申藝方 ，聶超超 ，趙會娟

（濟源職業(yè)技術學院，河南 濟源 459000）

隨著社會的進步和科技的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式逐步創(chuàng)新優(yōu)化，自動化控制技術融入農(nóng)業(yè)機械設計研發(fā)，推動了農(nóng)業(yè)智能化、自動化發(fā)展，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力。農(nóng)業(yè)機械自動控制技術具有穩(wěn)定性強、配置簡單、應用靈活等多重優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)管理及自主診斷，有助于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，極大地提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平[1]。因此，為推進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展，需要在農(nóng)業(yè)機械領域科學應用與全面推廣自動控制技術。

1 自動控制技術應用于我國農(nóng)業(yè)機械的現(xiàn)狀

在國家經(jīng)濟發(fā)展、科技進步的影響下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術逐步更新優(yōu)化，然而從總體來看，我國農(nóng)業(yè)領域應用自動化控制技術的時間并不長，目前尚未實現(xiàn)全面普及農(nóng)業(yè)機械化。部分經(jīng)濟條件較差的地區(qū)，不僅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化程度不高，農(nóng)業(yè)機械與自動控制技術融合率也較低。與此同時，自動化控制技術的創(chuàng)新速度較慢。技術更新是推動農(nóng)業(yè)機械化水平提升的重要動力，然而我國農(nóng)業(yè)機械在自動化控制方面仍然以傳統(tǒng)控制技術應用為主，即便農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正在向機械化、自動化控制的方向發(fā)展，但由于技術相對陳舊，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率未能得到大幅提升，限制了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展步伐。部分經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)為實現(xiàn)高效生產(chǎn)，會引進具有自動化控制功能的機械設備，但會增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本[2]。因此，自動化控制技術更新及其在農(nóng)業(yè)機械領域中的有效應用，已成為農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關鍵。

2 自動控制技術在農(nóng)業(yè)機械中的應用分析

2.1 自動節(jié)水灌溉控制技術的應用

自動節(jié)水灌溉系統(tǒng)是基于傳感器、控制器與執(zhí)行器等多種裝置研發(fā)而成的智能化灌溉設備，通過動態(tài)監(jiān)測農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的土壤條件、天氣變化以及作物長勢，實施科學灌溉，從而實現(xiàn)節(jié)約水量、提高農(nóng)作物長勢的目的。傳感器可實時獲取土壤含水量、溫度、濕度等相關參數(shù)，并將這些參數(shù)傳至控制器；控制器則可根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)分析植物的需水量，決定灌溉與否，以及控制灌溉時長和水量。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要用于遠程控制，可為控制器與傳感器、執(zhí)行器、上位機間的通信提供支持[3]。

自動節(jié)水灌溉系統(tǒng)轉變了傳統(tǒng)以人力為主的灌溉方式，可實現(xiàn)農(nóng)田灌溉自動化，能夠自主完成農(nóng)田缺水情況的實時監(jiān)測，動態(tài)監(jiān)控農(nóng)作物生長態(tài)勢，以數(shù)字化形式分析農(nóng)作物生長指標，進而實現(xiàn)精準灌溉。自動化節(jié)水灌溉系統(tǒng)支持根據(jù)農(nóng)作物生長狀態(tài)并結合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)指標選用最為適合的灌溉方式，并可自動設置合理的灌溉時長，自主調(diào)控灌水量及灌水頻次，降低人工灌溉壓力、節(jié)約人力資源，對農(nóng)產(chǎn)品增產(chǎn)增收具有重要的促進作用。

2.2 自動施肥控制技術的應用

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化以自動化控制、智能化管理作為主要目標，除了自動化灌溉之外，自動化施肥也是重要的發(fā)展方向。施肥自動控制技術的應用，能夠?qū)崿F(xiàn)精準施肥，確保肥料施加的及時性與合理性，減少肥料資源浪費，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。

在自動控制技術支持下，施肥可與灌溉結合開展，利用水壓控制肥料輸出，在灌溉的同時完成肥料施加。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，應合理對接自動化節(jié)水灌溉系統(tǒng)與自動施肥系統(tǒng)，在傳感器裝置支持下，自動獲取農(nóng)作物生長階段、營養(yǎng)供應狀況、營養(yǎng)成分需求情況，進而根據(jù)植物所處生長階段針對性施加對應的營養(yǎng)元素。在灌溉前，可將所需數(shù)量的肥料溶于水，然后將肥料溶液通過灌溉管道輸送至植物，實現(xiàn)肥料施加自動化、準確化，在低成本、高效率施肥的基礎上，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)量，從而驅(qū)動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)自動化、規(guī)范化發(fā)展[4]。

