自动控制在现代农业中的应用与前景

王晓亮

摘 要：近年来，土地流转的开展，致使农业向规模化、集约化、现代化的经营模式转变。为更好的实现农业现代化，现代科学技术的发展给农业带来了全新的发展机遇。机器人视觉技术、人工智能技术、物联网技术、大数据融合技术等高科技技术都将应用于现代化的农业生产中。本文将结合应用在农业生产中的自动化控制系统，谈一谈自动化控制系统在现代化农业生产中的发展前景。

关键词：现代农业；自动化控制；物联网

欧美一些工业水平发达的国家从上个世纪三十年代开始，就对传统农业的机械技术、生物工程技术和农业管理技术三个方面进行了全面的技术改造，完成了农业从传统向现代化的转变。目前，我国正处于传统农业向现代农业转变时期，自动控制系统大范围应用于现代农业生产中符合世界范围内精准农业理念的要求。所谓精准农业，是指“由信息技术支持的根据空间变异，定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与管理系统”。要实现精准农业“系统诊断、优化配方、技术组装、科学管理”的目标，就需要将自动化控制技术广泛应用在现代农业生产中，提高农业生产的效率，将效益最大化。

一、自动控制在农业机械中的应用

农业机械自动化可以大大提高农业生产效率，减轻农民的劳动力度。传统的收获谷物收获机械需要采用收割机、割晒机、谷物脱粒机等多种机械完成。在科学技术的推动下， 传统的谷物收获机械也开始实现自动化控制。自动化控制系统可将收割、割晒、脱粒等多个步骤一次性完成。自动化控制系统通过中心计算机对各个机械部分进行统一调度控制，按照预设的过程对农作物进行高效的管理。近些年来，针对西红柿、西瓜、卷心菜、苹果、柑橘、棉花等农产品的收获机械也逐渐实现自动化控制。这种采摘机械采用激光瞄准系统，它以较高频率提供大量准确的距离信息，可靠地提供果实的方位和尺寸信息，当发现目标后，自动控制系统会发出指令，引导机械手进行农作物采摘工作。激光瞄准器能够方便快速准确地瞄准目标，且激光瞄准器辐射强度高、单色性好、相干性好、方向性强，在目标定位方面具有很多优势。这些自动化采摘控制系统，大大提高了农作物采摘速度，保证新鲜的农产品第一时间被采摘下来进行处理、进入市场销售，对于现代农业生产有着突破性的影响。

二、环境自动监控系统在温室中的应用

温室大棚内作物生长的好坏，受温室内温度、湿度、光照强弱、土壤的温度和含水量的影响是比较大的。因此对温室的内作物生长环境参数的监控系统，起着非常重要的作用，特别是温室内的温度和湿度。自动监控系统主要实现对作物生长环境的温度、湿度和光照度、土壤温度和土壤含水量等参数的采集、存储和向监控中心传送数据以及执行监控中心的指令等功能。该系统配有专用的温湿度环境监控软件，可以方便的对农作物生长环境进行数据存储与分析，在设备异常情况下还将以多种形式的报警通知相应人员，能24小时不间断实时监控记录的环境监测系统。该环境自动监控系统可广泛运用于其它场合：农业温室大棚内蔬菜的育苗、水稻育苗、花卉养殖等。

在本系统中，温室大棚内的传感器监测点，为三路土壤水分、三路疫苗环境温度、光照度传感器等，分布在各个测点的传感器将采集到的信息进行处理，利用 RS485总线将传感器信息送给大棚环境监测箱， 进行实时显示和报警。大棚环境监测箱可设置每一路传感器的上下限，并有3 路控制输出和统一声光报警输出。大棚环境监测箱并通过无线把大棚内的传感器的信心发送到机房监控中心，机房计算机监控系统通过专业软件把信息进行汇总处理，同时也将收到的采样数据以显示和存储。大棚内的传感器采用工业标准 RS485 总线形势传输，抗干扰性强、可靠性高，并便于扩展和维护。这一些列的活动就是信息自动化应用原理的基本表现。

三、物联网技术使农业生产更智能更高效

浙江省有一个高科技农业园区，在那里的田间地头，见不到工作人员忙碌的身影，因为植物栽培所需的温度、湿度、养分、水分等信息，都由传感器实时获取，然后通过无线通讯传输到中心控制室的计算机系统，相关人员根据收集到的信息作出判断，并按照精准的方式进行无土喷雾栽培。

这就是物联网精准农业管控系统。它通过现代传感技术及通信技术对有机蔬菜从来源、生产过程、检测体系及物流等环节进行全过程可视数字化管理，并为消费者提供全过程可追溯查询平台。例如一棵西红柿的生长过程，可以利用温湿度、气敏、光照、化学等多种传感器结合一项新型农业专利产品进行全程监控和数据化管理。后期人员可以实时了解生产过程中是否添加化学合成肥料、农药、生长调节剂和饲料添加剂等物质；结合RFID电子标签还可以对每批种苗来源、等级、培育场地以及在培育、生产、质检、运输等过程中具体实施人员等信息进行有效、可识别的实时数据存储和管理。

气象要素自古就对农业生产起到关键作用。浙江联通利用物联网技术开发的环保眼，通过传感器技术获取环境各种参数，可用于测量大气风速、风向、气温、气湿、气压、全辐射、雨量、蒸发、土壤温度、土壤水分等各类环境数据，通过对参数的分析处理，能增强预警减灾能力，大大提升了环境监测的时效性。

同时，系统还能通过数据传输渠道从污染源获取数据，上传到上级环保部门，间接为更高层级的数据共享和决策提供支持。

四、自动化控制系统在农业生产中的应用前景

随着现代科学技术的进步和现代高效农业的不断发展，自动化控制技术在农业现代过程中不可替代的地位和作用越来越突出。农业自动化能够大大提高劳动生产率和增加劳动舒适性，而且随着经济的全球化，面临农产品开放进口和市场竞争的压力，现代业只有通过进一步提高生产率、降低生产成本和提高产品品质才能生存。从这些新的需求出发，农业生产着高效率和高精度的机械化、自動化方向发展是必然的选择。

自动化技术特别是微电子自动控制技术在农机上的成功应用，是农业现代化的重要标志之一。根据我国实际国情，必须考虑该技术的成熟程度，即自动化技术本身的可靠性，必须考虑整机售价应适台我国农民当前的购买力，以及采用自动化技术的实用性和农民在操作使用维修保养时的方便性。

现在农业生产自动化控制系统基本上是各种系统的集成，硬件上有传感器、传感器变换器接口、控制器、计算机网络、被控设备、总线等组成的。随着自动化信息技术和生物技术以及工程制造业的发展，智能控制技术的广泛应用，农业生产的精确控制必然是现代农业生产的发展方向。

所谓的精准农业，是在传统农业与农业机装备技术上，运用高新技术进行农业生产管理，是一种自动化和信息技术与农业生产相结合的产业，也是未来农业发展的重要途径。目前我国在这方面已经取得一些进展。如日前投入运行的农业气象观测自动化仪器，除了能对土壤墒情和农田小气候实时监测外，还可以获取冬小麦和夏玉米不同发育阶段的图像并通过网络传输至远程服务器，为制定农业气象自动化仪器安装技术标准与农作物自动化观测规范积累资料。

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