現代農業機械中智能化技術的運用與發展分析

吳正國

近年來，國家出臺多項政策和措施，加大對農業的扶持力度，農業機械普及率大幅提升，更為可喜的是，隨著農業機械制造技術的提高，智能農機走進了田間地頭，極大提升了農業種植效益。

一、農業機械智能化技術概述

1、農業機械智能化發展的意義

首先，隨著科技的進步和農業生產方式的轉變，傳統的人工農耕已經無法滿足日益增長的農業生產需求。而智能化技術的應用，可以提高農業機械的效率和穩定性，實現農業生產的機械化和智能化。

其次，農業機械智能化技術的應用可以有效解決勞動力不足的問題。隨著人口城鎮化的加速和農民從事非農業工作的增多，農田勞動力的減少已經成為制約農業發展的重要問題。通過智能化技術的運用，農業機械可以自動完成播種、施肥、除草、收獲等一系列農業生產工作，大大減輕了農民的勞動強度。

最后，農業機械智能化的發展可以推動農業的可持續發展。通過智能化技術的應用，可以實現農業資源的高效利用，減少了種植和養殖過程中的浪費。同時，智能化技術還可以提高農業的生態效益，比如通過精確施肥可以減少土壤和水體的污染，通過精確噴灑農藥可以減少對生態環境的影響。

2、農業機械智能化技術的分類與特點

農業機械智能化技術的發展旨在提高農業生產效率、降低勞動力成本，并解決傳統農業機械的局限性。根據技術的性質和應用領域，農業機械智能化技術可以分為以下幾類，并具有各自的特點：

①傳感技術

傳感技術是農業機械智能化的基礎，可以實時獲取農田環境和作物生長狀況的數據，包括土壤濕度、氣象條件、作物生長狀態等。通過傳感技術，農業機械可以根據實時數據進行智能決策和優化作業。

②控制技術

控制技術是農業機械實現智能化的關鍵，包括自動控制、遠程控制和人機交互等。通過控制技術，農業機械可以根據傳感數據和農民的指令自主完成各種農田作業，如耕作、播種、施肥、除草等。同時，農業機械還可以通過互聯技術實現與農民的遠程通信和遠程控制。

③智能決策與優化算法

智能決策與優化算法是指利用計算機技術，通過分析大量的數據和實時信息，實現智能化的決策和優化。針對不同的農田條件和農作物需求，農業機械可以通過智能決策與優化算法實現精準地作業，從而提高農田的利用率和產量。

④自主導航與定位技術

自主導航與定位技術是農業機械智能化的關鍵。利用全球導航衛星系統（GNSS）和慣性導航系統（INS），農業機械可以實現自主導航和定位，從而準確地完成各種作業。此外，地圖構建技術可以幫助農業機械建立高精度的農田地圖，為農田作業提供依據。

二、智能化農業機械的傳感與數據處理技術

1、傳感技術在農業機械中的應用

傳感技術是智能化農業機械中至關重要的一項技術，它能夠實時感知并獲取農田環境信息和農作物生長狀態等關鍵參數，為農業機械的智能化決策和控制提供數據支持。傳感技術的應用可以大大提高農業生產的效率和質量，降低資源和能源的消耗，實現農業機械的智能化管理。在農業機械中，傳感技術可以應用于多個方面。

首先，它可以應用于農田環境監測（圖1所示），通過安裝各種傳感器來監測土壤濕度、溫度、光照強度等參數，實時了解農田的濕度、溫度和光照條件，為農作物的生長提供科學依據。

其次，傳感技術可以應用于農作物生長監測，通過安裝多光譜傳感器等設備，實時監測農作物的生長情況，包括植被指數、氮素含量等，通過傳感器所獲得的數據可以幫助農民了解農作物的生長狀況，決策如何施肥、灌溉和防治病蟲害。

再次，傳感技術還可以應用于農機設備狀態監測，通過安裝加速度傳感器、溫度傳感器等設備，實時監測農機的工作狀態，包括振動、溫度和壓力等，及時發現和預防農機設備故障，提高農機的可靠性和使用壽命。

傳感技術在農業機械中的應用還可以通過數據的實時采集和處理來優化農業生產過程。傳感器所獲得的數據可以通過數據處理和分析技術進行實時分析和挖掘，提取有價值的信息，為農機的智能控制和決策提供支持。例如，通過對土壤濕度和溫度等參數的實時監測和分析，可以實現智能灌溉系統，根據實時的土壤水分情況來控制灌溉設備的工作，實現精準灌溉，提高灌溉水利用率。此外，通過對農作物生長情況的實時監測和分析，可以實現智能施肥系統，根據農作物的生長需要來控制施肥設備的工作，實現精準施肥，提高施肥效果。

