于志剛

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院，哈爾濱 150081)

0 引言

在科學(xué)技術(shù)的推動下，各種智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備被研發(fā)并運(yùn)用到了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，大大提高了農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量，減輕了農(nóng)民的勞動量，尤其是在疫情的特殊時(shí)期，減少了人員的聚集，為疫情防控起到了重要作用，為我國農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的轉(zhuǎn)型升級提供了廣闊的前景。目前，我國農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的智能化還處于起步階段，農(nóng)機(jī)從技術(shù)研發(fā)上才剛開始具備智能化的特征，還有諸多難題待攻克，其中最主要的還是基礎(chǔ)問題[1]。與發(fā)達(dá)國家相比，我國農(nóng)業(yè)機(jī)械的研發(fā)能力、制造水平、產(chǎn)品質(zhì)量、運(yùn)行效率等方面有較大差距，且存在配套設(shè)施不完善、核心技術(shù)缺乏、制造技術(shù)能力低、農(nóng)藝農(nóng)機(jī)融合與全程機(jī)械化配置性差等問題。農(nóng)業(yè)智能化是生物技術(shù)、信息技術(shù)、智能裝備三大要素的統(tǒng)一，我國未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢必然是智能化，將圍繞物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能三方面來提高農(nóng)機(jī)智能化水平[2]。

1 農(nóng)機(jī)智能化的發(fā)展現(xiàn)狀

農(nóng)業(yè)的智能化是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的新潮流。當(dāng)前，我國的農(nóng)業(yè)重視科學(xué)技術(shù)的研發(fā)，致力于實(shí)現(xiàn)“數(shù)字農(nóng)業(yè)”、“智慧農(nóng)業(yè)”，將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、遙感等技術(shù)運(yùn)用到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。我國的智能化農(nóng)業(yè)裝備也正處于蓬勃發(fā)展的時(shí)期，以自動化的設(shè)備為基礎(chǔ)，借助于傳感器、信息傳輸、信息集成處理等作為技術(shù)支撐，來實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的智能化作業(yè)，其應(yīng)用可以總結(jié)為以下三方面。

1.1 農(nóng)機(jī)的智能駕駛

在當(dāng)今農(nóng)業(yè)智能化發(fā)展的新時(shí)期，出現(xiàn)了基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)的智能化駕駛的各類農(nóng)用機(jī)械，包括插秧機(jī)、播種機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)等，將高精度定位與導(dǎo)航技術(shù)、圖像識別與傳輸技術(shù)等運(yùn)用到這些機(jī)械的智能化駕駛中去，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)駕駛的精準(zhǔn)化導(dǎo)航，甚至是農(nóng)機(jī)的無人駕駛，能夠大大減輕農(nóng)民的工作壓力。當(dāng)前，農(nóng)機(jī)研發(fā)機(jī)構(gòu)以及生產(chǎn)制造廠家對這類農(nóng)機(jī)的研發(fā)和生產(chǎn)熱情很高，但很多新型智能化農(nóng)機(jī)仍處于研發(fā)或者實(shí)驗(yàn)階段?？傮w來說我國的農(nóng)機(jī)在智能駕駛方面已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)步，并且部分較成熟的農(nóng)業(yè)設(shè)備已經(jīng)開始應(yīng)用。

1.2 農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的實(shí)施采集與處理

農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)遍及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全周期，包括農(nóng)作物實(shí)時(shí)生長健康狀況監(jiān)測數(shù)據(jù)、土壤水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)機(jī)械工作狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)等。這些多方面且海量的數(shù)據(jù)，一方面需要衛(wèi)星定位、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)支持進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取與采集，另一方面還需要高效且合理的大數(shù)據(jù)處理方式進(jìn)行配合，才能獲取并運(yùn)用好農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)保障農(nóng)作物的健康生長，保證產(chǎn)量，運(yùn)用數(shù)據(jù)進(jìn)行產(chǎn)量預(yù)測、病蟲害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測與防治等

1.3 農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能化作業(yè)

