智慧农业视域下农业机械智能化技术的应用

吴 君

（黑龙江工商学院，黑龙江 哈尔滨 150025）

当前物联网、大数据以及人工智能等技术已经在各行业、各领域中被广泛推广应用，农业领域也不例外，这些技术在农业领域中通过直接应用和间接渗透，已经形成了农业特有的生产技术，推动了智慧农业的发展，并实现了农业机械与智能化技术结合，形成了农业特有的农业机械智能化技术，使传统农业机械开始向集成化、信息化、智能化方向转变，有效降低了人工劳动的强度，促使农业生产的质效全面提升[1]。因此，需要在智慧农业视域下了解农业机械智能化技术的应用意义，在明确此类技术应用意义的基础上，对此类技术的具体应用以及今后的应用方向进行探究，从而推动智慧农业的发展。

1 农业机械智能化技术应用于农业生产的意义

1.1 提升农业生产效率

人类开展农业生产最早依靠人力和畜力，在工业化发展背景下，农业机械逐渐取代了人力，使农业生产效率有所提升。在自动化发展背景下，农业机械自动化逐渐发展起来，实现了农业生产的自动化和半自动化，促使农业生产效率进一步提升。在当前智能信息时代背景下，又将智能化、信息化等创新属性引入到农业机械之中，实现了农业机械智能化。通过借助传感设备、定位设备等将农业机械智能化技术应用于农业生产之中，能够拓展农业机械的功能，提升其性能，极大地提升了农业生产效率[2]。

1.2 解放劳动力

在工业化时代，农业机械虽能提升农业生产效率，并较大程度解放人的双手，但农业机械仍需通过人工操作进行生产作业。因此，在工业化时代下，劳动力并未完全解放，尤其是半自动化机械仍需通过人力操控，并未完全脱离人力。而在智慧农业发展背景下，智能化技术得以应用于农业机械之中，使农业机械的操控实现自动化、智能化[3]，多项先进技术均能够集成到农业机械上，使农业机械的功能和整体性能得到大幅度提升，人力从农业生产中得到更大程度的解放，甚至彻底解放出来，使人力从农业机械的“操控者”转变为“管理者”，通过管理农业机械实现自动化运行操作，完成农业生产任务。

1.3 推动智慧农业发展

智慧农业的发展并非停留在某一阶段，而是依托先进技术的持续发展而不断向前发展的。当前，感知技术、定位技术、自动化控制技术已经广泛应用于农业机械之中，促使智慧农业不断向前发展[4]；人工智能、物联网、大数据的融入，使智慧农业进一步发展；随着仿真技术、逻辑思维技术等先进技术的持续融入，又将会继续推动智慧农业的蓬勃发展。因此，先进技术领域的更迭创新可以推动智慧农业的持续发展。

2 智慧农业视域下农业机械智能化技术的具体应用

2.1 环境感知技术的应用

农业机械智能化技术的应用是根据种植环境和农作物特点不断调整的，以实现农业生产质效的提升。环境感知技术是当前农业生产中应用较为广泛的一种农业机械智能化技术[5]。环境感知技术主要是借助传感器设备对农作物的生长环境进行监测，并将监测结果转化为信号传递给农业生产者，从而使生产者根据传感器监测的数据信息开展相应的农业活动。例如，可以利用当前新型的植物柔性传感技术对农作物生长过程中需要的养分和水分实施动态化监控，当农作物的养分不足时，通过该传感技术提示生产者要施加农作物所需肥料；同时也可以监测农作物的水分环境，当水分不足时可以提示生产者开展人工降雨或是采取灌溉技术补充农作物水分，为农作物的生长提供保障。

2.2 自动化控制技术的应用

自动化控制技术的主要生产特点即自动化，其不仅能够降低农业生产投资，而且还能够为农业生产的质效提升提供保障。农民在开展农业生活或田间管理工作时，一些农业机械的使用必不可少，农业机械上可以安装监控装置，从而满足实际农业生产和田间管理的需求[6]。例如，为了实时掌握农产品收割的整个过程，可以在拖拉机、收割机等农产品收割机械设备驾驶室内部安装智能互动设备，也可以在大型农业机械设备中安装自动化控制装置，从而实现对农产品生产和加工的统一管控。这样不仅能够提升各类农业资源的利用价值，而且还能够节约人工成本。此外，自动化控制技术也可应用于农田节水灌溉中，通过设置不同功能的终端，如水源井监控终端、供水泵房监控终端、节水灌溉控制终端、土壤墒情监测终端，各终端使用不同的设备设施对农作物的生长进行监控，以GPRS 或北斗定位系统为平台，由监控中心对各终端进行监控管理，同时还可以使用手机App 对各终端进行监管，从而实现节水灌溉。该农田水利节水灌溉自动化控制系统如图1所示。