2.3 自動化溫室控制技術的應用

自動化溫室控制技術與農(nóng)業(yè)機械融合，能夠解決天氣因素對農(nóng)作物生長產(chǎn)生的影響。在溫室自動控制系統(tǒng)的支持下，應用通風降溫系統(tǒng)、太陽能儲能系統(tǒng)、燃油熱風加熱系統(tǒng)等，有效調(diào)控溫室大棚的溫度、濕度、光照等相關指標。溫室自動控制系統(tǒng)可結合農(nóng)作物的生長需求，自動開合卷膜、棚窗或風機濕簾，或是控制生物背光裝置，對溫室大棚內(nèi)部環(huán)境進行調(diào)控，營造出利于農(nóng)作物生長的環(huán)境[5]，還可以自動完成幾十項環(huán)境要素數(shù)據(jù)的收集與存儲，并具備多條繼電器輸出路徑，能夠同時控制多臺設備，數(shù)據(jù)信息存儲容量也較大，其液晶顯示器以圖形、文字展示環(huán)境要素信息。此外，通過安裝CO2傳感器監(jiān)測大棚內(nèi)CO2的濃度，經(jīng)過系統(tǒng)分析，發(fā)出參數(shù)控制指令，通過開啟通風窗、空氣循環(huán)裝置科學調(diào)控溫室大棚內(nèi)的相關參數(shù)。

2.4 視覺識別技術的應用

視覺識別是利用攝像頭采集目標圖像數(shù)據(jù)，再借助計算機對目標圖像數(shù)據(jù)進行計算，提取目標圖像的特征，并與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對比進而識別出目標的技術方法[6]。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對象是多種類型的農(nóng)作物，農(nóng)作物類型不同，其對光照的需求存在差異。通過自動控制系統(tǒng)與視覺識別系統(tǒng)結合運用，對溫室大棚中所栽培農(nóng)作物的品種進行自動識別，根據(jù)不同類型作物的生長周期，結合農(nóng)作物外觀變化情況，自動化調(diào)控大棚內(nèi)的自動遮光系統(tǒng)。此外，在遮光設備的基礎上，可改變光照強度，以便需光度不同的農(nóng)作物均可得到適量、適宜的光照強度。在農(nóng)業(yè)機械上應用視覺識別技術，能夠減少人工觀察農(nóng)作物長勢及生長周期分析所需的人員數(shù)量，從而降低人工成本。

視覺識別技術應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的價值較高，但需要投入較高成本，目前主要應用于附加值較高的蔬菜作物栽培。未來，在農(nóng)業(yè)機械自動化持續(xù)發(fā)展的過程中，此技術的應用將會進一步深入，可通過技術更新、設備改造，有效提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綜合實力。

2.5 自動采摘技術的應用

自動采摘技術是指利用自動采摘機器人等設備替代人工采摘成熟農(nóng)作物，并在采摘完成后通過運輸通道進行收獲物的傳送與分裝[7]。此技術的應用需要以計算機系統(tǒng)為基礎，在計算機上設置好采摘方式及路徑后，由計算機傳送相應指令操控自動采摘機器人做出相應動作。自動采摘機器人需要根據(jù)事前設定的路徑行進，并接收傳感器所反饋的信息，對農(nóng)作物生長情況和其他影響因素展開綜合分析，確認農(nóng)作物達到采摘條件后，進而做出采摘農(nóng)作物的決策。此類農(nóng)業(yè)機械具備較高的自動化水平，例如，自動采摘機器人具備由機械臂、機械手共同構成的采摘結構，機械臂上還裝有圖像傳感器，圖像傳感器拍攝的農(nóng)作物圖像經(jīng)過人工智能技術分析，從而識別出農(nóng)作物的成熟度，對于已經(jīng)成熟的農(nóng)產(chǎn)品，計算機將下達采摘指令給機械手臂，由其執(zhí)行采摘動作。機械手上裝有柔性夾爪，可自動調(diào)控農(nóng)作物采摘力度，防止夾取時因力度過大導致農(nóng)作物損壞。

此外，自動采摘農(nóng)業(yè)機械還能夠自動完成采摘后的操作，將夾取的成熟農(nóng)產(chǎn)品依次放入箱子中，并自動進行箱體碼垛。在農(nóng)業(yè)機械自動采摘技術支持下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更加高效化，有利于驅(qū)動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化快速發(fā)展。

2.6 自動化地理信息技術的應用

地理信息技術是由地理信息系統(tǒng)、遙感系統(tǒng)與全球定位系統(tǒng)構建而成的技術集合，將其與自動控制技術相融合，可促進農(nóng)業(yè)機械自動化。在農(nóng)業(yè)機械中，可利用地理信息系統(tǒng)實時監(jiān)測土壤、土地、農(nóng)作物生長周期等信息，綜合評估農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，進而自動完成信息管理調(diào)控等任務。例如，在農(nóng)作物病蟲害防控過程中，可應用地理信息系統(tǒng)確定受災范圍、分析嚴重程度，并進一步給出病蟲害預防、控制策略，從而降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中病蟲害防治成本，降低病蟲害防控的人力資源以及物力資源的浪費率。同時，可利用全球定位系統(tǒng)采集農(nóng)田數(shù)據(jù)，精準定位病蟲害發(fā)生區(qū)[8]。之后，可利用遙感設備搭載航空攝像裝置獲取農(nóng)田影像，了解農(nóng)作物生長態(tài)勢及病蟲害影響程度，并可通過無人機噴灑農(nóng)藥，以提高病蟲害防控效率及質(zhì)量，節(jié)約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的時間及人力成本。