2、數據處理與分析在智能化農業機械中的作用

隨著農業機械智能化技術的快速發展，越來越多的數據被采集和產生，包括土壤數據、氣象數據、農作物生長數據等。這些數據的處理和分析可以提供決策支持，幫助農民和農機操作人員更好地管理農田和農作物。

首先，數據處理與分析可以幫助農民了解土壤的養分狀況、水分含量和酸堿度等。通過土壤傳感器和數據采集系統，農業機械可以實時監測各種土壤指標，并將數據傳輸給數據處理中心。在這個中心，利用先進的數據處理算法和統計模型，可以對土壤數據進行分析，從而為農民提供科學的施肥建議和農藝管理方案。這樣可以最大限度地提高農作物的產量和質量，減少對環境的影響。

其次，數據處理與分析還可以幫助農民預測氣象情況和病蟲害發生的可能性。通過氣象傳感器和農田監測設備，農業機械可以實時采集氣象數據和農田環境數據。這些數據可以與歷史數據進行對比和分析，通過機器學習算法建立預測模型，準確預測未來的氣象情況和病蟲害發生的概率。農民可以根據這些預測結果制定合理的農業生產計劃，提前采取措施防止病蟲害的暴發，從而減少農藥的使用和減輕經濟損失。

此外，數據處理與分析還可以進行農作物生長狀態和品質的評估。通過農機設備和傳感器，可以收集農作物的生長數據，如葉面積、葉綠素含量和生長速率等。這些數據可以通過數據處理和分析，建立農作物生長模型，并結合其他環境因素，如光照、溫度和水分等，對農作物的生長狀態進行評估。通過實時監測和評估，農民可以及時調整農業生產措施，以提高農作物品質和產量。

3、數據通信與互聯技術在農業機械中的應用

隨著信息技術的不斷發展，數據通信與互聯技術在智能化農業機械中的應用越來越重要。數據通信和互聯技術的應用對于農業生產的自動化和智能化具有重要的推動作用。

首先，數據通信技術在農業機械中的應用使得農業機械能夠實現實時地數據交換和信息傳遞。通過數據通信技術，農業機械可以與農戶、農業專家、農業企業等進行數據交換和信息分享。農戶可以通過互聯網平臺獲取到農業機械的工作狀態、作業進度等信息，從而進行合理的決策和安排。同時，農業專家和農業企業也可以根據農業機械的數據信息，提供及時的農業技術指導和農業管理支持，提高農業生產效益。

其次，互聯技術的應用使得農業機械能夠實現多機協同作業和智能化管理。通過互聯技術，不同的農業機械可以實現實時的數據共享和協同作業。例如，在作物收獲時，多臺農業機械可以通過互聯技術實現作業任務的分配和協同作業，提高作業效率和作業質量。同時，互聯技術還可以實現對農業機械的智能化管理，包括遠程監控和故障診斷等。農業機械的運行數據可以通過互聯技術傳輸到農業管理中心，進行實時監控和故障診斷，提高農業機械的使用效率和維護效果。

此外，數據通信與互聯技術的應用還可以促進農業機械與其他農業信息系統的集成。農業機械可以與農業信息系統實現數據的交互和共享，通過數據通信和互聯技術，將農業機械的數據與農作物種植、氣象信息、土地資源等相關數據進行整合，從而為農業生產提供更加全面和準確的決策支持。

三、智能化農業機械的智能控制技術

1、智能控制技術在農業機械中的應用

智能控制技術是指通過自動化和智能化手段，對農業機械進行精確的控制和調節，以提高農業生產效益和減少生產成本。智能控制技術在農業機械中的應用主要體現在以下幾個方面：

①機器視覺和圖像處理技術的應用

通過采集和處理農田中的圖像信息，農業機械可以實時感知和識別農作物和雜草的位置和狀態，從而實現對農作物的精細管理。例如，利用機器視覺技術，農業機械可以準確識別不同生長階段的作物，根據作物的需求進行精準施肥和病蟲害監測。

②傳感器技術的應用

利用傳感器技術，可以實時監測和收集農田的環境參數，如土壤濕度、溫度、光照等。通過與智能控制系統的連接，農業機械可以根據實時的環境參數進行智能化控制，實現對農作物的精確灌溉和施肥。同時，傳感器還可以用于監測農業機械的工作狀態和故障診斷，提高設備的可靠性和維修效率。

③自動化控制系統的應用

通過集成各種傳感器和執行器，農業機械可以實現自動化運行和控制。例如，利用自動駕駛技術，農業機械可以在農田中自主導航，實現自動化作業。此外，智能控制系統還可以根據農作物的需求，自動調整機械的工作參數和作業方式，提高農作物的產量和質量。

④人工智能和機器學習的應用

利用人工智能和機器學習技術，農業機械可以通過學習和優化算法不斷改進自身的控制策略。通過分析大量的農田數據和作業經驗，農業機械可以自主學習和調整控制參數，提高農作物的生長效益和節約資源的效果。

