农业机械计算机及智能技术应用分析

欧阳俊

（长江大学文理学院，湖北 荆州 434020）

计算机、人工智能、云计算以及大数据等现代化技术的出现，加快了我国传统农业向新型农业转型升级的步伐，农业与计算机科学的有机结合，达到了一加一大于二的效果，农业生产正在朝着自动化、信息化以及智能化的方向发展。实践证明，计算机智能化技术与农业生产的结合，不仅提高了作业生产效率，而且降低了不必要的人力浪费，推动了规模化作业的发展[1]。

1 技术应用

农业机械的智能化应用，其作用主要体现在作业功能更加全面，比人为操作更加可靠和安全。其全面性主要体现在，它不仅仅能用于最主要的生产活动，还可以智能监控当前作业生产环境，记录数据并监控生产过程是否存在缺陷，而且可以进行联网故障诊断，反应速度大大提高。专业人士可以通过机器传回的数据，进行一系列判断，如根据环境参数的变化调整生产决策，根据市场需求的实时变化，确定如何从生产方面做出应对，为决策者提供重要参考，使决策更加科学，更有针对性[2]。

1.1 自动监控及控制

农业机械的自动化，通过机械与计算机技术的智能结合，实现了能源动力代替传统人力的跨越，如今该项技术已经日渐成熟，得到了广泛应用，发展势头迅猛。例如，农业机械设备上安装的智能控制设备、电子监控设备，设备驾驶舱中设置实时情况显示屏。具体操作流程是技术人员根据机器记录的产量情况和环境参数，经过具体计算，预测下一季度的产量，并通过对市场进行分析，确定产量是否合理，从而调整生产强度。

目前，该技术主要应用于配备传感器的收割机等机械。现代农业的生产规模使得人工收割的技术早已不适用于当下的生产环境。现代智能谷物收割机一般具有割取高度自动变化，脱粒喂入量自动控制，收割自动仿形以及谷物损失率自动检测等功能，并能够做到自我故障检测，综合智能计算产量、产率、收割面积等。其精确度能达到精细农作的要求，如图1所示。有的农机具还配有更先进的传感器，设置有卫星定位系统接收机，通过数据快速传输，技术员能快速收到反馈的数据报告、分布图等。

图1 智能收割机传感器装配

1.2 新能源技术使用

我国人口众多，是能源消耗大国，因此新能源技术也需不断推陈出新。农业机械与新能源智能化的结合，就是在进行农业机械具体操作时，应用新能源代替传统模式提供动力，其工作环境暴露在阳光下的性质，为新能源的转型提供了一定的先天性优势，太阳能、风能、水能等是被利用到的几种主流能源[3]。

在智能化农业机械的设计上，要摆脱传统的思维，不能仅仅限制于作业一个目标。新型的机械设计包括了害虫消杀、农田灌溉、播种种植、收割以及牲口养殖等多个方面。例如，在新能源技术以及智能化计算机的控制下，设计智能光电温室大棚，许多拥有先进技术的国家，已经做到利用该技术控制农作物的生产环境，如温度、光照强度等；利用太阳能智能采集以及计算机技术，生产诱虫灯，从而减少农药使用量，有效防止害虫危害；利用水能设计智能灌溉系统，结合风力发电，进行精细灌溉，智能严格地控制不同农作物的灌溉量。

在进行大面积的农田种植时，进行农作物的养护是十分复杂的操作，使用智能化的大型灌溉设备比漫灌节约更多的水资源。系统会根据具体情况和数据智能调整灌溉机器的作业进行速度、喷水量、压力等运行参数。在使用智能化机械之后，根据环境改变进行参数改变，不需要人工控制就能实现。更先进的机械能够根据土壤性质和生长期等数据的不同更改程序，该技术已经在国外一些发达地区得到应用。农药喷洒系统、施肥机也是一样的运作原理。

1.3 机器视觉与自动驾驶

施肥机、收割机等智能机械都离不开自动驾驶的设置，因此，更精准的自动驾驶技术也成了近年来的研究热点。精准的自动驾驶过程离不开定位技术、智能路径规划以及跟踪控制[4]。

