人工智能技术在农业机械中的应用分析

张海霞

（武汉船舶职业技术学院，湖北 武汉 430050）

将人工智能技术有效应用于农业机械当中，可进一步提高农业机械的自动化以及智能化程度，有助于持续增强农业机械的生产能力，这对我国农业的健康长远发展意义重大。因此，有必要对人工智能技术在农业机械当中的应用进行深入研究，从而确保农业机械以及人工智能技术能够在农业领域充分发挥应有作用。

1 人工智能概述

人工智能通常指的是专门负责研究、开发各种能够用来有效模拟、延伸或者进一步扩展人本身的智能相关理论、技术、措施等的一种具备极强先进性的科学技术，本身属于计算机科学当中的一个重要组成内容，目的是掌握智能的真谛，并创造出真正具备与人类智能相近的、可以开展一系列反应和操作的智能机器。其特点包括渗透性、协同性以及替代性等，其中，渗透性指的是人工智能可以被用于一系列多元化或者是综合化的场景；协同性指的是将其运用于生产领域，可以有效地让技术研发、工程实现还有具体的技术应用等各类生产环节呈现出极强的协同性特征；替代性是人工智能最明显、最主要的特点，主要指的是可以对一系列劳动要素进行直接替代[1]。

2 人工智能技术应用于农业机械的必要性

2.1 实现农业现代化的需要

现阶段，我国农业生产活动中需要用到的一系列生产要素，包括耕地、水以及劳动力等正处于持续下降和减少的态势，这使得农业生产效率以及质量开始下降或停滞不前，急需借助高新技术实现现代化发展。在此背景下，传统的农业机械无法满足农业发展的现实需求，难以推动农业实现现代化发展。而将人工智能技术引入到农业机械中，则能够进一步提高农业机械的智能化以及自动化水平，有力提高农业生产精度、降低农业生产对劳动力的依赖程度，极大地提高农业生产效率，推动农业信息化、现代化、智能化的发展[2]。

2.2 农村经济发展的需要

振兴乡村经济，推动农村经济不断发展是现阶段我国的基本国策。切实将人工智能技术合理运用于农业机械领域，可以加快农村经济的发展速度。大量实践证明，智能化的农业机械有效提高了农业生产机械化以及智能化水平，能够将机械设备的优势充分发挥出来，从而可以节省大量的人力、物力，达到节约生产成本的目的。同时，能够促进农业生产效率和质量的提高，有助于提高农业生产经济效益，推动农村经济实现快速发展[3]。

2.3 降低农民劳动强度

近年来，在城市化建设持续推进的背景下，我国农村地区的大部分青壮年劳动力逐渐离开农村，选择到城市就业，这使得农村劳动力“老龄化”问题越发严重，很多留守老人根本干不动农活，农业生产压力巨大。而通过在农业机械中有效应用人工智能技术，则可以大大降低农民劳动强度，有效缓解了农业生产压力，这对于保证国家粮食安全以及促进农业经济发展等均有着重要意义[4]。

3 人工智能技术在农业机械中的应用

3.1 在农业机械设计中的应用

3.1.1 虚拟现实技术

VR 技术在农业机械设计以及开发活动中开始得到应用，并在优化设计上发挥出了重要作用。比如，对于一些结构较为复杂或者是设计困难的相应大型农业机械来讲，设计人员便可借助VR 技术，来对其外观、结构以及性能等开展建模活动，利用虚拟现实系统，来模拟一些作业场景，达到对产品设计、性能试验以及特性的有效评估，并且能够实现人与机械之间的实时交互。现阶段，VR 实际上在农业机械领域当中并没有得到广泛运用，有关此方面的研究大多集中于虚拟装配以及虚拟试验两方面。例如，我国某农业大学便借助VR 技术开展农业机械方面的虚拟试验，有关学者曾自主研发出农用拖拉机的试验系统，主要借助MultiGen Creato 以及Vega Prime 打造虚拟试验场景，有效实现了农用拖拉机加速、转向以及制动等方面的仿真试验，极大地提高了农业机械的设计成效[5]。

3.1.2 CAD 技术

在开展农业机械设计活动时，CAD 技术有着较为广泛的应用，能够用来优化农业机械本身的结构，开展理论层面的设计工作。将此类智能技术应用到农机设计工作中，一般均为模块化变形设计，以此来明确组件的定位以及组装的过程，同时对此开展预先设计，这样能够更为清楚准确地掌握农业机械的具体使用情况。由于CAD 技术能够开展参数性3D 结构设计，比较容易修改，而且较为直观，可以很好满足设计工作的现实需求[6]。例如，在开展农业机械底盘方面的设计工作时，便可借助CAD 技术开展三维仿真以及结构设计，能够结合工件的定位，合理地设定坐标系统，然后再依照坐标开展组装工作，整个过程设计人员均能够直观地看到机械的设计情况、各部件的尺寸以及功能等，有助于提高设计的精确性以及合理性。

