农业机械自动化及其在农业生产中的应用

刘海芸

摘要：农业机械自动化发展过程由初期半自动阶段逐步发展到智能农业机械广泛应用阶段，目前农业机械自动化被广泛应用于农业生产，涉及播种，灌溉，施肥，收割以及农产品加工。但在技术创新，成本效益以及法律法规方面仍面临着挑战。今后，农业机器人，农业大数据以及人工智能等创新技术会促进农业机械自动化向纵深发展，实现与物联网的深度结合，从而给农业生产提供更加便捷高效的服务。

关键词：农业机械自动化；智能农业机械；无人驾驶农机；精准农业技术

在科学技术不断进步的今天，農业机械自动化已成为现代农业发展中的一个重要环节。由半自动、全自动、智能农业机械等农业机械自动化技术发展过程，见证着农业现代化进程。目前农业机械自动化技术表现出智能化，自动化，高效等特征，给生产带来极大方便。

1 农业机械自动化的发展概述

1.1 发展历程

农业机械自动化技术发展过程由来已久，从20世纪初期开始就已经有了很大进步。起初农业机械化以提高农业生产效率和减轻人力劳动为目的。最初自动化技术侧重于单一功能机械化作业，例如种植和收割。在科学技术不断进步的背景下，农业机械自动化程度也在逐步提升，并延伸至更多操作领域中，使农户对农业生产过程进行更加高效地管理与控制。

1.2 农业机械自动化技术特点

目前，农业机械自动化技术表现出了若干显著特征。（1）智能化已成为农业机械自动化发展的一个重要潮流。在传感器，控制系统及数据处理技术快速发展的背景下，农业机械可以智能化地感知，决策与实施。该智能化在使农业机械具有较高自主性与适应性的同时，也能按照农作物需要实现精确施肥，灌溉等作业，从而提升了农产品品质与产量。（2）农业机械自动化技术日益集成化。现代农业机械系统是由若干单元构成的，它们在网络上传输数据，协同工作。这种集成化在提高农业机械协同效应的同时，也使得农户可以通过一个综合管理系统对农业生产全过程进行监控与调节。（3）农业机械自动化技术对可持续发展的重视程度不断提高。随着人们环境保护意识不断增强，农业机械在设计与使用过程中更加重视节能减排和资源循环利用问题[1]。如利用清洁能源为农业机械提供动力、大力推广精准农业技术、减少农药、化肥使用量等是现阶段农业机械自动化技术发展的一个重要方向。

2 农业机械自动化在农业生产中的应用

2.1 播种

通过使用自动化播种机械，农户可以做到高效准确地进行种植操作。自动化播种机械可以快速地完成大范围播种，比传统人工播种方式大大提高工作效率。在同等播种面积内，采用自动化播种机械能够节约大量人力与时间成本，进而提升整体生产效率。自动化播种机械可以保证播种准确一致。传统播种方式常因人工操作时存在误差而造成播种密度不均匀和种子分布无规律等问题。但自动化播种机械能够克服上述问题，达到精确播种、改善作物均匀性与质量的目的。该自动化播种机械能够根据农作物需要准确定量投放种子，避免出现播种过度或者种子浪费等现象。这样既能节省种子资源和减少种植成本，又能根据作物生长状况来调节播种量从而达到最佳生产效益。自动化播种机械也可将定位与导航技术相结合来进行精确定位播种。本实用新型通过精确导航系统使机械设备能够精确按预设线路播种，保证每粒种子能够精确投放到预定地点。有利于改善播种均匀性、进一步提高作物产量与质量。使用自动化播种机械，有助于农业的可持续发展。通过精确播种可减少农药、化肥用量，降低环境污染的风险[2]。同时自动化播种机械的使用有利于提高土地利用率和规模化，集约化农业生产以增加农业产值。

2.2 灌溉

农业机械自动化应用于灌溉正对我国广大农田产生重要影响。传统灌溉方式因存在低效率、水资源浪费等缺点，逐渐无法适应现代农业需要。农业机械自动化灌溉系统的出现，不仅解决了这一问题，而且提高了灌溉效率和水资源的利用率，为我国农业的可持续发展提供了有力的保障。一方面，自动化灌溉系统利用先进智能技术可根据土壤湿度，作物需水量及气象条件准确控制灌溉设备启停以达到准确水量供应。该智能化灌溉方式，避免过度灌溉与不足灌溉，有效降低水资源浪费现象。据统计自动化灌溉技术能够降低30%的水资源浪费，对我国这样一个水资源匮乏的国家而言无疑有着巨大的现实意义。自动化灌溉系统也可将传感器与监测技术相结合，对土壤水分状况及作物生长情况进行实时的监测。这些监测数据将被传送至系统中心，并由系统根据数据动态调整以确保灌溉准确适时性。从而在增加作物产量的同时也有效地预防了水分供应不均匀而造成病虫害。另一方面，自动化灌溉系统也实现灌溉设备远程监测与控制。通过手机APP或者电脑端的方式，农民能够时刻掌握灌溉设备运行状况，从而达到精准管理灌溉。这样既增加了作业的灵活性、便捷性，又减少农业生产成本、增加农业效益。

