现代农业中农机自动化技术的具体应用及推广普及策略

随着社会的持续发展，农业生产正逐步呈现出规模化和集约化的明显趋势。这一转变对农业机械的自动化与智能化水平提出了更高标准的要求。实现农业机械的自动化，不仅能够显著提高农业生产的效率，有效降低生产成本，还能切实减轻农民的劳动强度，这对于农业的可持续发展具有深远的影响。目前，各种自动化和信息化技术已在农业机械领域取得了迅速的发展，并得到了广泛的应用。具体来说，农业机器人、自动驾驶拖拉机、变量施肥机以及自动收割机等尖端设备，在农业生产中逐渐普及。这些农业装备的自动化应用，极大地提升了作业效率，同时也显著提高了作业精度，为农业生产带来了划时代的变革。值得注意的是，我国大部分地区的农业生产条件相对较弱，自动化和信息化水平仍有提升空间。这一现状在很大程度上限制了先进农业机械的普及应用，使得农业生产效率的提升受到了一定的制约。因此，如何在现有条件下，选择合适的自动化技术，以实现不同环境下农业机械的智能化升级，成为了当前迫切需要解决的重要课题。这一问题的解决，对于推动我国农业机械化的进一步发展，提高农业生产效率，具有重要的意义。

一、 自动化技术概述

1、自动化技术的基本原理与类型

自动化技术的核心机制体现在其运用多种传感器全面捕捉系统运行的关键数据。这些数据随后被微处理器、可编程逻辑控制器等核心组件接收，并经过精细的处理与分析。基于这些分析结果，执行机构被激活，以实现对设备或工艺过程的精确控制。这一系列流程——从检测、分析、决策到执行——共同构成了一个高效且可靠的闭环控制系统。在农业领域，自动化技术的应用尤为显著。它实现了对农业生产全链条的智能化监控与精细化管理，显著提升了农业生产的效率与品质。

2、自动化技术在农业机械中的适用性分析

随着我国社会的持续发展，农业生产模式正在经历一场从传统向规模化、专业化及标准化方向的深刻变革。这一变革过程对农业机械的智能化与精确化水平提出了更为严格的要求。为了应对这一挑战，采用自动化技术对传统农机进行改造，实现作业参数的精准调控，已成为提升农业生产效能的关键路径。这一举措不仅能显著降低农民的劳动强度，还能提高生产效率，并确保作物处于最佳生长状态，从而助力实现更高的单位面积产量。自动化技术与农业机械的融合，具体体现在以下几个核心方面：①农业机械正逐步实现无人驾驶。借助导航系统、避障雷达等尖端设备，拖拉机、联合收割机等大型农机能够在田间进行自动化作业，这一转变不仅极大提升了作业效率，还有效降低了人工成本。②变量施肥与变量喷药的精确实施成为可能。传统粗放式的施肥方式往往导致资源浪费与环境污染。而现今，通过传感器检测土壤营养状况与作物生长态势等数据，并结合GPS精确定位技术，施肥机与喷药机等设备能够实现精准且可变的施肥与药量控制，实现了经济效益与环境效益的双重提升。③农产品的精确脱粒处理也是自动化技术的重要应用之一。收获机械的自动化不仅大幅减轻了农民的劳动强度，还实现了24小时不间断作业。在脱粒与清选过程中，机器视觉等先进技术的应用使得农产品能够得到精确分选，从而确保了农产品的卓越品质。④农田环境的智能监控也是自动化技术与农业机械结合的重要体现。通过无人机、卫星遥感技术及各类地面传感器，土壤、气候及作物生长情况能够得到实时监测。同时，借助云计算与大数据技术，农业生产过程得以实现精细化控制，这对于病虫害防治等方面均发挥着至关重要的作用。

二、自动化技术在农业机械中的具体应用

1、农业机械无人驾驶技术及精准导航

农业机械实现无人驾驶的精髓在于导航与避障技术的集成应用。导航系统利用卫星定位技术和多种传感器，实时且精确地捕捉农业机械在田间作业时的位置信息与运动状态。这一能力对于确保机械按照预设路径高效运行至关重要。避障系统则进一步增强了无人驾驶农业机械的安全性能。该系统通过提前探测行进路线中的障碍物，能够迅速做出响应，实现主动避让或紧急制动，从而有效避免碰撞事故的发生。无人驾驶技术在农业机械领域的广泛应用，为拖拉机、联合收割机、碾磨机等设备的自动化改造提供了强有力的支持。这一技术的引入，不仅提高了农业生产效率，还减轻了农民的劳动强度。当前，基于北斗卫星定位的高精度差分技术已成为农机自动驾驶的主流解决方案。该技术通过实现厘米级的定位精度，完美契合了大中型拖拉机在低速作业时的精准定位需求。在此基础上，结合惯性导航组件、电子罗盘、里程计等多元模块的数据融合技术，能够实现对农业机械运动状态的全面、精确且实时的监测。这一组合不仅提升了无人驾驶农业机械的稳定性和可靠性，也为农业生产的智能化转型奠定了坚实基础。