農(nóng)機(jī)的智能化作業(yè)是智能化在農(nóng)業(yè)上綜合運(yùn)用的體現(xiàn)。前文中提到，我國現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)智能化處于起步階段，很多農(nóng)業(yè)設(shè)備的使用處在自動化與智能化的過渡階段。舉例來說，農(nóng)田的灌溉系統(tǒng)可以通過農(nóng)民的簡單操作完成灌溉，但何時(shí)灌溉、灌溉量多少等問題還是依賴于人的經(jīng)驗(yàn)判斷，而智能化的灌溉系統(tǒng)則可以通過農(nóng)作物生產(chǎn)狀態(tài)的監(jiān)測數(shù)據(jù)、溫度濕度、氣象狀況等來綜合判斷，節(jié)省了人力且保障了農(nóng)作物生長狀況的健康。

2 農(nóng)機(jī)智能化的優(yōu)勢體現(xiàn)

智能化農(nóng)機(jī)是信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)等諸多技術(shù)在農(nóng)業(yè)這個行業(yè)上綜合運(yùn)用的體現(xiàn)，我國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的顯著特點(diǎn)是機(jī)械化與自動化，而智能化則是幫助農(nóng)業(yè)在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上又提高了一個層次，通過智能化來幫助實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的高效率和低成本，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的少人化、合理化、標(biāo)準(zhǔn)化。具體優(yōu)勢體現(xiàn)在如下三方面。

2.1 智能決策與柔性作業(yè)

智能農(nóng)機(jī)是建立在海量數(shù)據(jù)及高效數(shù)據(jù)處理方式的基礎(chǔ)上，相比農(nóng)民的經(jīng)驗(yàn)判斷，智能農(nóng)機(jī)能夠綜合相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的判斷并進(jìn)行智能的決策，還能夠根據(jù)實(shí)時(shí)更新的監(jiān)測數(shù)據(jù)對工作方式做出調(diào)整，保證了作業(yè)的合理性。

2.2 高效作業(yè)與規(guī)范實(shí)施

智能化農(nóng)機(jī)相比傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)，獲得提升的不僅是智能化作業(yè)方面，還包括基礎(chǔ)功能方面。以農(nóng)作物的灌溉為例，從頭至尾以什么樣的速度灌溉，灌溉的量是多少都通過智能化的農(nóng)機(jī)進(jìn)行判斷并進(jìn)行規(guī)范地實(shí)施，避免了返工，提高了作業(yè)效率。

2.3 質(zhì)量保障與安全生產(chǎn)

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)設(shè)備，尤其是大型設(shè)備的故障率是難以保證的，尤其在春耕、秋收等農(nóng)忙時(shí)期以及特殊工作環(huán)境下，出現(xiàn)問題的概率更高，而智能化設(shè)備會對自身的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)時(shí)反饋設(shè)備運(yùn)行狀況，也會根據(jù)工作環(huán)境調(diào)整工作方式、工作速度等參數(shù)，將出現(xiàn)故障的概率降到最低，即使出現(xiàn)故障也可以第一時(shí)間報(bào)修，盡最大可能減輕對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的影響，保證設(shè)備平穩(wěn)高效運(yùn)行。

3 農(nóng)機(jī)智能化的發(fā)展趨勢與配套設(shè)施需求

3.1 農(nóng)機(jī)智能化的發(fā)展趨勢

目前我國農(nóng)業(yè)智能化處于起步階段，未來還有很長一段發(fā)展過程要走，未來一段時(shí)間的發(fā)展趨勢包括以下兩點(diǎn)。

3.1.1 提高農(nóng)業(yè)精細(xì)化作業(yè)水平

（1）干式變壓器溫升的主要原因是由變壓器運(yùn)行中所產(chǎn)生的損耗引起的。變壓器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的損耗轉(zhuǎn)化為熱量，使溫度升高，熱量向周圍以傳導(dǎo)、對流和輻射的方式擴(kuò)散。由于低壓繞組處于鐵芯和高壓繞組的內(nèi)部（如圖1所示），其散熱方式主要是通過氣道內(nèi)與空氣的對流進(jìn)行，但是由于氣道內(nèi)空氣流速有限，故散熱性能欠佳。而高壓繞組處于外側(cè)，不僅可以通過與空氣對流散熱，還可以采取輻射方式來散熱，散熱條件明顯好于低壓繞組。

