而想要发挥产业价值，则要提升耕种效率，机械化作业可以节约劳动力、提升农业生产效能，而应用物联网技术能够促使作物栽培更加合理、准确以及规范，提供大量的数据支撑用于调整生产模式，与以往的传统栽培相比较，其耕种效率更高；第三，精准调控，影响农业机械化生产效率的因素较多，例如天气、地形、病虫害等，需要农户结合生产实际采取科学的措施应对，而在物联网技术支撑下，传感器能够对环境变化、农作物生长以及病虫害情况进行动态监督，将数据及时传输到服务器，便于种植结合实际情况进行精准调控；第四，科学耕种，在农业机械化作业前，需要综合考虑相关生产要素，包括土壤温度、环境温度、土壤营养结构、天气情况等，物联网能够快速采集各种数据，观测农业生产的相关要素，农户根据数据整合而制定栽培计划，真正实现科学耕种。

1.3 农业物联网的功能

农业物联网作为一项新兴技术，其具有以下功能：第一，预警功能，在机械化作业中，利用物联网的标准值设定功能，可以对机械作业情况进行动态监督，当机械运行参数超过标准值后，物联网就会启动预警功能，农户在收到信息后及时检查设备状态，避免农机设备在运行中发生故障，而影响生产效率；第二，查询功能，农业物联网通过传感器获取信息和数据，其覆盖农业生产从栽培种植到销售的整个过程，种植户可利用物联网的查询功能获取想要的信息，而随着农业信息高度整合发展，农户还能够查询到市场供求信息以及农产品行情信息，对调整农业生产具有指导价值；第三，远程控制，随着现代农机技术的发展，大量信息化以及智能化程度的较高农业机械在生产中获得广泛应用，利用物联网技术可以对农业机械进行远程控制，农户只需要在智能终端上下载远程控制软件，就能够实现自动化以及无人化作业；第四，检测功能，其是农业物联网最为重要的功能，在开展农业生产中，利用传感器可以对环境温度、土壤水分、温室空气含量、阳光强度进行动态检测，为农业生产提供指导和参考。

2 农业物联网技术分析

2.1 人工智能技术

随着现代科学技术的发展，人工智能技术不断更新和完善，其可拓展、延伸和模拟人的思维模式，并且利用智能规划和模式识别等方式，对海量的数据进行分析和处理，为开展农业生产提供数据支撑和决策管理，促使农耕活动更具信息化、自动化以及智能化。目前我国人工智能技术处于世界领先水平，其在物联网技术中的应用也更加普遍，而随着其应用的不断加深，将引领农业生产的新一轮技术革命，颠覆以往的生产作业模式。

2.2 数据处理技术

基于农业物联网下的农业生产，每天都会产生大量的数据，而想要在短时间内进行数据处理，提炼出有价值的信息，则要应用到数据处理技术。当前应用最为广泛的数据处理技术包括云计算技术和大数据技术，其中云计算技术的计算能力强大，可以在短时间完成海量数据计算，而大数据技术则能够通过数据分析、统计和挖掘提炼出生产数据，为机械化生产提供量化分析和统计，解决机械化作业中存在的现实问题。

2.3 数据传输技术

农业物联网涉及大量数据的传输，只有保证数据传输的实效性和稳定性，才能更好地为生产提供依据，实现农业机械的正常运行。当前在农业物联网中主要应用无线短距离传输，其通过Zig Bee无线网络完成数据传输，可以对农机生产的各个环节进行独立数据采集、监控以及传输。而随着WIFI技术的发展，也可以使用WIFI将农机设备关联在一起，利用无线网络进行数据共享。

2.4 感知技术

感知技术是农业物联网运行的基础和前提，感知技术主要通过传感器实现，在农业机械上安装传感器，可以动态采集机械设备的运行情况以及生产情况，然后利用传输技术将数据传输到服务器中，通过多角度计算和协同处理，对农业机械进行智能控制。随着我国科学技术的发展，传感器技术也获得长足进步，现代传感器更加敏感，在农业生产中的价值作用更加明显。

3 农业机械化的发展趋势

3.1 自动化

随着城市化建设进程的加速，大量农村人口向城市涌入，农业生产劳动力不断减少，农机自动化发展有效缓解了劳动力不足和农业生产的矛盾，各种自动农机设备也逐渐应用于生产中，例如水稻自动收割机械、无人机等，在现代农业生产中扮演了关键决策，有效节约了人力资源。

3.2 规模化

现代农业生产逐渐趋于规模化和产业化，对农机设备的数量也提出新要求，想要充分满足农业生产的需求，规模化成为农业机械的必然发展趋势，通过大规模使用农机设备，能够显著提升农作物产量，减少生产人员投入。

3.3 大型化

目前我国耕地分布集中，尤其在平原地区，农业耕地面积较大，适合应用于一些大型农业机械。与小型农业机械相比较，大型农机设备的生产效能更高，作业成本更低，可以有效缓解农户的经济负担，尤其在一些农业合作社中，大型农机设备的应用效率不断提升，在智能技术和科学技术的支撑下，大型农机设备的智能化程度较高，内部结构也更加复杂，适用于一些精细化生产作业。