2、整地阶段的应用

在传统的土地整理阶段，劳动密集型的特征十分明显，效率普遍较低。使用人工或半自动化工具时，难以精确控制土壤的均匀性和平整度。鉴于这些挑战，农户可以积极采用自动化平地机和旋耕机，以提高土地整理的精确度和作业速度。这些先进的设备依靠预设程序和实时监控系统，确保每次作业都能达到最佳效果。具体来说，自动化平地机在实际应用中表现出了卓越的性能。它能够根据土地表面的起伏自动调整铲刀的高度，确保土壤表面的平整度严格符合种植标准。此外，该设备还利用GPS定位系统精确记录作业区域，有效避免了重复作业或遗漏区域的问题，显著提升了整地效率。另一方面，传统整地方法在控制作业深度和力度方面往往存在不足，这可能导致整地效果不佳或对土壤结构造成损害。因此，在进行深松作业时，农户应优先考虑使用自动化农业机械进行土壤深层翻松。这类设备能够打破硬底层（犁底层），有效改善土壤的透气性和保水性。农户可以根据土壤类型和作物需求预设深松深度和速度，确保作业效果既能满足农作物生长需求，又能避免对土壤造成不必要的损伤。此外，为了进一步提升整地作业的智能化水平，农户还可以在自动化整地设备中引入智能传感器技术。这些传感器能够在整地过程中实时监测土壤的湿度、密度等关键参数，并据此指导农户调整作业策略。例如，当传感器检测到某些区域的土壤较为紧实或湿度不足时，可以及时指导旋耕机或平地机针对性地调整作业深度和速度。这种动态调节方式使得整地工作更加贴合实际土壤条件，有助于创建更加适宜种植的土壤环境，为农作物的生长提供有力保障。

3、播种阶段的应用

播种阶段的优化是提高作物产量和降低成本的关键策略。引入机械自动化技术为此目标提供了有力支持。这项技术能够精确控制播种过程中的多个关键参数，如播种时间、位置、深度和种子间距，从而显著提高种子的发芽率和幼苗的生长质量。在实际应用中，农户利用GPS技术和自动驾驶系统，实现了播种机械的精确定位。这些机械能够在田间按照预设路线精确移动，确保每一行或每个播种点的位置达到毫米级的精确度。这种精确控制大幅减少了重叠播种或遗漏区域的问题，并允许农户根据实时土壤条件或前期收集的数据灵活调整播种密度和深度，确保每颗种子都处于最佳生长环境中。此外，农户还可以采用变量播种技术，以更好地适应土壤条件的多样性。这项技术使农业机械能够根据土壤质地、湿度和养分含量等关键参数动态调整播种深度和密度。播种前，农户可对田间土壤进行详细分析，并将数据输入智能播种设备。设备根据这些数据自动调整操作参数，满足不同区域的特定需求。除了上述播种方法，无人机与人工智能技术的结合也为播种作业开辟了新的途径。无人机能在广阔区域迅速播撒作物，特别适用于地形复杂或难以手工操作的地区。结合先进的人工智能算法，无人机能够基于实时收集的图像和数据分析结果智能调整播撒策略，如改变飞行高度、速度和播种密度，以适应不同地块的具体条件。这项技术的应用不仅显著提升了播种效率，还有助于实现作物种植的均匀稀植或密植，根据作物类型和生长需求进行更精细的优化。

4、变量施药与精确定量施肥系统的自动化

传统的粗放式施肥方法由于缺乏精确性，常常导致资源的大量浪费和土壤环境的严重污染。因此，变量施药与精确定量施肥系统的自动化应用已经成为现代农业机械发展的重要趋势。变量施药系统利用图像识别技术和特定波段的光谱分析，能够实时且准确地监测病虫害的具体区域及其严重程度。通过与高精度GPS定位技术的结合，该系统实现了对不同病害区域药液用量的精确可变控制，其处理效率相较于传统方法提升了40%以上。变量施肥技术与变量施药系统类似，也展现了显著的优势。它能够实现对农业机械在复杂地形中的位置跟踪，并通过多源传感器的数据融合分析，确定出最优的施肥方案。这类系统的核心构成部分包括数据融合平台与控制算法。数据融合系统负责整合来自位置、土壤、气象、植物等多个方面的多源异构数据，并从中提取出关键的影响特征。控制算法则充分考虑到地形、土层结构、种子种类等多种约束条件以及随机干扰因素，通过复杂的运算，最终确定出最佳的控制参数。