我國是農(nóng)業(yè)大國，是農(nóng)業(yè)起步最早的國家之一，因此很多根深蒂固的農(nóng)業(yè)思想限制了我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展，因此需推進(jìn)農(nóng)業(yè)精細(xì)化作業(yè)的普及，尤其是在農(nóng)機(jī)智能化發(fā)展的過程中，不放過任何細(xì)節(jié)。以農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)為例，從時(shí)間、空間、類型等角度，盡可能多的覆蓋與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的一切數(shù)據(jù)，在我國智能化農(nóng)業(yè)發(fā)展的起步階段打好基礎(chǔ)，通過技術(shù)手段提高農(nóng)業(yè)精細(xì)化水平。

3.1.2 技術(shù)創(chuàng)新，與時(shí)俱進(jìn)

從我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展歷程就可以感受到技術(shù)創(chuàng)新的重要性，從最開始的刀耕火種到現(xiàn)在的機(jī)械化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，科學(xué)技術(shù)起到了重要的推動作用。因此，農(nóng)業(yè)智能化發(fā)展依然離不開技術(shù)的創(chuàng)新，不論是農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)處理，還是農(nóng)機(jī)功能的創(chuàng)新與實(shí)現(xiàn)，都需要技術(shù)作為支撐。目前，我國農(nóng)業(yè)機(jī)械的研發(fā)和制造水平還有所欠缺，因此需要鼓勵技術(shù)創(chuàng)新，也需要通過技術(shù)引進(jìn)的方式，來提高我國農(nóng)機(jī)的智能化水平，做到與時(shí)俱進(jìn)。

3.2 農(nóng)業(yè)智能化的配套設(shè)施建設(shè)需求

農(nóng)業(yè)智能化實(shí)際上是多種資源、技術(shù)的整合，比較依賴于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，例如衛(wèi)星定位、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺等，從以下四方面進(jìn)行需求的分析。

3.2.1 衛(wèi)星基站的建設(shè)

前文中多次提到了衛(wèi)星定位與導(dǎo)航在智能化農(nóng)業(yè)設(shè)備中的重要性，但生產(chǎn)實(shí)際中，機(jī)械的自動定位和導(dǎo)航經(jīng)常會有較大偏差，導(dǎo)致農(nóng)機(jī)工作偏離既定路線等問題，影響了工作效率[3]。因此，需增加農(nóng)業(yè)密集區(qū)衛(wèi)星基站的建設(shè)，將衛(wèi)星導(dǎo)航定位與實(shí)際狀況的誤差降低到合理范圍內(nèi)。

3.2.2 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺的建設(shè)

農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)包含的方面眾多，包括產(chǎn)量數(shù)據(jù)、病蟲害數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)等，當(dāng)前所能獲取到的數(shù)據(jù)數(shù)量有限且非常零散，不利于數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)預(yù)測。因此需要完善農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺的建設(shè)，使得多方面的數(shù)據(jù)能夠完整地保留并部分開放獲取，方便相關(guān)研究者的獲取和處理研究。

3.2.3 智能農(nóng)機(jī)工作條件建設(shè)

目前，我國大規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基層地區(qū)缺少必要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，其中以農(nóng)機(jī)行駛道路建設(shè)不足最為突出，導(dǎo)致各種農(nóng)機(jī)的使用受到限制。智能農(nóng)機(jī)的作業(yè)需要良好的工作條件，需要圍繞其工作條件的需求進(jìn)行合理的建設(shè)，保障農(nóng)機(jī)的正常作業(yè)以及較高工作效率和準(zhǔn)確度。

3.2.4 生產(chǎn)規(guī)模的集成與擴(kuò)大

小區(qū)域作業(yè)會增加智能農(nóng)機(jī)的作業(yè)成本及作業(yè)量，降低農(nóng)機(jī)的工作壽命，顯然是不劃算的，因此需要推進(jìn)農(nóng)業(yè)區(qū)的連片化經(jīng)營，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)?；?，便于各種高端智能農(nóng)機(jī)的布置與運(yùn)行，充分發(fā)揮智能化農(nóng)機(jī)的優(yōu)勢。

4 結(jié)語

農(nóng)機(jī)智能化是時(shí)代的產(chǎn)物，是新時(shí)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢和需求。我國農(nóng)機(jī)智能化水平尚處于起步階段，但其優(yōu)勢以及智能化在各行業(yè)的成功應(yīng)用告訴我們，農(nóng)機(jī)智能化是我國未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的前進(jìn)方向。因此，需要充分認(rèn)識到智能化能帶給農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變并著力發(fā)展，推動我國農(nóng)業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型升級。