计算机与农业机械化的相关性研究

王桂凤，王 珂

(郑州旅游职业学院 信息工程系，郑州 450000)



计算机与农业机械化的相关性研究

王桂凤，王 珂

(郑州旅游职业学院 信息工程系，郑州 450000)

我国是一个农业大国，而农业又是国民经济赖以发展的基础，随着社会的进步及经济的发展，以“知识经济”为核心代表力量的新时代动力也在不断演变之中。在新时期，我国在工业产业化及第三商贸服务产业发展领域已然进入到了一个高速发展的阶段，而形成这一局面的原因在很大程度上与互联网计算机技术的研发更新应用密不可分。因此，作为国民经济赖以发展的基础性产业经济，尤其是在我国社会主义新农村事业建设发展转型的关键时期，通过互联网计算机信息化技术的引入和应用，能够加速推进我国农业现代化发展进程，进而促使我国农业产业得到全方位的发展。

计算机技术；物联网；农业机械化；相关性

0 引言

新时期，伴随着科学技术的不断发展，世界各国在国际竞争领域也逐步转向科技信息产业方面。在经济全球一体化的带动和影响下，我国在计算机技术研发和更新领域也取得了长足的进步，且许多技术研发成果被广泛应用于农业、工业、国防、交通运输及商贸服务等各领域。计算机技术的进步增强了我国国际综合竞争能力，促进了国内社会各产业各领域的繁荣与进步，进而不断推动着我国知识创新与技术创新，并且影响范围已经深入到人们的日常生活当中。正是因为当下我国社会各产业各领域的发展已然离不开计算机信息化应用技术，所以在现阶段计算机技术的应用范围也从最初的数值计算扩展到社会生活的许多领域。本文基于计算机与农业机械化相关性的课题研究，重点围绕着现发展阶段我国在农业现代化发展过程中农机产业化格局形成及发展现状，并借助于互联网计算机信息化技术的广泛应用与普及，从一个全新的视角来看待和评价新时期计算机与农业机械化相互之间的影响机制。

1 计算机在农业机械化中的支撑作用

1.1 计算机技术在农机具设计与制造中的应用

自20世纪70年代开始，我国在农业发展领域及其研究就逐步进入到农机化初期研究与应用阶段。在我国农业现代化发展及技术演变的过程中，早期的农业机械基本都是靠经验设计的，从而导致机械设备制造工艺过于简陋、粗糙、科技含量低等缺陷。进入到21世纪以来，尤其是在最近10年的我国农业现代化发展过程中，农业机械一体化发展格局也逐渐形成，尤其是在我国东部沿海地区，在许多领域技术水准已处在世界一线水平。通过应用计算机信息技术，可以实现多种设计软件共同应用到农机研发层面。对于以往人们对机械化与机具的期望与标准要求，之前所无法实现的目标，由于有了强大的计算机技术基础作为后盾保障，能够最大限度地将人们的设计理念集中体现出来。例如，人们可以在计算机上对所要涉及的农业生产机具进行设计，包括机具功能得到模拟设置与修改、机具大小外观及尺寸的测量设计等。在互联网计算机技术的嵌入下，不仅量化了设计依据，最重要的一点就是还能够将人类具体的设计要求通过计算机编程，并结合利用数控技术对其实施加工，进一步提升了整个农业生产机具设备的制造精度，最终让以往人们心目中所想的“精准农业”生产模式成为了现实。

在农机设计应用方面，现代农机离不开现代的设计方法，而现代的设计方法全部需要依靠着计算机来作为设计手段，在具体设计与实施环节，则是重点依靠着各种软硬件设备及技术作为支撑，这一点与相对较为传统的设计模式存在本质区别。通过借助计算机技术，可将整个农业机械及相关操作设备的性能做到最大化、最优化状态，包括在辅助设计、仿真、制造、管理等层面。现阶段，现代化农业机械在设计过程中，方法有很多种，最常运用到的包括有优化设计、可靠性设计、建模与仿真设计、并行设计及有限元分析法等。

1.2 计算机技术在农机具维修与功能实现上的应用

目前，我国在农业现代化改造领域已经取得了初步的发展成果，农业机械化程度也大大提高。在这种大好发展背景下，随着农业机械设备种类的不断研发与生产，农机具的科技含量也在不断提升，进而对于农业机械的功能要求也在上升。换言之，传统的农机具在使用操作过程中，经常会出现各种各样的故障；而随着科学技术的进步，在计算机信息技术应用下，可很好地将农机具功能作用发挥出来，包括自动化的实现及日常机械故障的检修与维护，并精确判断故障及分析其原因，从而通过换件来排除故障。比如，GPS信息技术在农田开沟进行直线度控制等问题，基本都可以采用互联网计算机应用技术来实现检测工作。

另一方面，随着计算机信息技术相继投入农业生产及农业现代化改造领域，当下农机具的投入与生产也正在朝着自动化、现代化方向发展，农业机械的功能也由过去较为简单的操作日渐转向精确控制发展阶段，如当前应用比较广泛的联合收获机、播种机及苹果采摘机等。在计算机技术的嵌入之下，基本上将最新、最先进的功能及技术在其中得到最大化的施展和发挥，进而实现了联合收获机脱粒深度的自动控制、播种机播种量的定量控制、苹果采摘机苹果成熟度判断及苹果摇摆过程中采摘手动态位置的控制。

