摘要：目前，設(shè)施智能裝備在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。設(shè)施智能裝備未來的發(fā)展方向?qū)⒑w設(shè)備的智能化、互聯(lián)化、數(shù)據(jù)可視化、自動(dòng)化及人工智能化等領(lǐng)域。其發(fā)展趨勢(shì)預(yù)示著設(shè)施智能裝備將成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的主流技術(shù)，不僅能夠推動(dòng)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，還將促進(jìn)設(shè)施農(nóng)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式創(chuàng)新和效率提升。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)設(shè)施； 智能裝備； 自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：S237 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2024）03-0075-03

隨著我國(guó)電子信息科技的持續(xù)進(jìn)步，設(shè)施智能裝備在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用日益廣泛。設(shè)施園藝智能化作為實(shí)現(xiàn)園藝產(chǎn)品播種移栽、栽培管理、環(huán)境調(diào)控、監(jiān)測(cè)預(yù)警、作物采收、內(nèi)部物流等全過程的數(shù)字化、精細(xì)化、自主化生產(chǎn)形態(tài)，已成為全球農(nóng)業(yè)智能化裝備研發(fā)的熱點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重點(diǎn)[1]，這一趨勢(shì)反映了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的迫切需求[2]。一方面，設(shè)施智能裝備的應(yīng)用能夠顯著減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，降低用工成本，便于使用者進(jìn)行遠(yuǎn)程精準(zhǔn)控制，實(shí)現(xiàn)灌溉、施肥、通風(fēng)等設(shè)施的自動(dòng)化調(diào)整；另一方面，智能裝備能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)土壤、水分、氣象等關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)，有利于輔助農(nóng)民更精確地管理農(nóng)作物，從而提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，確保農(nóng)作物的產(chǎn)量、品質(zhì)和安全。隨著科技的持續(xù)進(jìn)步，智能設(shè)備也在不斷更新和升級(jí)，其推動(dòng)著傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，并促進(jìn)設(shè)施農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

1 設(shè)施智能裝備的組成及功能

傳統(tǒng)的設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式存在管理不夠精準(zhǔn)、生產(chǎn)成本高、環(huán)境受到污染等問題。為解決上述問題，近年來設(shè)施智能裝備快速發(fā)展。設(shè)施智能裝備是指利用現(xiàn)代信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行智能化、數(shù)字化、自動(dòng)化控制的設(shè)備，與傳統(tǒng)設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備依賴人工操作相比，具有明顯的科技優(yōu)勢(shì)。

1.1 設(shè)施智能裝備的組成

設(shè)施智能裝備包括傳感器設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備、監(jiān)測(cè)設(shè)備、智能化控制系統(tǒng)及相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。

1.1.1 傳感器設(shè)備

傳感器設(shè)備是設(shè)施智能裝備的重要組成部分，用于采集土壤、水分、溫度、氣象等環(huán)境參數(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤濕度、土壤肥力、氣象狀況等環(huán)境條件，可為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。傳感器設(shè)備還可用于監(jiān)測(cè)設(shè)施作物的生長(zhǎng)狀態(tài)，如生長(zhǎng)速度、病蟲害情況等，以便及時(shí)采取措施，保證農(nóng)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量。

1.1.2 自動(dòng)化設(shè)備

自動(dòng)化設(shè)備包括耕整地設(shè)備、節(jié)水灌溉設(shè)備、通風(fēng)通光設(shè)備、供熱增能設(shè)備、自動(dòng)采收設(shè)備等。這些設(shè)備可以自動(dòng)完成農(nóng)作物的種植、管理和采收，有利于減少人工作業(yè)和生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率和作業(yè)質(zhì)量。例如，自動(dòng)化灌溉設(shè)備可以根據(jù)土壤濕度和氣象狀況自動(dòng)調(diào)整灌溉水量，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約用水，保障了農(nóng)作物生長(zhǎng)。