定位技术目前已经较为完善，可以通过智能连接与所应用的领域直接结合。自动驾驶的重要前提就是准确得到所处位置的反馈，这对后续的规划控制都有着巨大的影响。全球导航卫星系统（GNSS）可以精准反馈农机所处位置的具体坐标、行驶速度以及时间，是目前在农机作业领域中应用最普遍的方法。该方式虽然能够获得机械的绝对位置信息，但是也可能会由于环境的影响导致出错。因此，该运行机制不仅要依靠导航系统，还应该与机器视觉以及IMU等其他导航方式进行结合，形成多种传感器的协同合作，有效提升决策准确性以及行走路径可靠度。机械自查错系统可以帮助导航系统进行纠错，提高精度。基于自动驾驶的拖拉机操作过程如图2所示，便于读者更直观地理解操作过程。

图2 基于自动驾驶的拖拉机操作过程

此外，与智能驾驶相结合的还有环境感知技术，它是智能驾驶所需要的核心技术之一，其作用在于可以模拟驾驶员的存在，感知路况和周遭环境，不仅仅是对路径的选择，还包括周围的车辆信息，用于决策和组合。另外，在驾驶过程中，有可能会遇到树木、电线等类似的障碍物，机器视觉和环境感知技术都可以用于及时检测并规避障碍物，及时防止危险的发生。该技术虽然逐渐成熟，但是还有许多精确度上的问题还未解决，我国的农业专家们正努力地进行研究和创新。国外已经有学者在该方面展开研究，对视觉上获得的数据与决策之间的关系进行了研究，主要应用的有Hough变换法、最小二乘法等。该过程中应用的相关设备有雷达、智能相机、超声等。

1.4 CAD的应用

CAD技术便于三维智能设计及编辑。该技术在农业机械使用上的作用是，通过软件相关的变换，改变机器参数，对机器的装备进行优化，明确装备过程顺序以及具体装备位置。对机器的结构可进行预先设计，达到改善外观的目的，提高机器性能。传统的农机设计没有结合智能数字设计，也没与计算机技术相结合，设计生产是一体的，难以改变。农机设计与计算机相结合之后，设计容易修改，更加便于设计师向顾客传达设计理念，提高生产机器的质量。

具体到例如设计农机底盘，可以利用CAD软件的相关技术，进行实时的基础功能设计和变形，根据客户的要求，进行图纸修改，根据零件所处的位置，出具绝对坐标和位置信息，使装配更加准确。通过该方法进行调整过的农业机械，更加符合客户的实际使用需求，更加稳定，便于操作。

1.5 农业机器人兴起

欧美等发达国家为农业机械配备传感器、热成像仪等先进装备制造农业机器人，代替人类进行农田实地观察和数据记录，并将数据上传到互联网，专业技术人员通过建模，计算产量等数据并进行生产计划的调整。目前应用的该类型机器人，具备信息通信、图像识别、智能分析建模、自动控制自动查错等功能，先进的还带有除草施肥等多种功能。机器人的兴起，使得智能化技术能更好地服务于农业生产，大大提高了生产效率[5]。

2 未来展望

现代农业的发展离不开智能化技术。作为农业大国，农业科技是我国农业发展的首要推动力。国家和政府应当积极投入，强化对农民的现代化教育，加强对智能化农业的宣传，使得农业智能化技术能够普及，为农业智能化技术的应用、实验、发展营造一个良好的环境，同时加大对农业相关技术人员的培养力度。将现代科技和先进的知识融入农业发展，是广大农业科学家担承的重大责任。

3 结语

综上所述，中国的农业发展整体呈积极上升的趋势，相关技术已经大规模投入到农业生产中。智能化与农业机械的结合目前在欧美等发达国家发展迅速，国内应用实践起步相对较晚，随着人工智能、物联网等技术不断涌现，我国的农业发展会步入一个全新的阶段。