農業機械自動化在現代農業中的應用與發展

李福周 張繼福

（山東省濰坊市臨朐縣五井鎮農業綜合服務中心，山東 濰坊 262603）

農機自動技術的有效利用，具體表現在農機程序開發期間。此技術能夠有效融合氣壓科技、計算機算法、智能控制等先進技術，以此提升農機運行的智能性，保證田間耕作有序性。農機自動生產，可顯著降低農民生產壓力，提升田間耕作的高效性，保證農業生產有效進行。為此，研究農機自動科技應用情況，暢想農機未來應用，具有一定研究價值。

1.農機自動技術的應用情況

1.1 智能顯示屏

將智控技術運用于農業設備改造中，于農機駕駛室位置裝設智能顯示屏，能夠幫助動態監測農作物的生長進度。此外，在智能顯示屏中，還可以添加作物檢測程序，排查環境因素對農作物生長形成的負面作用。利用智能顯示屏，反饋各類農務信息，保證農業種植的可控性，提升各項農務的調節智能性，有序推進各項農業生產活動。

1.2 視覺技術

農產品質檢工作中，積極利用視覺技術，全面評價農產品性能，合理征集農產品的環境特點，以此逐步提升農產品種植工藝的完善性。視覺技術廣泛用于西方國家，此技術推廣后，采蘑菇智能程序也被研發成功。在視覺技術的支持下，機器人可準確鎖定蘑菇方位，準確劃分蘑菇類型，增強采蘑菇農務的高效性。

1.3 自動種植設備

農業機械生產顯著提升了生產能力，智能控制程序的運用對種苗深度、種植密度、智能施肥等參數，給出了精準控制策略，以此成功替代初期機械生產體系。在原有的農業種植工藝中，拖拉機設備獲得了有效應用，并且顯著優化了生產質量，減少了人為作業量。生產期間，需2至3名種植人員，較高的人工需求，限制了農機發展。借助智能技術，有效解決人工勞動需求問題，提升智能體感、網絡科技的融合質量，研發獲得自動種植設備，全程精準控制農藝參數，無須人工操作，可減少人員勞動量，顯著增強種植能效。如表1所示，是農機深松、一般農耕方式的對比結果。

表1 農機深松、一般農耕方式的對比結果

由表1對比結果可知：農機深松的耕作深度是旋耕農藝的2倍、蓄水量是旋耕農藝的4倍、含水量是旋耕農藝的1.5倍、作物產量是旋耕農藝的1.15倍，可見農機深松的耕作深度參數較大，蓄水、含水能力較強，作物產量較高，證明農機生產相比人工旋耕更具優勢。

1.4 種苗檢測

農業播種、收割等各項生產農藝，均可以有效利用自動科技。種苗檢測技術的運用，能夠基于計算機程序，動態監測種苗生長情況，增強種植管理的智能性。種苗檢測技術，可動態反饋苗木生產數據，智能劃分產品類型，給出種植決策，以此保障產品成活量，獲取較高的農藝生產收益。聯合氣象系統、環境監測系統，可預測未來一段時間內的苗木生長情況，便于人們給出干預措施，達到增產增收的農業生產目標。

1.5 自動收割

農業生產體系中，自動收割工藝的應用范圍較廣。依據農產品種類，可將智能收割工藝融合于收割管理平臺中。使用智能收割技術，有利于高效采摘農產品，可減少人工采摘壓力，縮短收割用時，優化勞動支出，獲取優質的農業生產效益，切實回避農產品質量問題。

1.6 自動灌溉

自動灌溉科技，主要借助計算機程序而開展自動生產控制，有利于準確測定田間含水量。此種技術，可結合農田墑情，自動生成添加含水量的分析數據，適合于農田種植實況，可人為設計含水量的警告值，在含水量接近警告值時，系統自動觸發進行智能補水，保證土壤含水量的充足性。

1.7 車載監控

車載監控技術，能夠動態監測農機的運行狀態。如果農機存在故障、設備異常等問題，會給出有效解決方案，以此有效排除農機生產問題，增強農機生產的安全性。農機生產人員可以運用車載智能平臺，全面整合農機生產資料，給出精細生產方案，顯著增強農業生產質效。車載技術應用期間，有效聯合定位技術，可實時獲取農機定位信息。