由遼寧省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所、沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)、岫巖縣時(shí)和年豐農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司聯(lián)合研制的新型高效節(jié)能型生物質(zhì)多級(jí)燃燒雙層管熱風(fēng)爐，以生物質(zhì)顆粒為燃料，額定功率1.75 kW，燃料消耗低，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)本降耗。該設(shè)備采用雙層金屬管供熱和多風(fēng)機(jī)二次增壓+風(fēng)帶組合技術(shù)，管道風(fēng)口溫度40～60 ℃，熱風(fēng)傳送距離遠(yuǎn)，熱量覆蓋面寬，多級(jí)燃燒，燃燒充分，無煙塵、無廢氣排放，安全、可靠、環(huán)保、無害。該設(shè)備配備專用的智能控制器，能夠進(jìn)行可視化界面操作及智能控制進(jìn)料量，無須明火引燃，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火、自動(dòng)進(jìn)料。

由遼寧省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所與濰坊銘琪瑞智能科技有限公司聯(lián)合研發(fā)的遙控自走式油電一體化耕整機(jī)，可以適應(yīng)棚室低矮復(fù)雜的環(huán)境，作業(yè)深度為20～25 cm。

1.1.3 監(jiān)測(cè)設(shè)備

監(jiān)測(cè)設(shè)備[3]包括攝像頭、激光雷達(dá)、氣象站等，用以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物的生長(zhǎng)狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)，可為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。例如，攝像頭可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)作物外觀狀態(tài)；激光雷達(dá)可以測(cè)量作物高度、寬度等參數(shù)；氣象站可通過氣象傳感器來監(jiān)測(cè)作物生長(zhǎng)環(huán)境的天氣變化情況，如溫度、濕度、光照、降雨量等，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到云端，從而為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的氣象數(shù)據(jù)。

由遼寧省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研發(fā)的棚室多感知智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)適應(yīng)農(nóng)藝需求的多因子采集條件下的單一控制，以直觀的圖表和曲線進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，并根據(jù)作物生長(zhǎng)需求提供分析后的預(yù)警信息及控制信號(hào)，以便用戶進(jìn)行自動(dòng)控制、人為干預(yù)控制或遠(yuǎn)程操控。

1.1.4 智能化控制系統(tǒng)

智能化控制系統(tǒng)是設(shè)施智能裝備中的核心部分，包括控制器、智能云平臺(tái)等。這些設(shè)備可以通過互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、監(jiān)測(cè)和管理。

智能化控制系統(tǒng)可以根據(jù)傳感器采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施，能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉、精準(zhǔn)施肥、精準(zhǔn)通風(fēng)等，有利于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。例如，智能灌溉系統(tǒng)可通過傳感器檢測(cè)土壤的濕度、溫度、光照等環(huán)境參數(shù)，并根據(jù)環(huán)境參數(shù)變化來自動(dòng)調(diào)整灌溉水量，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化的灌溉管理。智能灌溉系統(tǒng)還可以根據(jù)作物生長(zhǎng)情況來自動(dòng)監(jiān)測(cè)作物缺水和過度澆水情況，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。

精準(zhǔn)測(cè)繪系統(tǒng)可通過激光掃描技術(shù)對(duì)作物生長(zhǎng)情況進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到云端，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化管理。智能監(jiān)控平臺(tái)可通過搭載各種傳感器和攝像頭對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的濕度、溫度、光照等環(huán)境參數(shù)及作物生長(zhǎng)、病蟲害情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中的問題，調(diào)整管理措施，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

1.2 設(shè)施智能裝備的功能

1.2.1 提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率

設(shè)施智能裝備能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精準(zhǔn)化管理和優(yōu)化調(diào)度，從而提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。例如，智能灌溉系統(tǒng)能夠根據(jù)作物不同生長(zhǎng)時(shí)期的特定需求來智能調(diào)節(jié)灌溉水源和噴灌頻率，從而提高作物產(chǎn)量。

1.2.2 減少農(nóng)業(yè)資源浪費(fèi)