2、智能決策與優化算法在農業機械中的應用

智能決策與優化算法是智能化農業機械中的關鍵技術之一，可以提高農業生產的效率和質量。在農業機械中的應用包括農業生產計劃的優化、農田灌溉和施肥的智能化決策、作物病蟲害的預測和防控等。

①智能決策與優化算法可以幫助優化農業生產計劃

傳統的農業生產計劃往往基于經驗和固定規則，容易受到主觀因素和外界環境的影響。而采用智能決策與優化算法可以通過分析大量農業數據，包括土壤、氣象和作物生長等信息，建立數學模型，優化農業生產計劃。算法可以根據實時數據來調整農業生產計劃，使其更加科學和合理，提高農業生產效益。

②智能決策與優化算法在農田灌溉和施肥方面也發揮著重要作用

通過傳感技術獲取土壤水分含量和作物營養需求等信息，結合優化算法，可以實現農田灌溉和施肥的智能化決策。算法可以根據土壤水分和作物營養需求的變化，自動調整灌溉和施肥的量和時機，使其更加科學、節約資源，并提高作物的生長和產量。

在實際應用中，智能決策與優化算法是通過數據采集、數據處理和機器學習等技術實現的。農業機械可以通過傳感技術實時采集農業數據，并通過數據處理和分析技術提取有價值的信息。然后，通過機器學習算法和優化算法對數據進行建模和優化，實現智能決策。最后，通過控制系統將決策結果反饋到農業機械中，實現自動化操作。

四、智能化農業機械的自主導航與定位技術

1、自主導航技術在農業機械中的應用

①自主導航技術可以實現精確作業

通過利用全球衛星導航系統（GNSS）定位技術和慣性導航系統（INS）等傳感器，農業機械可以在農田中實現高精度的定位與導航。這使得農業作業可以按照預定的路徑進行，避免了重復作業和遺漏區域的問題，提高了農田的利用效率。

②自主導航技術可以提高農業作業的自動化程度

傳統的農業作業通常需要農民駕駛農機進行操作，工作強度大且容易出錯。而引入自主導航技術后，農業機械可以自動執行農田作業任務，減輕了農民的勞動負擔并且提高了農業作業的效率和準確性。

③自主導航技術還可以提供實時的農業數據和決策支持

農業機械通過搭載傳感器和數據處理系統，可以實時采集并處理農田的相關數據，如土壤濕度、溫度等。這些數據可以用于分析土壤的肥力程度、作物的生長情況等，為農民提供決策支持，使得農業生產更加科學和高效。

在實際應用中，自主導航技術已經成為農業機械的重要組成部分。例如，自主駕駛拖拉機可以根據指定的路徑自動行駛，進行實時作業調整和數據記錄。自主播種機可以根據預定的種植方案自動完成精準播種，提高播種效率和作物質量。自主噴灑機可以根據作物的需求和病蟲害情況，實現精確的農藥噴灑，減少農藥的使用量，保護環境。

2、定位與地圖構建技術在智能化農業機械中的作用

①定位技術為智能農業機械提供了準確的位置信息

通過使用全球定位系統（GPS）、慣性導航系統（INS）和其他定位技術，農業機械可以實時獲取自身的準確位置，在農田中進行精確的定位和導航。準確的定位信息可以確保農業機械能夠按照預設的路徑進行運動，提高作業的精度和效率。例如，在播種作業中，農業機械可以根據預先設定的路徑，按照精確的間距進行作業，從而提高種植的均勻性和生長的一致性。

②地圖構建技術為智能化農業機械提供了基礎地圖數據

通過利用傳感器和數據處理技術，農業機械可以實時掃描和感知周圍的環境，并將所獲取的數據進行處理和分析，生成地圖數據。這些地圖數據可以包括農田的地形、土壤質量、植被情況等信息?；谶@些地圖數據，農業機械可以根據具體的農業需求進行智能化的決策和優化算法，以提高作業的效果和農業生產的產量。例如，在施肥作業中，農業機械可以根據地圖數據中土壤的營養狀況，智能地進行施肥，提供適宜的養分給作物，從而優化作物的生長和產量。

通過定位與地圖構建技術，智能化農業機械能夠實現精確的定位和導航，提供基礎地圖數據，并為其他智能化技術提供支持。這些技術的應用使得農業機械能夠更加智能化和自動化，提高作業的效率和質量，減少資源的浪費和環境的污染。未來隨著定位和地圖構建技術的不斷發展，智能化農業機械將能夠更加準確地感知和理解農田環境，為農業生產提供更好地支持。

總而言之，現代農業機械中智能化技術的運用對農業生產效率、農業可持續發展和農民收入有著重要的影響。隨著智能化技術的不斷發展和應用，農業機械將更加智能化、高效化和可持續化，為農業生產帶來更大的發展空間。

（作者單位：274000山東省鄆城縣玉皇廟鎮政府）