1.3 计算机技术在农机具作业质量监控中的应用

农业机械化的普及及农业机械一体化进程的不断推进与实现，在很大程度上取决于计算机技术的应用与深化程度。随着计算机技术及农业信息化技术项目的研发与推广，计算机技术与农业机械生产领域的关联性也日益加强。尤其是在最近几年，全国绝大部分农业生产地区已经离不开计算机等信息通讯技术。新时期，在计算机技术应用下的农业机械，与传统的农具作业相比较而言，特别是在作业质量及监控效果方面，具有巨大的优势。传统的质量监控主要是在农业机械作业结束之后，通过人工抽样的方法进行检测，致使农作物生产效率及产品质量很难得到保证。随着计算机技术应用到农机具作业质量监控领域，包括在播种密度、漏播程度、脱粒强度及清选效果等方面，可以最大限度地实现实时监控与处理。农业机械作业中的每一个小环节、每一个时间点的实时情况都能够记录下来进行监测，而不像传统作业模式下都是在事后进行检测；在操作过程中，均可通过自动调节或者是人工动态等形式来及时发现其中的问题并实施处理措施。

2 CAD系统软件的开发及应用

通过计算机技术的引入，在农机设计与优化环节基本上省略了传统设计中工程设计的大部分工作，包括分析、计算、绘图、制表及仿真等。当然，在这些方面的工作计算机只能提供技术支撑效力，并不能完全来代替人，因为计算机本身就是人的创造性劳动结果，所以在最终的管理与决策上还需要人来执行。例如，在工程总体方案的拟定和全面评价层面，整个设计过程中，人始终占据着主导性地位，因此才称之为“计算机辅助设计”(Computer Aided Design ，简称为CAD)。关于CAD技术的研究，在20世纪90年代，包括清华大学、浙江大学、西北工业大学及北京航空大学在内的众多有科研实力的高等院校及科研机构就逐渐开始投入到CAD技术的研究领域中来；直到现在，经过20年的发展与创新，在CAD理论研究领域取得了长足的进展，科研实践及推广应用奠定了坚实的基础。

关于CAD ，它最早诞生于20世纪60年代的美国，是由美国麻省理工学院首先发起的一项研究计划，目的是针对学校提出的“交互式图形学”问题来进行展开的；但由于当时相关硬件设施比较昂贵，只有美国通用汽车公司和美国波音航空公司拥有自主开发和使用的交互式绘图系统。直到70年代末到80年代初期，在美国工业生产与制造领域才开始广泛使用这种交互式绘图系统。随着PC机的大量生产及推广，CAD才开始进入迅速发展的阶段，关于CAD的研究相继展开，进而出现了专门从事CAD技术设计系统开发的公司。CAD所具备的最基本的功能包括有平面绘图功能、编辑图形功能、标注尺寸功能、书写文字功能、图层管理功能、三位绘图功能、网络系统识别功能及后续增设的数据信息交互功能。CAD的目标也是它最根本的任务要求，主要是为了更好地实现无纸化设计和制造。当前在国内该领域，对于CAD系统软件的开发更是一浪高过一浪。CAD的目标是实现无纸化设计与制造，在具体实践过程中，可以充分运用三维实体模型来代替传统的二维绘图方式，逼真地展现出了人们所真正需要的产品设计信息。但是，在具体工程项目实际操作环节，为了能够将这种技术切实地与实际操作相结合起来，经常还会将三维实体模型转换为二维工程图纸。以大部分工业产业生产部门为例，在实践应用领域，基本上都实现了CAD的二维绘图，对于少部分大型企业而言，他们则更多地注重三维整体设计的效果，进而在许多项目开发设计层面都是使用CAD三维操作设计系统。进入到21世纪以来，随着我国农业化水平的不断提高，为了能够更好地适应新时期现代化农业发展与市场需求，许多地区都将CAD技术应用到农业机械设计与制造领域中。例如，从农业机械的结构、装配及模具等方面设计入手，包括农机底盘CAD技术、农机模具CAD技术、农机车身CAD技术等。由于这些计算机技术的应用，在很大程度上助力农机设计水平与农机制造质量的提升，进而将手工纸笔绘图形式变成了历史。

3 实例探究计算机与农业机械相关性

3.1 物联网

“物联网”的概念最早提出于1999年，其内涵就在于实现物物相连的网络信息管理平台，即“物物相连的互联网”(Internet of Things)。“物联网”概念的提出基本上打破了人们传统观念认识下的固定思维方式，以当前逐渐兴起的智慧城市建设为例，包括工程建筑物、公路工程、机场等，尤其是在工程建筑建设领域。由于物联网高新科技的应用，使得一些工地工程项目逐步形成一套完备化、数字化的智慧工地网络系统平台。

