智能农机发展应用现状及展望探析

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０引言

我国农机行业经过持续发展，已经成为了世界第一大农机制造和使用国，主要粮食生产也已经基本实现了机械化作业。虽然我国在农机使用规模上领先其他国家，但同时也有许多不足之处：首先我国农业机械化发展迟缓，农机制造水平较低；其次农机企业的科研水准、企业影响力与竞争力较国外发达国家差距仍然较大。农业的根本出路在于机械化。近几年，我国各级政府积极推进智能农机替代人力进程，不断推动智能农机更高更快发展。有高标准才能有高质量，智能农机的长远发展离不开标准的严格要求。标准体系是一定领域内的标准按其内在联系形成的科学有机整体，可促进专业领域标准的组成趋于科学合理［２］。标准体系是保障智能农机装备产业安全、高效、环保的基础，只有在科学的标准体系下规范地生产和管理，智能农机装备产业才能形成完整、健康的产业链［３］。我国传统农业机械设备将由低中端水平向中高端水平转换，向高端智能农机发展。

１智能农机

智慧农业是农业产业数字化的具体形态，而智能农机就是智慧农业在农业生产中的立体展现。智能农机的别称又叫做智慧农机，是在原有的传统农机的基础上结合新时代科技创新技术的产物，是一种新型的现代化农业机械设备，也可以是一套完整的农业生产系统。由于农业机械化进程全面推进，农业领域的“互联网＋农机”智能农机应运而生。智能农机充分利用物联网、大数据、云计算、人工智能、高性能集成电路、５Ｇ、３Ｓ（ＧＮＳＳ、ＧＩＳ、ＲＳ）等新一代信息技术与农机整个产业链条进行深度融合，使农业信息感知准确、决策智能、作业精准、管理智慧。

２智能农机发展现状

智能农业机械装备是传统农机的改造再升级，是智慧农业长远发展的基础，是我国农业化进程快速推进的重要组成部分，是现代农业生产的得力帮手，是实现农业农村现代化最基本的物质保证和有效保障。随着人工智能、物联网、大数据等新兴技术与农业生产加快融合，农业生产已进入网络化、数字化、智能化发展的新时代［４］。同时国家十分重视智慧农业、农业机械设备发展，多项中央政策文件均提出要发展智慧农业及农业装备。现如今各国在农业领域的研究范围大致相同，重点研究的智能农业机械设备主要包括无人驾驶拖拉机、农业无人机以及农业机器人三大类。

２.１无人驾驶拖拉机

我国作为一个农业大国，务农耕田的人数甚至已经赶超个别国家的总人数，中国一直以来秉承自给自足的小农经济，但随着经济快速发展和科技水平提高，已经明显不适合国家长远富足发展。因为随着城镇一体化发展，乡村年轻劳动力迅速减少，农机驾驶人员数量锐减，所以无人驾驶拖拉机的优势及重要性不言而喻。传统农用拖拉机具有操作简单、价格低廉等优点。但由于工作环境的原因，驾驶员长期暴露在野外工作环境之中，致使工作强度加大，对于驾驶员的身体和心理提出了较大挑战。所以急需提高科研创新水平，改进核心制造技术，尽快完成传统拖拉机向无人驾驶拖拉机的升级转型，普惠大众。无人驾驶拖拉机是以传统拖拉机为雏形，在其基础上融合了ＧＮＳＳ定位、移动传感器和无人驾驶技术，实现了由信号处理技术为主的设计，同时通过新兴信息技术对无人驾驶拖拉机实行远距离遥控。耕作时，无人驾驶拖拉机与传统拖拉机的整体结构大致相同。在无人驾驶拖拉机的研制技术中，控制系统可谓至关重要，对各类机械设备、电器设备的控制运行都需要靠它实现。相比于传统拖拉机，无人驾驶拖拉机拥有厘米级的定位精度，经过简单的培训，即使是文化水平较低的农民也可以轻松驾驶。只需通过控制面板在地图上画出需要作业的板块，对拖拉机安装所需工具，就能自主校对工作，完成目标任务，所以在农村推广，不但节省了大量人力物力、降低了工作强度，还可以为农民增加收入。