3 農(nóng)業(yè)機械中應用自動控制技術的保障策略

3.1 加強政策扶持

為推動自動控制技術有效應用于農(nóng)業(yè)機械，政府部門需要提供政策引導，并給予相應的扶持。政府部門需要給予農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)企業(yè)一定的資金及政策支持，科研部門需要為其提供先進的科研技術指導，驅(qū)動農(nóng)業(yè)機械自動化控制技術研發(fā)創(chuàng)新活動開展，從而逐步降低智能化農(nóng)業(yè)機械的生產(chǎn)成本，為自動控制類農(nóng)業(yè)機械應用普及提供基礎條件。各級地方政府需要落實好農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)業(yè)補貼政策，充分發(fā)揮自身引導扶持作用，對引進自動化控制農(nóng)業(yè)機械的農(nóng)戶給予相應的補貼，以此激發(fā)農(nóng)戶應用智能化農(nóng)業(yè)機械的積極性，從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械自動控制技術的深入應用。

3.2 強化農(nóng)業(yè)機械自動控制技術應用指導

為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械自動控制技術的規(guī)范化、科學化應用目標，提高農(nóng)作物產(chǎn)量及質(zhì)量，要重點強化農(nóng)業(yè)操作技術人員的技術水平。各地區(qū)農(nóng)業(yè)管理部門要對農(nóng)業(yè)機械自動控制技術操控人員的培訓服務給予高度關注，定期組織現(xiàn)場培訓活動，采取集中化、主題化培訓方式，強化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)操作技術人員的農(nóng)業(yè)機械自動化控制能力[9]。同時，政府部門需要在宏觀政策調(diào)控的同時，協(xié)調(diào)好農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)單位，規(guī)范專業(yè)操作技術人員的工作行為，梳理自動化農(nóng)業(yè)機械設備的操作流程，以便降低自動控制類農(nóng)業(yè)機械設備的故障發(fā)生率，進而推動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)智能化、自動化與長效化發(fā)展。

3.3 加大農(nóng)業(yè)機械自動化研發(fā)力度

由于當前我國農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展尚不成熟，需要進一步加大農(nóng)業(yè)智能化、自動化技術的研究深度。例如，需要深入研究農(nóng)業(yè)機械駕駛室方向動力控制技術，從而降低農(nóng)業(yè)機械方向控制難度，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的便利性。與此同時，外在環(huán)境因素對農(nóng)業(yè)機械運行的影響較大，因而需要對農(nóng)業(yè)機械控制系統(tǒng)進行升級優(yōu)化，并加大傳感器研究力度，研發(fā)出性能優(yōu)越、運行可靠、數(shù)據(jù)傳送快捷的先進傳感器，以此實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動監(jiān)測高效化、精準化，得出準確的農(nóng)作物生長態(tài)勢分析結論。

3.4 選用適合的農(nóng)業(yè)機械自動化模式

農(nóng)業(yè)機械自動化在我國的發(fā)展時間還不長，自動化控制技術的應用成效并未完全展現(xiàn)。因此，在農(nóng)業(yè)機械自動化控制實施過程中，需要加大應用效果分析研究力度。要遵循安全性、高效性、經(jīng)濟性三個原則，保障農(nóng)業(yè)機械自動化控制技術科學應用，定期組織農(nóng)業(yè)機械自動控制技術應用成效評估分析活動，根據(jù)不同農(nóng)業(yè)區(qū)域選擇適合的農(nóng)業(yè)機械自動化模式，進而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高效、安全的目標[10]。通過分析當前農(nóng)業(yè)市場發(fā)展情況發(fā)現(xiàn)，農(nóng)村勞動力向城市轉移已成趨勢，因而運用具備自動控制功能的農(nóng)業(yè)機械替代人工是農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，選擇契合不同地區(qū)發(fā)展實際的農(nóng)業(yè)機械自動化模式，則能驅(qū)動農(nóng)業(yè)機械自動化應用轉型，推動農(nóng)業(yè)機械現(xiàn)代化發(fā)展。

4 結語

農(nóng)業(yè)機械與自動控制技術結合，可實時控制農(nóng)業(yè)機械，并能提升信號傳送及時性，增強農(nóng)業(yè)機械應用的安全性、可操作性。此外，還可以在農(nóng)業(yè)機械中應用光電隔離技術、濾波器等技術，提升農(nóng)業(yè)機械運行的可靠性；基于傳感裝置自動監(jiān)測農(nóng)業(yè)機械運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)與處理農(nóng)業(yè)機械故障問題。

自動控制技術在不斷發(fā)展，自動節(jié)水灌溉控制技術、自動施肥控制技術、自動化溫室控制技術、視覺識別技術、自動采摘技術、自動化地理信息技術以及未來更先進的技術，均可與農(nóng)業(yè)機械結合，通過有效控制水分、肥料、溫濕度等因素以及對農(nóng)作物實施自動操作，在農(nóng)作物生長管理、農(nóng)產(chǎn)品收獲、病蟲害防治等方面發(fā)揮作用，進而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提質(zhì)增效，并有效降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。