2.對比自動灌溉、手動灌溉的農務效果

2.1 水生產率的含義

關于水生產率的含義有多種解釋。灌溉領域中，用水效率具體表示作物灌溉水量的有效性，灌溉期間消耗的水量。水利用率，具體表示作物水量不充足時，較高的水利用率，生產作物會擁有較強的生產能力?？刹扇∽魑锼a率的調節方式，間接增強農作物的耐旱能力。作物生產量，主要使用生物量總和、種子重量等參數進行表示。多數情況下，水生產率等于作物產量與灌溉量、蒸騰量的比值。結合水生產率的墑情含義，使用一種智能水位監測程序，結合植物用水需求，智能灌溉。系統組成含有濕度感應設備、傳感設備的驅動程序、水位控制單元。

2.2 濕度傳感器

濕度傳感設備能夠依據相對濕度RH浮動情況，相應變動電容參數。濕度傳感設備可視為脈沖寬度，保證系統連接質量。系統結合相對濕度的變動情況，有效調整輸出脈沖的寬度參數。針對已經輸出的脈沖參數，可以給出濾波處理，獲取脈沖平均參數，有效調整脈沖寬度，使其轉變成直流電平。此時獲取的直流電平參數，可作為相對濕度RH的測定結果。此參數傳輸至“比較器”，結合植物水量需求，對比RH與前期設計的參數?！氨容^器”傳輸完成，相應啟動繼電器。運行的繼電器與電動輸水管線相連，保證植物獲取灌溉水。灌溉量參照預期水量標準。

2.3 測定植物生產狀態

以山東某農區作物為例，在開展自動灌溉生產的過程中，可以利用相應技術，測定植物的生產狀態。以小麥作物為例，選擇硬粒小麥品種，于播種期間，將土壤肥料用量、沙子容量的比值設置為1比3，混合后裝進塑料瓶中。灌溉前期，采取花盆灌溉形式，持續灌溉14d。灌溉完畢，將植物劃分兩組，一組植物采取人工灌溉養護，二組植物采取自動灌溉技術。設定兩種田間含水等級：40%、80%。一組農作物間隔2d稱量一次花盆質量，添加適當水量，使灌溉達到預期水位，以此保證土壤含水量。二組作物，采取自動灌溉技術，智能補水。試驗時間結束，測量兩組作物高度、植物鮮重、植物干重，以此判斷兩種灌溉方式的光合作用效果。

2.4 植物高度對比

如表2所示，是自動灌溉、手動灌溉兩種方法的小麥作物墑情對比結果。

表2 自動灌溉、手動灌溉兩種方法的小麥作物高度對比

由表2對比發現：手動與智能兩種灌溉方式，整體作物高度差異不明顯。在40%含水量情況下，自動灌溉地上植物高度較高；80%含水量時，手動灌溉地上植物高度略高，但是不如80%含水量下兩種灌溉方法下的植物高度差異顯著。由此推斷：當田間含水量為40%時，自動灌溉方法能夠在減少用水的情況下使植物高度達到最高水平，而手動灌溉方法在耗費更多水資源的情況下也未能達到自動灌溉方法的水平。

2.5 植物鮮重對比

如表3所示，是自動、手動兩種灌溉方式的植物鮮重對比結果。

表3 自動灌溉、手動灌溉兩種方式的小麥作物鮮重對比

由表3可知：在40%含水量情況下，自動灌溉地上作物鮮重略高；80%含水量時，兩種灌溉方法的植物鮮重并無較大差異。由此推斷：當田間含水量為40%時，智能灌溉技術可動態監測土壤狀態，比如溫度、含水量等情況，智能灌溉，具有較強的節水功能，可顯著提升灌溉效率。

2.6 對比植物干重

從植物地上、根系、整體質量出發，逐一測量植物干重，分析植物的生長情況。40%含水與80%含水量相比，人工灌溉方式的地上作物高度較小。兩種含水量條件下，自動灌溉養護的作物，地上高度并無較大差異。由此說明：自動灌溉可有效補充水分，保持作物的生長能力，整體植物干重值較高，相比手動灌溉具有一定灌溉優勢。

2.7 光合作用分析

光合作用具體表示植物轉化成生物量的過程，轉化的生物量是判定作物經濟的關鍵因素。光合作用分析期間，需要以40%含水量作為灌溉條件，手動灌溉形成的綠植光合作用持續時間較短，在1000umol·m2·s-1時間點，開始減慢光合作用。此時自動灌溉的作物，光合作用較為穩定，1500umol·m2·s-1時應保持光合作用。80%含水量的條件下，手動灌溉會抑制光合作用，引起光合作用減退、光合速度變緩，甚至出現停止光合作用的情況。植物生長對水形成了較高需求，如果灌溉量減少，會相應降低光合作用速度，從而降低作物生長能力，減少作物產量。如果依據作物需求，田間含水量控制視角，合理添加濕度傳感器，可有效提升節水量，增加作物光合作用。