設(shè)施智能裝備在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析中一旦發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中存在浪費(fèi)現(xiàn)象，可及時(shí)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行糾正。例如，智能傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤的濕度和肥力，避免過度施肥和過度灌溉，減少農(nóng)業(yè)資源浪費(fèi)。

1.2.3 提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量

通過智能檢測(cè)儀器、精準(zhǔn)測(cè)繪、氣象預(yù)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等技術(shù)手段可實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。例如，精準(zhǔn)測(cè)繪系統(tǒng)可以測(cè)定土地面積、土壤肥力、作物生長(zhǎng)情況等數(shù)據(jù)，能為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供決策支持。環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤、空氣、水等環(huán)境參數(shù)，及時(shí)預(yù)警環(huán)境問題，能為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供有效保護(hù)。

1.2.4 提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全性

設(shè)施智能裝備能夠減少人為因素對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，有利于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全性。例如，設(shè)施智能裝備可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)作物生長(zhǎng)情況，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)采取措施，防止作物受損或死亡。設(shè)施智能裝備還可控制灌溉水的溫度、流量等參數(shù)，避免作物因缺水而受損。

1.2.5 提高農(nóng)民參與度和滿意度

設(shè)施智能裝備的應(yīng)用可以讓農(nóng)民更好地參與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和收益。例如，設(shè)施智能裝備配備的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠使農(nóng)民實(shí)時(shí)監(jiān)控農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，使其及時(shí)掌握關(guān)鍵的生產(chǎn)信息，有助于提升決策的科學(xué)性。

2 設(shè)施智能裝備的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 種植管理

設(shè)施智能裝備在種植管理過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。其不僅包括智能灌溉系統(tǒng)、智能施肥系統(tǒng)和智能除草系統(tǒng)，還能通過精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析和自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)作物生長(zhǎng)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和優(yōu)化。例如，智能灌溉系統(tǒng)能夠根據(jù)土壤濕度和作物水分需求自動(dòng)調(diào)節(jié)灌溉水量，確保作物獲得適宜的水分供應(yīng)；智能施肥系統(tǒng)則通過分析土壤養(yǎng)分狀況和作物生長(zhǎng)階段來自動(dòng)調(diào)整施肥量和種類，滿足作物的營(yíng)養(yǎng)需求；智能除草系統(tǒng)利用圖像識(shí)別技術(shù)來準(zhǔn)確識(shí)別并清除雜草，減少對(duì)作物生長(zhǎng)的干擾。

2.2 財(cái)務(wù)管理

設(shè)施智能裝備在財(cái)務(wù)管理過程中的應(yīng)用為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了革命性的變化。智能財(cái)務(wù)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)記錄和分析財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成詳細(xì)的財(cái)務(wù)報(bào)告，幫助管理者快速把握財(cái)務(wù)狀況；智能采購(gòu)系統(tǒng)則通過分析市場(chǎng)需求和庫(kù)存情況來智能預(yù)測(cè)采購(gòu)需求、自動(dòng)下單采購(gòu)，從而確保物資供應(yīng)的及時(shí)性和成本的合理性。這些系統(tǒng)的引入不僅能夠提高財(cái)務(wù)管理的效率和精度，還能減少人為錯(cuò)誤，提升決策的科學(xué)性，可為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和可持續(xù)發(fā)展提供有力保障。

2.3 環(huán)境監(jiān)測(cè)

設(shè)施智能裝備在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。智能環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和智能氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)囟?、濕度、光照、土壤pH值等關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以確保作物生長(zhǎng)在最佳條件下。這些系統(tǒng)通過高精度傳感器來收集數(shù)據(jù)，利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)來預(yù)測(cè)和預(yù)警潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)措施，可顯著提高農(nóng)作物的環(huán)境適應(yīng)能力和抵御自然災(zāi)害能力。

3 設(shè)施智能裝備的發(fā)展趨勢(shì)