其具体可涵盖两层意思：① 物联网的核心与基础是建立并遵循互联网信息技术基础，是当下在互联网基础之上的进一步拓展与延伸，从而实现网络的最大优化与平台的开放性；② 基于物联网自主搭建区域内物联网平台，在物联网平台中用户端设置上，可通过延伸扩展实现与其它物品之间的一种连接，并在这种区域连接之内自由进行信息交换和通讯。通常情况下，关于物联网的定义，基本可以通过射频识别、红外感应器、全球定位系统及激光扫描器等相关信息传感技术设备来进行。严格按照工程项目之前设置、规划好的协议将其中各项要素、物品进行连接，在互联网云计算运用环境下实现最终的信息交换、资源共享及数字化通信，包括智能化识别系统、跟踪定位系统、操作管理与视频监控系统，在工作管理人员的视野中，就是一种“实况直播”。

3.2 功能模块的设计

在远程控制系统软件设计方面，主要采用的是嵌入式网关软件，即嵌入式Linux技术，内部主要包括3大功能模块，数据操作功能模块、串口通信功能模块、服务器功能模块。① 在数据操作模块的设计上，主要是对于接口的设计与调用；② 关于串口通信模块，在控制系统的操作应用呈现为：设备初始化—开启串口—发送数据/接收—清理缓冲区域数据—读取数据—解析数据—储存数据—指令配置；③ 服务器模块是整个远程监测控制系统模式运行下的核心功能模块，通过C/S模式平台的应用，将各子服务系统与中心控制客户端实现区域内的联网通信。在Socket端口下，其主要功用就在于读取、分析和处理来自客户端的相应服务请求，并及时、准确地将处理过后的结果数据信息反馈到控制中心客户端。在实际操作应用中，主要工作流程如下：Socket创建—Socket端口的捆绑与监控—Socket端口数据的接收—数据的解析—指令的配置—指令的输入—数据参数查询”。

3.3 物联网技术在农业机械化发展中的应用

物联网在农业机械化生产领域实践应用如图1所示。

图1 物联网在农业机械化生产领域的实践应用效果图

所展示的是我国北方某城市在计算机技术与农业机械产业发展研究领域所取得的比较典型的成功案例。在农业机械物联网相互嵌入格局下，物联网信息技术在农业机械化推广中的应用，优势功能可反映在农业机械装备技术领域。新时期，随着互联网计算机技术的飞速发展，以物联网为核心技术的计算机信息技术在农业生产领域、农业机械化发展应用领域取得了较好的实践经验与社会推广价值。首先，物联网在农业机械化进程中，扮演着核心角色，通过物联网信息技术的普及和应用(以图1为例)，广大的农户能够及时了解农作物的生产状况，包括农作物的生产环节方面及天气气象变化等方面，如土壤湿度、土壤成分、pH值、降水量、温度、空气湿度、光照强度、气压及区域空间空气中CO2浓度等相关宝贵的气象信息和数据资料等。各用户根据这些传达到自己身边的信息，再结合着当前相对娴熟的农业机械操作技术，有助于找到最为合适的一种生存条件，进而有效地提高了农作物的产量及产业化效率。除此之外，广大的农户通过利用网络的智能化操作系统平台，可以自主选择自己用于农业生产所需要的一系列资料信息，如查询并计算出农作植物生产的各项环境指标等。

4 结论

随着社会主义新农村建设事业的不断推进，现发展阶段我国在农业产业化结构转变领域取得了初步的进展。其中，表现最为突出的当属农机一体化体系的发展与实现，其得益于计算机技术的广泛应用。新时期，计算机技术已经广泛应用于科研、工业、农业、生活等各个方面，几乎彻底改变了人们的生活观念、工作方式，在加速工业现代化及信息现代化前进步伐的同时，在很大程度上也对我国农业现代化进程产生着较为深远的影响，在农业机械设计和制造方面、农业机械管理与决策方面及农业机械智能化生产方面均具有重大作用。

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The Correlation Between Computer and Agricultural Mechanization Research

Wang Guifeng, Wang Ke

(Tourism Vocational College of Information Engineering of Zhengzhou,Zhengzhou 450000， China)

China is an agricultural country and agriculture is the foundation of the national economy depends on development, on the other hand, with the development of the progress of the society, economy, with the "knowledge economy" as the core power in a new era of power also continues to evolve. In the new era, our country in the field of industrialization and three industrial trade service industry development has entered a rapid development stage, and the reasons for this situation to a great extent, is closely connected with the Internet research and development to update the application of computer technology. Therefore, as the basic industry of national economy development depends on the economy, especially in our country the socialism new rural construction the key period of development of transformation, the introduction of computer information technology and application via the Internet, can accelerate the process of agricultural modernization in our country, leading to the agricultural industry of our country get all-round development.

computer technology; the Internet of things; agricultural mechanization; correlation

2016-03-23

国家自然科学基金项目(61363006)

王桂凤(1982-),女，河南濮阳人，讲师，硕士研究生，(E-mail)wgf830516@163.com。

王 珂(1980-),女，郑州人，讲师，硕士，(E-mail)3430115@qq.com。

S126

A

1003-188X(2017)02-0265-04