3.智慧農機應用的未來發展

3.1 墑情智能分析

未來，結合農機應用情況，應提高田間墑情分析的智慧性。對此，可以建立精準分區、智能灌溉的數據模型，給出更精確的補水方案?？墒褂肧PAC平臺，深入探究水分傳輸思想。參照作物根系的實際特點，準確獲取土壤墑情，給出明確澆灌方案，提升灌溉精準性。結合各類作物的生長條件，整合各類含水量的種植結果，逐步獲取最佳的灌溉決策，以此順應作物生長需求。自動灌溉科技的運用，依賴于全面的土壤墑情分析。研發人員可結合土壤墑情，設定精準調控項目，從土壤成分、酸堿值、含水量等方面，逐一建立墑情管理指標，以此保證灌溉決策的精確性，切實構建智慧農業生產體系，獲取優質高產作物，積極防控水肥流失問題。

3.2 收菜機器人

積極研發多種智慧機器人，從行走路線、設備定位、動作調節、作物抓取、作物切割等視角，進行收菜機器人研發?，F有的智能技術，能夠持續進行作物收割。未來智慧型收菜機器人，應智能分析作物的成熟度，智能收割農作物，防止未成熟作物提早收割問題，增強收菜智慧性。此技術研發時，可增加作物成熟度分析程序，對作物外觀大小、外表色彩進行智能判斷，以此構建智慧型收菜程序，促進智慧農業發展。

3.3 國企研發和私企研發同步進行

現代農業中農業機械自動化設備研發必須投入大量的時間、精力、資金，這樣才能完成對各種不同類型農業設備的設計、實驗、生產和銷售等工作，實現生產監測自動化、農業灌溉自動化、農產品裝檢機械化、農業管理精準化目標。私企受限于資金和研發回報率等因素，因此研發力度有限，相對而言，國企可以投入更多時間、精力、資金對生產監測、農業灌溉、農產品裝檢、農業管理等類型的農業機械自動化設備的研發。因此未來農業機械自動化設備研發必將由國企主導研發工作，國企和私企共同合作，相互依存相互發展。

3.4 實現圖像感知技術應用

在計算機技術快速發展驅動下，驅動圖像感知技術逐步成熟，將圖像感知技術應用在農業機械自動化領域中，可強化機械設備使用功能，能夠推動農業生產發展。在圖像識別功能作用下，種植戶能夠動態監測農作物的生長情況，科學控制農作物灌溉量和施肥量。農業灌溉期間，依托傳感器和電子計算機技術實現農作物自動灌溉，并根據溫度/濕度傳感器反饋的信息，掌握農作物當前生長態勢及水分需求，合理調整土壤溫度和濕度，為農作物生長創造良好的環境條件。在節水灌溉技術應用下，有效優化水資源配置體系，切實提高水資源的農務利用率，解決了傳統農業灌溉水量大、水資源浪費問題。圖像感知技術支持下，加強對農作物病蟲害的防控，實現對農作物生長的精細化管理，降低人工管理難度，保證農作物的生長品質，助推現代農業產業化發展。

未來智慧農業體系構建時，需增強圖像感知技術應用的智慧性，從節水、施肥、防病害等視角，逐一針對農作物生長環境進行分析，給出未來3天至5天內可能發生的作物危害，便于作物管理員及時作出防范處理，消除環境因素帶來的不利因素。比如，智能墑情分析系統聯合氣象觀測平臺，分析未來幾日內的天氣狀況，結合作物生產情況，給出田間管理決策，以此增強墑情分析的預測能力。

4.結論

綜上所述，農機自動科技的合理開發、規范應用，是國內農業發展的重要選擇。智能生產視域下，自動灌溉、智能收割等應用，逐漸增加了農機技術的應用范圍，使其全面融合農務生產，成為農務生產的主要動力，力爭獲取優質農產品，增強農業生產的智能性。在未來，將會智慧分析墑情，給出農業決策，構建自動農業生產體系，以此建立智慧農業，切實推動農業發展。