目前，我國(guó)設(shè)施園藝裝備在穩(wěn)定性、智能化等方面還有待完善，這在一定程度上制約了產(chǎn)業(yè)效益水平和勞動(dòng)生產(chǎn)效率的提升[4]。一是部分設(shè)施智能裝備技術(shù)不穩(wěn)定，導(dǎo)致生產(chǎn)效果不理想；二是設(shè)施智能裝備價(jià)格較高，維護(hù)成本也較高；三是設(shè)施智能裝備中存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，如何提高數(shù)據(jù)安全性和隱私性成為一個(gè)問題。鑒于此，加強(qiáng)設(shè)施智能與人工智能技術(shù)的融合尤為關(guān)鍵，這不僅代表設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的前沿趨勢(shì)，也是其核心方向。展望未來，設(shè)施農(nóng)業(yè)將朝著更加智能化、精準(zhǔn)化和高效化的方向發(fā)展，有望成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要模式。

3.1 設(shè)備智能化

未來的設(shè)施智能裝備將越來越智能化，語音識(shí)別、機(jī)器視覺、自然語言處理等技術(shù)的應(yīng)用，可以使設(shè)備之間互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化控制。

3.2 設(shè)備互聯(lián)化

未來的設(shè)施智能裝備將利用傳感器和設(shè)備間的通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的遠(yuǎn)程控制、監(jiān)測(cè)和管理。在智慧農(nóng)業(yè)解決方案中，若聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的智能化水平較高，則能夠?qū)崟r(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度、土壤酸堿度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行視頻采集和生產(chǎn)過程監(jiān)控。此外，系統(tǒng)還能根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和管理，遠(yuǎn)程智能操控卷簾、灌溉、風(fēng)機(jī)等農(nóng)業(yè)設(shè)備，有利于優(yōu)化農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。

3.3 數(shù)據(jù)可視化

未來的設(shè)施智能裝備將越來越數(shù)據(jù)化，通過采集、監(jiān)測(cè)、分析設(shè)備數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析和預(yù)測(cè)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

3.4 設(shè)備自動(dòng)化

未來的設(shè)施智能裝備將越來越自動(dòng)化，自動(dòng)化設(shè)備、自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，可以自動(dòng)化完成農(nóng)作物的種植、管理和采收，實(shí)現(xiàn)“機(jī)器換人”，提高生產(chǎn)效率。

3.5 人工智能化

在設(shè)施智能裝備中，人工智能技術(shù)非常重要，它可幫助設(shè)施智能裝備更好地收集和分析數(shù)據(jù)，更好地管理設(shè)施內(nèi)的作物生產(chǎn)。例如，人工智能可以通過分析大量的病蟲害數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)作物病蟲害的發(fā)生程度，為農(nóng)民提供更精確的防控建議。此外，人工智能技術(shù)還可以幫助智能設(shè)施裝備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，提高管理水平和生產(chǎn)效率。

4 結(jié)語

我國(guó)設(shè)施生產(chǎn)向工廠化、環(huán)境控制向智能化、設(shè)施裝備向節(jié)能化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向精細(xì)化等方向發(fā)展。設(shè)施智能裝備是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益的有效手段，可通過智能化設(shè)備對(duì)農(nóng)田進(jìn)行精準(zhǔn)管理，達(dá)到節(jié)約資源，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少勞動(dòng)力成本，保護(hù)環(huán)境的目的。但設(shè)施智能裝備也存在技術(shù)不穩(wěn)定、設(shè)備成本較高、數(shù)據(jù)安全性問題等不足之處，對(duì)此，需要進(jìn)一步研究和解決。未來，設(shè)施智能裝備將向設(shè)備智能化、設(shè)備互聯(lián)化、數(shù)據(jù)可視化、設(shè)備自動(dòng)化、人工智能化等方向發(fā)展，會(huì)成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一種主流方式，可推動(dòng)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，促進(jìn)設(shè)施農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

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基金項(xiàng)目：遼寧省海城市設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化科技特派團(tuán)（2023JH5/10400013）；遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院學(xué)科建設(shè)計(jì)劃項(xiàng)目（2022DD289549）