以辽宁省北票市水稻为例，该区域整地质量较好，氮、磷、钾等主要养分已基本充足。然而，在作物的开花结果期，缺硼现象会显著影响种子的饱满度。针对这一情况，在综合分析了包括土壤养分状况、作物生长阶段、气象条件等在内的众多信息后，确定出了最优的追肥方案，即施入2.5g/667m2含硼肥料。随后，执行系统将该方案精确转化为电机旋转脉冲和传动执行，确保了施肥量的精准控制。该案例充分展示了数据驱动的决策优化与精密执行的有机结合，不仅实现了施肥量的精确化控制，还达到了既提高作物产量又保护生态环境的目标。这一成果为现代农业的可持续发展提供了新的思路和技术支持。

5、智能收获机械与高效脱粒工艺的自动化

在农产品生产中，收获作业扮演着至关重要的角色。然而，传统的人工收获方法存在劳动强度大和效率低下的问题。为应对这些挑战，智能收获机械应运而生，其优势显而易见，它能够实现全天候、连续且高效的作业，并且自动化了脱粒与清选流程，有效保障了农产品的质量。智能收获联合机集成了导航系统、避障探测等尖端技术，实现了田间连续自动化收获。该机械的工作状态可以通过无线网络实时同步至制造商的云平台，便于远程监控和管理。在收割方面，系统能够根据地形地貌自动调整刀架高度，以确保最佳切割效果。这一特性使得机器能够24小时不间断作业，效率是人工收获的4倍以上。脱粒与清选系统作为智能收获机械的核心，对于实现精准作业至关重要。该系统结合了计算机视觉、近红外技术以及气流动力学原理，对农产品颗粒进行全方位、多层次的分选。具体流程如下：①利用数码相机和深度学习算法精准识别杂质类型；一旦识别出杂质，系统会微调气流叶片，使目标颗粒偏离。②对偏离轨迹的颗粒进行激光扫描，以判断其形状、颜色、硬度等关键参数。计算机综合分析这些信息后，精确控制清选执行机构，按类别分流处理不同颗粒。这一过程不仅大幅减轻了劳动强度，还确保了农产品的标准化生产。③智能收获机械配备了多种传感器，数量可达数十种，控制执行机构的精确度达到毫米级别。其数据分析系统能够处理GB级别的海量异构数据，并利用专业优化算法（如蚁群算法）动态调整机械运转参数，实现对收获与脱粒环节的最优化控制。

三、农业机械自动化技术的推广策略

1、普及科学知识

随着农业技术的迅猛进步，相关领域的知识与操作技能正经历着持续不断的更新迭代。鉴于此，相关部门亟需构建一个与持续性评估反馈机制紧密融合的动态教育内容体系。该体系旨在确保教育内容的时效性与实用性。在组织培训活动时，重点不仅应放在当前先进技术的传授上，还应前瞻性地关注未来技术的发展趋势。这要求培训内容不仅要涵盖现有的技术知识，更要对潜在的技术革新有所预见和准备。为了有效评估培训效果并持续优化课程设置与教学方法，相关部门应采取考核、调查等多种方式，广泛收集参训者的反馈信息。通过对这些信息的深入分析，可以准确判断培训的实际成效，并据此对培训内容与方法进行必要的调整与优化。

2、建立示范区

通过现场展示自动化技术，我们可以生动直观地向农户展示其众多优势，从而推动他们对技术的接纳和采纳。为了达成这一目标，相关部门必须紧密结合实际情况，精心规划并构建多功能的农业机械自动化技术示范区。在这一过程中，应挑选具有代表性的农作物种植区、地理条件复杂区以及经济背景多样化的区域作为示范点，以确保所展示的技术能够广泛覆盖并满足不同农业生产需求。在种植过程中，应积极邀请农机操作员、农户、企业家以及农业科研人员等各方参与者亲临现场，通过实际操作体验自动化技术的高效性、便捷性和经济性。同时，为了促进技术交流与合作，应鼓励参与者分享各自的使用经验，深入讨论存在的问题，并积极提出改进建议。这一过程不仅有助于提升参与者的专业技能与认知水平，更能够为进一步完善自动化技术及其在农业生产中的应用提供宝贵的实践依据与改进方向。

综上所述，农机自动化技术在现代农业领域的应用显著提升了农业生产效率和作物产量，同时减少了对人力的依赖，并有效降低了生产成本。为了进一步推动这一技术的发展，必须加大对研发的投入，以促进农机自动化技术的创新与升级。实施这些策略将有助于农机自动化技术在更广阔领域的普及，进而加速农业现代化的进程。

（作者单位：122100辽宁省北票市农业发展服务中心）

DOI： 10.3969/j.issn.1003-1650.2025.01.031