智能农机实施的关键技术分析
王升海
摘 要：农业机械化生产在我国已基本实现了普及，且相关技术近年来得到了快速进步，农机使用的结构也由中小型农机逐渐向大型高效率农机转变，这在一定程度上为农业机械向智能化发展创造了便利条件。通过分析智能農机在农业生产中的应用优势，说明了智能农机实施过程所依托的关键技术，并对现阶段智能农机的应用情况进行了总结。
关键词：智能农机;关键技术;研究现状
中图分类号：S22??????? 文献标识码：A
doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.09.012
0 引言
随着社会科技整体的进步，很多行业的运营都从自动化开始向智能化转型，农业作为我国的主要产业之一，也逐渐向智慧农业方向进步。农业机械作为农业生产的实施者，传统的农机化作业自动化程度不高，对驾驶员的依赖很大，随着自动化技术和智能化技术的普及，智能农机的研究取得了显著成效，很多技术已经成型并开始应用于机械化生产中。近年来，国家重视农业机械化和农机装备产业转型升级，强调要加强物联网、大数据、移动互联网、智能控制、卫星定位等先进技术在农机装备上的应用，智能农机的发展既符合行业发展趋势，也顺应了农业生产的实际需求，将能在未来的农业生产中创造巨大的效益。
1 智能农机的应用优势
智能农机是多学科融合的产物，其以机械技术为主体，结合了计算机技术、网络技术、通信技术、传感器技术、监测技术等众多先进科技，其应用于农业生产中具有诸多的优势。
（1）提高了农业生产的精细化程度。智能农机由于通过计算机系统控制农业机械进行作业，其在实际作业中有效避免了传统人工驾驶和操作产生的失误和误差，使翻耕、播种、施肥、植保、收获等各个生产过程都精确实施，有效保证了不同工序机具之间的配合度。
（2）减少了人力劳动的工作负担。由于自动控制系统的引入，农机作业过程基本不需要人工进行干预，农民的工作多在农机管理方面，这显著改善了传统的农业劳作模式，且提高了农业生产效率，智能农机化技术将会使农业生产的人力需求减少75%～90%。
（3）提高农业生产的安全性和农机使用寿命。多种传感器技术和监测技术的应用使农机具关键功能位置的运行状态能够实时被感知，方便将获取的数据进行传递并由处理器适时调整，对于故障问题能实现及时警报，自主停机，有效减少农机故障率和零部件损坏，并延长农机具的使用寿命。
（4）减少农机数量与作业次数。智能农机将实现传统农机功能的进一步整合，使农机在作业时能够一次性完成更多的农业生产任务，这使农民不需要购置过多的农机就能完成全部的农业生产，不仅提高了劳动生产效率，更降低了农机购置和使用成本。
2 智能农机关键技术
智能农机技术主要是在传统农机基础上加设环境感知系统、自身检测系统、农机控制系统、农机功能实施系统，使农机达到智能行驶、智能作业、智能故障检测等多种技术要求，智能农机功能系统如图所示。
2.1 智能环境感知技术
智能农机对环境的感知主要通过三方面来实现，分别为卫星定位技术、雷达技术、视觉识别技术。其中卫星定位技术主要用于农业机械的导航使用，由于农业生产过程中环境因素复杂，很容易受到周围环境的影响，导致卫星定位存在一定的偏差，或是在精准作业过程中卫星定位所能实现的误差值不能满足农业作业导航需求时，可通过激光雷达、视觉识别等辅助技术实现对农机行驶及方案实施的复合导航。近年来，视觉导航技术在智能农机研究与应用中使用逐渐增多，其不仅能够实现对农机行驶、导航的辅助，还能够用于识别目标作物、获取农田信息、躲避障碍物等。通过视觉技术与雷达技术相配合，能有效获取机具与周围环境的距离、行驶方向、行驶速度等关键信息，并保证使农机的智能作业达到厘米精度。
2.2 工作状态检测技术
农机的工作状态获取对保障农机的正常作业具有重要意义，在智能农机设计过程中，需要对各个关键部件的运行状态实现实时的撑握，这就需要在农业机械的关键作业位置布置多种功能的传感器原件，用以检测工作过程中部件温度、压力、振动、噪音、转速等众多数据。并将获得的数据通过通信系统传递给控制器，由控制器进行数据分析后，判断农业机械的运行是否正常。现阶段应用较多的检测传感器包括光线传感器、压力传感器、温度传感器等。
2.3 智能农机的控制技术
智能农机的控制技术主要由中央控制器来完成，其多采用专用的计算机芯片，要求控制器具有良好的可靠性、扩展性与兼容性，能够对环境感知和故障检测所获取的数据进行快速地分析与处理。并通过USB、DVI、以太网口等多种接口实现便捷的数据传输，为实现智能农机数据处理的高效率，新形式的智能农机很多采用双控制器的设计，其主控制器用于处理和分析所获得的数据，辅助控制器主要用于接收数据、程序调试和功能扩展，以实现系统控制的高性能要求。
2.4 农机功能实施技术
现阶段，智能农机的主要功能研究在于智能驾驶、机具智能作业两大方面，针对于智能驾驶主要包括电动助力转向系统与环境感知技术相配合，很多农机在传统的机械控制方式上对结构进行一定的改进，即可通过控制电机实现对农机行驶状态的控制，也有很多研究机构致力于新的控制功能结构研究，逐渐简化了传统的人工驾驶结构，使机具只具备自动驾驶和遥控驾驶的两大功能。对于机具智能作业方面而言，主要依靠机电一体化技术与智能控制技术相配合，在现阶段成熟机型的基础上增加众多的检测与辅助结构，能够实现对耕地、播种、植保、收获等作业过程的质量监测与机具状态监测，有效保证智能农机功能的实施。
3 智能农机技术研究现状
现阶段我国的智能农机研究基本上实现了信息技术与智能传感检测技术的良好匹配，这为我国农机技术由自动化向智能化转变奠定了基础，但由于我国农机使用条件限制，在现在的农机生产中，大型农机行进机械应用占比较少，在一定程度上阻碍和农机行进技术的应用与试验。目前，智能化技术只是部分的应用于农业生产之中，例如，农田信息的采集、农业机械作业过程的定位等，在传统农机智能化功能方面，也基本上实现了对耕地、播种、灌溉、植保、收获等环节的智能化控制，很多农机具上安装了行进的传感器与智能化系统，使现阶段农业生产的农机具具备了智能化特点。
在此基础上，我国智能农机现阶段仍存在一定的发展困境，首先是关键技术缺失，例如：数据精准采集、视觉目标算法、组合式导航匹配等技术的研究仍需加强。同时，由于智能农机的研发，不仅仅需要传统的农机人员，还需要更多其它学科的专业人才加入，而现阶段具备相关科研实力及合理人员结构的团队仍比较少，导致智能农机化的相关技术和总体发展速度相对缓慢。
3 结语
智能农机技术作为农业生产力向更科学方向转型的关键技术，应当受到农机工作者和农业生产经营者的足够重视。智能农机的应用不仅能够显著提高劳动生产效率，也在根本上改变了农业生产的运营形式，对于智能农机而言，其要实现实质性的发展，必须要依托于高度自动化的农业生产模式。这也要求我国政府和基层管理部门加快生产经营模式改革，促进我国农业向集约化和规模化发展，以保证智能农机装备在研究和应用的过程中具有更广阔的空间。
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