3.2 在农机驾驶方面的应用

对于农业机械自动驾驶来讲，主要指的是将拖拉机或者是收获机等机械设备，借助感知、定位技术来有效地感知作业环境以及位置等，再借助路径规划技术及液压控制技术等，来促使农业机械可以依照规划轨迹开展自动化行驶。自动驾驶技术能够有效缩减人工劳动成本，大幅度提高农业机械生产作业的精准性以及作业效率。现阶段农业机械大多数是借助导航定位的形式（包括卫星、GPS 等），来达到全局路径规划以及自动驾驶的目的。比如：一方面，可通过在运用卫星导航的前提下，借助视觉以及神经网络还有深度学习技术等，来达到对局部环境具体情况进行解析的目的，可以确保农业机械自主地对障碍物展开识别、检测，最终取得对全局或者是局部多维度环境做出有效感知的效果。另一方面，能够结合地貌以及土质情况开展耕深方面的自动调节。例如：国外某大型农机企业2012 年便借助相应的自驾系统设计研发出了智能化的农耕机以及收割机，相关工作人员仅需在开展耕作活动前，将可能遇到的状况或者是田地信息全部输入到GPS 系统当中，拖拉机便能够结合GPS系统的指示进行自动行驶，前方还会开展红外线持续扫射，从而避免撞上障碍物[7]。

3.3 在播种机械中的应用

精准播种已经成为农业机械需要重点研究的内容，主要指的是在实际开展播种作业时，保证种子间能够始终处于一个合理的间距以及能够实现适量播种等，从而保证农作物可以在最大程度上有效摄取阳光、水分以及矿物质，并且可以对土地等资源进行充分利用，切实提高农作物实际产量。现阶段，播种机一般均为纯机械式结构，实际工作方式是依照一定时间间隔合理地排出种子，以此达到种子间距一致的目的。对于排出种子的具体时间间隔，能够结合机械设备实际行走的速度进行设定，但由于机械作业过程中有着一定的不稳定性，所以容易出现单次无法排出种子或者是单次排种过多等问题。面对这一情况，可在播种机当中装设智能摄像头，借助神经网络有效地对种子实际抛洒过程开展分析工作，比如实时记录排种过程、有效标识未播或者是多播种子的具体位置以及编号等，可以替代人工识别，进一步减少劳动成本。此外，一些智能播种机械设备，还能够借助探测装置有效获取土壤信息，再借助算法有效计算出最佳的播种密度，同时自动开展播种作业，美国研发设计的机器人Prospero是此类智能播种机械设备中的代表[8]。

3.4 在收获机械中的应用

通过将人工智能技术应用于收获机械当中，可以实现对小麦、水稻以及玉米等一系列农作物的智能化收割，可进一步减少人工劳动量，提高收获效率以及质量。在实际收获作业时，谷物脱粒、分离以及清选检测等作业内容，属于收获机开展收获作业时的重点步骤，直接关系着收获质量的高低，通过应用人工智能技术可实现对这些作业内容的智能化管控[9]。例如，对于小麦收获机而言，需要先借助割台来有效地对小麦开展收割作业，再借助滚筒转速调节以及凹版间隙调节等合理地对小麦开展脱粒、分离还有清选作业。此时收获机本身的行驶速度以及割台高度还有滚筒转速等一系列参数都可以对脱粒、分离以及清选工作成效产生决定性的影响。对此，可在收获机作业仓内合理装设智能摄像头，其可借助神经网络，达到对小麦脱粒作业情况的实时检测，然后借助深度学习方法，快速地计算出最为适宜的行驶速度、割台高度以及滚筒转速等，然后及时对这些参数做出调整，从而保证能够将作物彻底收获干净[10]。

此外，借助对人工智能技术的合理应用还能够促使收获机械自主结合收获作物的差异来智能化开展行驶速度、割台高度以及滚筒转速等方面的调整工作，以此满足不同作物的实际收获需求[11-12]。例如，智能果木采摘机械便能够自主完成苹果以及葡萄等多种水果的采摘工作，而且能够根据水果种类的不同调整收获方式以及速度。再如，美国研发的一款智能化苹果采摘机械，能够在不破坏苹果树以及苹果的基础上，实现1 s 有效采摘1 个苹果。这款机械借助摄像装置来有效获取果树的照片，再借助图片识别技术来智能化地定位一系列适合进行采摘的苹果，再通过机械手臂以及真空管道开展采摘活动，过程中基本不会对果树以及苹果造成任何损伤。

3.5 在管养机械中的应用

现阶段，人工智能技术在各类农业管养机械当中也开始得到广泛应用，并且取得了良好成效。通过在农业机器人当中装设天气监视器以及高光谱热成像相机或者是脉冲激光传感器等，可以实时动态地获取一系列农作物茎叶实际生长直径、所在区域土壤含水率以及气温还有叶片面积等多种数据信息，并且可以实时将信息上传至计算机系统，分析和判断农作物是否缺肥、缺水等，并自动化地操控喷灌设备或者是滴灌设备等开展适当的水肥供应工作。例如，美国研发的BlueRiver 农用机器人便能够借助电脑图像识别等相关技术和算法，来有效地判断出农田当中哪些作物需要进行除草、灌溉以及施肥、打药等等，同时这些数据信息在传至计算机之后，还可以打造对应作物的3D 模型，从而精准地预判此类作物的发育情况或者产量等。

4 结语

综上所述，随着大数据技术、云计算技术以及物联网技术等一系列高新技术的迅猛发展，人工智能时代已经迅速到来，在这一时代背景下，各类人工智能技术将会在社会上各个领域得到普及和运用[13-15]。通过将此项技术应用到农业机械领域，可大幅度提高农业机械的智能化以及自动化水平，有助于减少农业生产活动中的劳动力投入以及经济投入，并且可大幅度提高生产效率和质量，助推乡村振兴和农业农村现代化。