2.3 施肥

农业机械自动化应用于施肥中，对提高施肥效率、减少环境污染有着十分重要的作用。自动化施肥系统可根据作物需要及土壤养分状况准确地调控施肥量。多采用精准养分供给技术完成，其可针对不同作物生长需求及土壤养分含量计算适宜施肥量。这样，既能有效避免过量施肥，浪费养分，又能减少施肥的成本，增加农业生产效益。自动化施肥系统也能将传感器与监测技术相结合，对土壤养分含量及作物生长状态进行实时的监测。该技术能够全面准确地掌握作物生长状况，并结合实际情况做出调整与优化，使施肥更加精准与针对性。这是传统施肥方式中很难实现的，原因是人工操作很难使每一块地，每一种作物都能得到精细化管理。自动化施肥系统也可以使施肥过程自动化，精确性更高。本实用新型通过自动化设备能够准确地对作物根部进行施肥，避免人工操作可能产生的错误及不均匀施肥。这样在提高施肥效率的同时也有利于减少肥料的损失和环境污染的风险。自动化施肥系统也可按作物生长阶段及需要分阶段进行施肥[3]。在农作物生长过程中的不同时期，有目的地进行营养供给有利于促进农作物健康成长与收获。这一精细化管理方式有利于促进农业生产可持续性发展，达到农业生产绿色环保目的。

2.4 收割

伴随着科学技术的进步，现代农业生产已经逐步告别传统人工收割。自动化收割机械是一种高效快捷的收割工具，对于大范围农作物收割工作有着举足轻重的地位，它不仅极大地降低了农户劳动强度，同时，也提高了收割效率以及作物品质。自动化收割机械相对于传统人工收割可以在较短的时间内实现大范围收割任务和收割效率的提升。自动化收割机械具有准确的切割与收集能力，可维持作物完整性与质量并减少损失。自动化收割机械可根据农作物生长情况及成熟度实现智能化收割调控以保证最佳时间收获。自动化收割机械是将传感器与图像识别技术相结合，以达到实时探测与区分作物并自动调节收割参数的目的。在国内，自动化收割机械使用日益增多，尤其是糧食作物及经济作物产区使用较多。在我国农业机械化进程中，自动化收割机械研发与应用取得较大进步。各地区都加大了投资力度，大力推广自动化收割机械为农业现代化做出了贡献。今后，自动化收割机械在切割，收集，智能化调控方面的关键技术会得到持续优化，收割效率与作物品质会得到进一步的提升。自动化收割机械在设计与生产过程中会更重视环保性能，减少能耗与环境污染。自动化收割机械会和其他农业智能化设备有机结合在一起，构成农业生产的整套系统，为农业现代化进程做出贡献。今后自动化收割机械服务模式还会继续创新，主要有租赁和共享两种形式，以惠及更广大农户。

2.5 农产品加工

自动化加工设备是农产品处理与加工领域中的重要角色，其具有速度快，效率高，精度高等优点，改变传统人工操作方式，大幅度提高加工效率。该装置控制与调节能力突出，可针对产品特点与加工需要实现准确加工过程，保证产品质量与口感保持不变。另外，该自动化加工设备将传感器与监测技术集成在一起，可以对加工过程的温度，湿度，压力等关键参数进行实时监控，并且对加工参数进行自动调节，确保了产品安全稳定。该技术的使用大大减少了人为因素对于产品质量的干扰，使产品更加一致可靠。另一方面自动化加工设备也具备流水线作业、自动化传送等特点，使生产线连续、流程效率明显提高。本实用新型采用自动化传送的方式，能够快速将原料从一个地方传送至另外一个地方，减少中间环节人力消耗和操作失误概率，进而提升整体生产效率。自动化加工设备在农产品加工过程中的运用，在提高农产品加工效率、确保产品质量与口感的同时，还能改善生产线连续性与流程效率，极大地促进生产整体效益[4]。今后，我国要不断增加自动化加工设备研究与投资，促进农产品加工业现代化发展。

3 农业机械自动化面临的挑战和问题

3.1 技术成熟度

要想提升技术成熟度就必须强化研发与创新来提升自动化机械性能与可靠性。在进行设计与制造的过程中要重视解决实际问题的能力，对系统的结构与功能进行优化，保证自动化机械在多种复杂的农业环境下可以平稳地工作。另外，还要加强与农业领域专家及用户之间的协作，听取用户需求及反馈意见，并对自动化技术进行不断的改进及优化，以更加满足实际应用的要求。