4 农业物联网在农业机械化发展中的应用

4.1 农机操控中应用

机械化已经成为农业生产的必然发展趋势，物联网具有强大的远程控制功能，在农机操控中应用前景广泛，其具体体现在：第一，物联网所具备的定位技术和感知技术，可以用于农业机械的自动驾驶，提前规划作业范围和行走路径，农机设备则能够按照既定的设定作业，同时，液压控制技术还可以实现自主操纵和自主驾驶，农户利用GPS技术能够及时观察农机的作业情况，并且进行实时调整；第二，神经网络学习技术属于人工智能技术的一种，在开展农机生产中，由于地形存在一定差异，通过神经网络学习技术可以帮助农业机械自动识别障碍和检测障碍，根据耕地的土地材质和地形地貌自动调节行进路径，而在摄像设备和神经网络的支撑下，农机设备还能够实时记录和分析种子播撒过程，根据土壤情况自动制定播撒深度，进而提升种子的成活率；第三，云计算技术具有强大的计算功能，其能够根据土壤情况自动控制播种密度；第四，智能机器人技术目前已经在农业机械中广泛应用，并且在生产中取得了显著的成果，在玉米、水稻以及小麦等农作物收割中，智能机器人通过摄像装置和神经网络能够快速完成收割，控制滚筒速度、割台高度以及行驶速度，保证其处于最佳状态下。

4.2 划分农机区域中应用

农业生产活动和行为存在一定的差异性，并且随着环境、地形等因素的变化而处于动态变化中，为了满足农业生产的需求，农户要引入不同的机械装置和设备，为农业生产提供硬件支撑。不同农机设备的作业区域不同，应用物联网技术可以对农机作业区域进行科学划分，掌握农机设备的具体作业位置，对其作业情况开展动态跟踪、定位，提升设备的作业效能。

4.3 农机故障维护中应用

现代农业生产具有规模化以及产业化特点，农业机械长期处于使用状态下，而受到环境因素的影响，其容易发生故障问题。以往农业机械发生故障后，需要农户对其拆解进行故障分析，根据故障类型进行针对性维修，不仅浪费一定的物力资源，还容易延误生产时机。物联网技术具有动态检测功能，在农业机械作业中，通过及时获取生产信息，可以对机械运行状态进行预判，利用参数对比分析其生产性能，如果运行参数出现异常，物联网会启动预警功能，将故障位置、故障信息反馈给农户，制定相关维修方案，便于农户及时处理故障。

4.4 田间管理中应用

田间管理是农业机械化生产的关键组成部分，通过科学的管理能够减低病虫害发生率，促使农作物健康生长，实现增产增收。在田间管理中应用物联网技术，能够为农户决策提供数据和信息支撑。首先，物联网所具备的传感器技术，可以动态收集农作物生长中的各种信息，包括采光信息、土壤水分含量、当地降雨量以及环境温度等，农户根据农作物的生长规律开展田间管理，通过量化分析掌握各项生产指标；其次，在机械化作业中，影响农机设备运行的因素较多，而利用物联网能够掌握环境温度、土壤湿度等信息，为开展除草、对农业机械的运行情况进行调整，排除外界环境对机械运行的干扰；最后，利用互联网能够帮助农户确定除草、施肥以及灌溉的时间，真正实现精准化管理。

4.5 应急机制中应用

在农业机械化生产中，受到诸多因素的影响容易出现突发情况，如果没有及时解决则容易影响农作物的正常生长，建立以及完善应急机制，可以确保生产活动的有序开展，降低种植户的经济损失。在应急机制中应用物联网技术，可以利用其信息技术和智能技术的优势，根据具体的突发情况制定解决措施。例如现代农业机械内部结构较为复杂，在运行中也容易发生故障，通过人工智能对数据的分析，能够快速识别故障和分析故障原因，然后将具体的维修措施和预防措施提供给农户，农户将其作为参考及时修复农机设备，做好定期保养工作，避免由于机械故障原因而耽误生产。

4.6 防灾减灾中应用

近些年在科学技术的支撑下，我国农业机械化发展进程加速，显著提升了种植经济效益，但是自然灾害和病虫害依然是影响农业发展的重要制约因素，以往的防灾减灾主要依靠农户的主观判断，通过信息整合制定抗灾方案，但是难以取得预期的效果，而在防灾减灾中应用物联网技术，能够对周边环境和病虫害发展进行动态监测，例如利用传感器技术，对田间的害虫数量进行监测，当超出预警线后，则会通过远程操作的方式控制无人机喷洒农药，合理控制田间害虫密度，降低可能由于虫害而造成的经济损失。

5 结语

在农业机械化发展的背景下，各种先进的农机设备已经在生产中获得广泛应用，尤其在产业化和规模化生产中，农机设备基本取代了人力，成为农业生产的主力，物联网作为一种先进的信息技术，其应用于农业生产中，可以显著提升机械生产效能，实现自动化管理和无人值班，充分释放农村劳动力，推动农业自动化、规模化、大型化以及机械化进程。