2.3 农机定位技术的应用

农机定位技术是指农业机械自动运行时，农民可以对农机的运行状态进行监测，同时还可以对农机的运行路线进行监控，使农业机械自动化驾驶的整体水平得以显著提升[7]。具体来讲，将定位技术应用于农业机械之中，有助于农民快速掌握农机的具体位置，还可以对农机的速率进行测定，无需委派专人前往现场了解情况，可直接通过远程调控的方式实现对农机的控制，然后依照作业情况对后续作业方案进行及时调整，从而实现农业生产的自动化。在农业生产中，还可以采用全球定位系统（大多数采用北斗卫星导航）为生产者提供设备基本情况，从而提升定位效果，并为实际农业生产提供支持。

在运用农机定位技术时，还可采用视觉定位的方法在短时间内将获取的影像进行快速整理和精准分析，从而掌握农业机械在生产操作中的实时位置，同时还可实现机械的自主测量，自动测量设备与农作物的间距，进而实现科学生产[8]。除此之外，还可运用惯性导航的方式进行定位，利用惯性测量模块对机械的旋转、惯性等多项信息进行全面掌握，从而有助于计算农业机械后期的实际工作位置。农业机械惯性导航技术原理如图2 所示。

图2 农机惯性导航技术原理图

2.4 跟踪控制技术的应用

当前农业生产备受关注，农业生产既关系国家经济发展以及农民收入，又影响我国综合国力。农业机械的创新发展关系到农业生产的发展，因此必须高度重视对农业机械实时监测、自动化作业等功能的配置，以实现农业机械智能化技术的普及应用。在开展农业生产时，农业机械路径规划比较重要。很多农民为了使生产效率提升，往往会采用一些辅助设备按照预先规定的线路开展生产活动[9]。因此，农业生产必须做好路径规划与控制，从而提升辅助设备以及农业机械的运行效率。智能跟踪控制技术便可以解决这一问题，该技术可以记录机械作业的流程以及轨迹，操作人员无需再对农业机械进行实时监督。当机械按照预设路线作业时，一旦出现偏离轨迹或是出现偏差的情况，跟踪控制技术会在第一时间发现，并控制机械自动调整。但若要实现这一点，还需要加强模型控制和数据控制的有效应用。例如，将人工智能、网络信息系统应用于农业机械之中，可以更好地提升农业机械自动化、智能化水平。

2.5 电子智能技术的应用

现阶段国家对低碳环保发展理念比较重视，电子智能技术的应用可以推动农业生产实现低碳环保，促进现代农业的发展，并有效解决传统农业高消耗、高污染的问题[10]。例如，将电子智能技术应用于农机之中可以形成多功能农机，同时完成耕种、田间管理以及采摘作业等多项环节，从而降低农业生产投资成本，提升生产效率。种植户还可以使用太阳能发电技术为温室大棚提供电能，减少传统电能资源的消耗。此外，种植户还可应用互联网技术对农机进行改进，具体来讲，可对农业生产信息感知设备进行有效应用，通过互联网对农作物的生长环境、生长特点以及所使用的机械工具进行模拟，实现农业生产的智能化管理，从而提升农业生产的质效。

3 农业机械智能化技术的发展趋势

3.1 仿真技术的发展与应用

仿真技术在农业机械中的应用主要是在传感器技术的支持下进行的，仿真技术可以对农业机械的每一个部位开展实时监测，并实时获取农业机械的运行状态和使用情况，同时还可以预测农业机械故障的可能性。一旦农业机械出现故障问题，可以采取远程控制的方式对故障件的维修方案进行裁决，从而指导现场维修，降低维修成本。该技术还能够形成虚拟环境，使种植者在虚拟环境中开展实际操作，不仅能够帮助种植者掌握种植技巧，而且还能够使种植者在实际生产作业时更加高效地运用农业机械，提升生产效率。

3.2 逻辑思维技术的发展与应用

计算机、电子信息等先进技术的不断发展，提升了各类决策的可靠性和稳定性。因此，智慧农业发展过程中，也需要重视农业生产决策，将逻辑思维技术融入农业机械之中，使智能机械辅助人脑开展农业生产决策，通过逻辑思维技术与农业机械融合，可以减少人脑决策时出现的各种失误，从而有利于提升农业生产决策的准确性，进而利于农业生产的质效提升。因此，逻辑思维技术的发展和应用也是当前农业机械智能化技术发展的一大趋势。

4 结论

综上所述，在智慧农业的视域下，必须重视智能化技术在农业机械领域的应用，形成农业生产特有的农机智能化技术，更好地发挥农业机械在农业生产中的作用，推动智慧农业进一步实现。虽然当前一些智能化技术已经投入到农业机械生产实践之中，但这些技术的应用远远不够，需要挖掘更多的先进技术与农业机械生产的结合点，实现智能化技术在农业机械中的应用成果转化，从而提升农业生产的智能化水平，推动智慧农业的持续发展。