3.2 成本效益分析

另一难题在于成本效益分析。自动化机械投资成本普遍偏高，对农民及农业企业都会造成负担。所以，有必要对自动化机械投资回报率及可行性做综合成本效益分析。其中，涉及对自动化机械使用寿命，维护成本和能源消耗的综合考虑，以及和传统人工操作的对比。只有当经济效益显著并且持续时，农业机械自动化技术才会被广泛应用。

3.3 法律法规和政策支持

在促进农业机械自动化发展进程中，必须制定相应法律法规与政策对自动化技术应用进行规范与扶持。其中，包括规范自动化机械安全性与标准、建立激励机制与政策措施、鼓励农户与农业企业使用自动化技术等。还要加大农业机械自动化宣传与培训力度，提升农民与农业工人技术水平与认识，满足自动化技术使用要求。

4 农业机械自动化的技术创新

4.1 智能农业机械的发展

智能农业机械在农业领域中具有重大技术创新。在科学技术不断进步的今天，智能农业机械对农业生产产生了越来越大的影响。其融合物联网，大数据，人工智能等先进技术实现农业生产自动化与智能化。智能农业机械借助传感器，控制系统以及自动操作技术手段可以对农田土壤湿度，温度以及光照进行实时监控与分析，以及基于该数据的智能决策与运行，提高农业生产效率与品质。

4.2 无人驾驶农机的应用

传统农机要靠农民来操纵，而无人驾驶农机却能独立完成任务。其采用激光雷达，摄像头以及导航系统等高精度传感器可以对周围环境进行实时的感知以及相应响应。无人驾驶农机可以实现自动驾驶，自动导航和自动作业等功能，既能提高作业效率和降低农民劳动强度，又能减少农业生产成本[5]。通过使用无人驾驶农机，农田作业质量更稳定、作业过程更安全。

4.3 精准农业技术

传统农业生产由于土地分布不均，农作物生长不一，不可避免地存在着资源浪费，农作物生长不均等问题。而精准农业技术则可以通过运用卫星定位，地理信息系统以及传感器等技术，对农田土壤养分，水分进行实时监测与分析、作物生长状况及其他资料，以及依据该资料精细化施肥，灌溉及作物管理。精准农业技术可以使农业生产个体化、精细化、提高资源利用效率、降低农药、化肥用量，还能促进农作物产量与质量。

5 农业机械自动化的未来发展趋势

5.1 农业机器人技术的发展

农业机器人的不断发展，为农业机械自动化提供了强大动力。在科技不断进步的今天，农业机器人越来越成为现代农业中至关重要的一部分。这些机器人能够作用于每一个环节，包括种植、收获、植物保护、灌溉等。它们的问世，既提高了农业生产效率，又减轻了农民劳动负担。农业机器人具有自主导航，精准操作，实时监测的特点，可以根据环境条件独立决策并完成任务。它们还可以通过传感器和摄像头采集大量数据，为养殖户提供决策支持和精细化管理。农业机器人技术具有很大发展潜力，在今后会不断促进农业机械自动化向纵深发展。

5.2 农业机械自动化与物联网的融合

通过结合农业机械以及物联网技术融合，能够使农业生产的整个过程进行智能化的管理以及优化。物联网技术能够将多种农业设备与传感器联系在一起，进行实时数据传输与互联。多机械自动化为其提供更加广泛的应用场景，效率也得到提高。物联网技术也能够通过云计算、大数据分析等技术为农业生产过程的监控与预测提供准确决策支持与优化方案。农业机械自动化和物联网结合将会进一步促进农业现代化和农业生产智能化。

6 结语

农业机械自动化发展更多依赖于农业机器人，农业大数据以及人工智能等技术创新。与此同时，农业机械自动化和物联网深度融合将是一个重要的发展方向。这些创新技术会使农业生产更加便捷高效，促进农业现代化的进程。农业机械自动化前景看好，会给农业生产提供更大可能与机会。

参考文献

[1] 刘建军.农业机械自动化在现代农业中的应用与发展[J].黑龙江粮食，2021（4）：65-66.

[2] 兰红宇.农业机械自动化在现代农业中的运用研究[J].现代农业，2021（2）：87-88.

[3] 照日格图.农业机械自动化应用现状及推广[J].河北农机，2021（4）：27-28.

[4] 燕路洋.浅谈农业机械自动化在现代农业中的应用[J].南方农业，2021，15（9）：197-198.

[5] 朱一鸣.机械自动化技术在农业机械中的应用[J].南方农机，2020，51（24）：34-35.