２.２农业无人机

近年来，随着中国航空植保队伍不断发展壮大，农用无人机已被普遍采用，其作业高度较低，农药剂量较少，机身重量轻，飞机整体尺寸较小，转弯快、起降灵活，行驶平稳，且长距离遥控作业降低了作业过程中技术人员与农药相接触的危险。我国农用无人机发展起步较晚，起初主要是依靠国家资助，一些科研院所、高校进行农用无人机的研究［５］。目前，农用无人机已在我国开展了广泛应用，据农业农村部统计，２０２０年春耕，全国投入植保无人机超过３万台，同比增长２５％以上［６］。据Ｆｏｒｂｅｓ网站消息描述，大疆公司在２０１３～２０１５年营业额突飞猛进，是中国最早进军“十亿美元俱乐部”的无人机生产公司。其快速发展代表了中国无人机研制技术的快速崛起，而无人机技术在农业领域中的应用也将多元化，并且规模正在快速扩大。农业无人机，能够及时精准地收集农情信号并在高空辅助农事作业，是现代精准农业技术应用的主要技术手段，同时具备了其他传统观测手段以及传统地面作业机械所无可比拟的优点。在未来的农业生产中无人机的适用对象也将不再单一，因其主要应用于乡村，所以将朝着负载量大、航行时限远、续航时间长、农村机械化建设水平层次高的走向蓬勃发展，无人机也将越来越智慧和精准化。

２.３农业机器人

农业机器人是一种以农产品为操作对象、兼有人类部分信息感知和四肢行动功能、可重复编程的柔性自动化或半自动化设备［７］。早在１９７０年，随着其他国家对工业机器人的研究，日本就已经开展了对于农业机器人的研究，是最早几个研究农业机器人的国家之一，并且陆续研制出了嫁接、扦插、移栽和采摘等多种农业机器人。自１９９０年以来农业机器人逐渐被其他发达国家所重视，直至２００１年更是被全球农业领域相关人士认为是可促进农业重大变革的前瞻性技术之一。相对于发达国家而言，由于市场经济、核心技术的影响，中国的农业机器人无论是研究和应用都起步较晚。但随着农业机械化进程不断加快，我国农业机器人的研究范围和成果取得了一定的突破。同时，随着综合国力加强以及中央对于乡村振兴的重视和对智能农机发展的大力扶持，我国农业机器人的研究脚步正不断加快。农业机器人具有诸多优点：减少日益增加的人工劳动成本、代替工人在复杂的农业环境中劳作、防止农药对人体的侵害、提高工作速度和生产效率。但农业机器人的使用人群大多数为农民，对于农业机器人的操作使用需要经过系统的培训，才能熟练的应用。同时农业机器人的使用地点普遍为农村，农村的网络覆盖还不是十分全面，农业机器人的研究进展尚未成熟，可能导致农业机器人对于数据收集、自主驾驶存在一定偏差。这就需要当地政府和有关部门从系统培训、网络设施完善、资金补助等各个方面着手解决，才能更好促进农业机器人与当地农业更深更好融合。农业机器人的季节性和单一性问题也亟需解决，大多数农业机器人又只作用于单一作物，每年只工作１～２个月，其余时间都在闲置，如何提高机器的利用率是需要解决的问题。

３智能农机发展趋势

３.１精准导航

为了使智能农机在农业生产环节中顺利准确地完成所要求的任务，精准的导航技术可谓是重中之重。现在智能农机普遍使用ＧＮＳＳ卫星导航，极大提高了智能农机的作业效率和质量。但是农业生产的环境多样且复杂，这就需要做到因地制宜，针对不同的农业生产环境采取相应的导航技术，从而保质保量地完成任务。当智能农机承担大田作业时，处于宽广开阔地带，这时导航信号好，信息传输快，智能农机就可以通过ＧＮＳＳ导航胜任其工作。但当进行果园采摘或者在较小空间农业作业时，由于作物长势错综复杂，易遮挡导航信号，影响信息传输，这时可以使用视觉导航或者其他导航技术完成此项工作。

３.２简便操作

现如今的乡村，年轻劳动力大量流失，农业机器的主要受众群体是年龄较大的农民，所以要求智能农机需要具有操作安全快捷，使用起来简单方便的特点，这样才能在农村广泛普及。同时操作面板应简洁明了，在经过专业培训之后，农民就可以轻松驾驭。智能农机的发展趋势就是拥有更加人性化的操作方式，甚至在不远的将来可以通过语音与智能农机进行交流，对其下达操作命令。

３.３精确识别

农业机器人在进行水果蔬菜的采摘任务时，由于作物和植物的根系、茎叶长势错综复杂，导致果实被或多或少的遮挡。而且由于阳光照射易产生阴影，这就给采摘作业造成了较大影响，以至于采摘效率降低，同时可能会对果实产生伤害，增加生产成本。因此，提高识别技术，使其更加智能准确识别作物和果实，从而适应复杂的农业环境十分重要。在间苗、喷药、除草等生产环节也涉及精确识别，需要对图像获取、图像识别、人工智能等技术进行深入的研究，实现精确识别。

３.４云端平台

随着现阶段大数据、云计算、物联网等新兴信息的飞速发展，云端平台囊括了越来越多的行业信息。时至今日，已经发展到一定水平，可以将农作物生长、土地、天气、农机信息等数据整合到一起，建立一个云端平台，实现远程智能农机的工作，信息采集和传输，从而更加智能的决策，实现大数据的共享与应用。

３.５环保能源

柴油作为农用拖拉机普遍使用的燃料，在其工作过程中会产生有毒有害气体，同时还会污染大气环境。我国已经研制出以氢为燃料加上锂电池为动力的拖拉机，顺应了国家环保的理念。此种拖拉机加一次燃料仅用几分钟，但是工作续航高达６ｈ，与传统以柴油为燃料的拖拉机相比，更能够节约燃料、更加环保干净，性价比更高。

４结语

农业生产已经进入了数字化、智能化发展新时代，积极探索智慧农业新模式，助力乡村发展，推进现代农业高质量发展是大势所趋。我国对于农业产业越发重视，如何能助力其快速发展是每一个人值得认真思考的问题。虽然现阶段的智慧农机还存在诸多问题，但机会和挑战是并存的，人们可以通过解决相关的问题来促进农业机械化进一步发展。随着经济实用、高效环保的智能农机的发展，必将促进农业现代化发展，为乡村振兴助力。

５参考文献

［１］胡小鹿，夏晓东，郑筱光.我国智能农机发展和展望［Ｊ］.中国农村科技，２０２２（８）：１６－１９.

［２］胡小鹿，梁学修，张俊宁，等.中国智能农机装备标准体系框架构建与研制建议［Ｊ］.智慧农业（中英文），２０２０，２（４）：１１６－１２３.

［３］ＹＵＲＹＫ，ＬＪＵＢＩＳＡＰ，ＲＵＳＬＡＮＢ.Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｎａｎｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］.ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒ－ｎａｌｏｆＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙＱｕａｌｉｔｙａｎｄＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１７，２４（６）：１７４－１７７.

［４］欧阳安，崔涛，林立.智能农机装备产业现状及发展建议［Ｊ］.科技导报，２０２２，４０（１１）：５５－６６.

［５］刘剑君，贾世通，杜新武，等.无人机低空施药技术发展现状与趋势［Ｊ］.农业工程，２０１４（５）：１０－１４.

［６］刘强.国务院联防联控机制发布会聚焦春季农业生产和农产品保供———季季紧抓，环环紧扣，实现农产品稳产保供［Ｎ］.农民日报，２０２０－０４－２０（２）.

［７］毕昆，赵馨，侯瑞锋，等.机器人技术在农业中的应用方向和发展趋势［Ｊ］.中国农学通报，２０１１，２７（４）：４.

作者:张嘉欣 庄卫东 单位:黑龙江八一农垦大学工程学院