新技术在农业机械上的应用

张闯闯 李桢桢 曹丽芳

1、南阳农业职业学院 2、黄河水利职业技术学院

作为农业大国，农业的现代化是国家现代化的重要体现[1]。推进农业现代化是国家十三五规划的重要内容，这就离不开农业机械化技术水平的提升。随着科学技术水平的不断提高，自动化、智能化、信息网络这些新的技术被应用到了农业机械上，改变了农业的生产方式，提高了农业生产效率。例如，2019年南阳市卧龙区、新野县推广了花生农业机械化新技术，解决了花生播种、收获的一些问题，提高了经济作物的机械化水平；在邓州市开展的油菜生产收获农业机械试验，为油菜的机械化生产提供了重要的数据理论支撑。

1 耕种、收获机械

在农业生产中，广泛使用的农机装备主要有耕作机械、种植机械和收获机械，相关方面的农业机械技术水平反映了我国农业生产情况。

1.1 耕作机械

保护性耕作是耕作机械的典范，反映了机械耕作的重大变革。在以往的机械耕作过程中，没有意识到农业机械与环境资源保护之间的关系。机械化耕作提高了农业生产水平，但也破坏土壤的微结构，有些地区水土流失，严重损坏了农业的可持续发展。

保护性耕作的特点是对农田少耕或者免耕，用农作物的秸秆覆盖地表，它是从过度耕作向环保可持续农业生产的转变。为了减少燃烧秸秆带来的严重环境污染，在耕作时采用的秸秆还田技术可以增加土壤的肥力。采用保护性耕作能够使土壤自然恢复，不需要重复耕作。

1.2 种植机械

种植的过程主要有开沟、排种、复土等工序。免耕播种机作为种植机械的典型代表，在农业生产中得到了大力推广，它不需要对土壤进行旋耕就可以直接进行播种，减少了农田的耕作费用。目前，免耕、变量播种、施肥可以集于一体，在一次作业中完成。

在播种方面，精密播种机是未来发展的一个重要方向。精密播种机能够减少种子浪费，节约工时。目前，种植机械多采用机械结构进行工作，少量装有电机进行控制。

1.3 收获机械

收获机械中常见的是联合收割机。小麦机械收获的问题已经基本解决，水稻收获机仍有巨大的潜力，玉米收获机的研制已经取得一定的成果，油菜、土豆等经济作物的机械化收获正在迅猛发展，相关的农机产品处于试验和改进阶段。对市场上的联合收割机产品进行分析，联合收割机技术仍有待进一步的提升。

20世纪，耕种、收获农业机械虽然在农业生产中大量使用，也得到了一定程度的发展，但是设备相对较为落后；农业机械产品消耗了大量的能源，利用率不高；农业机械上的电控成分占比不高，许多机具缺少传感装置，作业的精度不高。近些年来，随着传感技术、微机技术、生物技术、大数据平台的建立，农业机械已经与多种新技术融合，农业机械也更加智能化、精细化，这都显著改变了农业的生产模式，使农业资源的使用更加科学合理。

2 农业机械的新技术

当前，农业机械使用的新技术主要有自动化控制技术、精准农业技术、计算机视觉技术以及农业机器人技术等。这些新技术的应用，降低了劳动者的工作强度，改善了农业生产环境，提高了生产效率，对国家农业的现代化具有重要的作用。

2.1 自动化控制技术

自动化控制技术能够使农业机械按照预先设计的轨迹自动作业，显著提高机械的可靠性，降低工人的劳动强度。自动控制半喂入联合收割机是农业机械自动化作业的典型，它可以显示作业机械运行参数、收割状态以及行进的速度，能够自动调节作物喂入深度。

近些年来，我国农业机械装备的自动化控制技术获得了飞速发展。“叔敖”牌秸秆打捆机是一种国产农业机械装备，能够自动装载小麦的秸秆，机械作业可靠性高，避免了人工捡拾捆扎草捆，减轻了工人的劳动强度，提高了生产效率。

以往的农业机械装备自动化大多是单一的输入和输出方式。但是，随着微机控制系统和传感器的研发，多输入多输出的农业机械装备已经制造出来，自动化水平得到了提高。但是，自动化控制技术不能片面追求精度和尖端科技，农业生产的自动化模式要适合我国各地区的情况。

2.2 精准农业技术

通过信息与网络技术，可以对农业生产系统中的影响因素进行预测，从而做出有利于农业生产的行为，促进信息农业的发展。信息网络在农业机械上应用的典范是精准农业技术，它根据水肥、农作物生长状况、病虫害等信息，结合定位系统进行田间机械作业。国外已经研发了施肥、播种、病虫害防治等精准农业装备，降低了农业的环境污染，提高了作物产量。

我国在精准农业方面快速发展。浙江省建立了全程机械化精准作业的物联网监测平台，能够进行施肥、播种、灌溉等数据采集，利用集成摄像头、北斗卫星定位技术和GIS技术对作业机械实时监控，显著提高了作业质量。

国务院推进的智慧农业政策要求深入推进农业机械化的信息融合，推进农业装备产业升级。一些地区的联合收割机和拖拉机安装了北斗终端，使田间工作更精确；黑龙江省利用遥感技术助力精准农业，最终目标是实现智能化的管理和精准化的种植。

2.3 计算机视觉技术

该技术能够自动获取并处理信息，在统计分析和加工控制方面有很大的优势。它通过计算机获取目标的图像并自动分析图像，从而获得目标的相关数据，因而在科研、生产等很多领域获得了广泛应用。

利用此项技术，可以获得农作物的图像数据，进行农产品的品质检测或者获得植物的生长参数。对于果实品质的分级，国内学者做了许多研究。例如，张书慧、陈晓光、张晓梅等人设计了针对桃、苹果的等级图像系统，优等果准确率可以达到96%[2]；冯斌基于苹果表面颜色分布的维度，对苹果进行了自动分级[3]。

尽管计算机视觉技术在植物的病虫害监测、生长参数的测量和杂草的识别等方面得到了广泛的应用，但是由于植物品种多样性、生长环境复杂性，该项技术在农业机械装备的应用上还不太成熟，仍需要进一步提升。

2.4 农业机器人技术

该项技术集合自动控制技术、信息与网络技术、计算机视觉技术等多种前沿技术于一身，可以提高生产力，改变生产模式，在多样化、精准化方面具有极大的优越性。在国外，日本相继研发了蔬菜、水果采摘机器人、喷药机器人、施肥机器人等，改善了农业的生产环境，提高了劳动的生产率。

我国的农业机器人发展势头强劲，许多企业和科研单位相继推出多款性能卓越的农业机器人。例如，新大陆时代科技有限公司研发的5G农业机器人，从研发阶段进入了实际应用阶段，能够在蔬果大棚开展全天候生产巡检；东北林业大学研制的林木球果采摘机器人，提高了农业的生产效率，改善了农业的生产环境。

农业机器人技术水平反映了一个国家农业机械装备的科技水平。但是由于农业机器人的研发费用较高，在农业生产中尚未得到普遍推广。目前，我国的农业机器人仍有不足之处，还需要进一步完善提升。科研人员需要对当前已有的农业机器人进行改进，研发设计适合我国国情的农业机器人，从而提高农业机械作业的水平，推进农业生产向更好更高的水平上发展。

3 总结

随着科技水平的不断发展，农业机械装备正向智能化、精准化、网络信息化方向发展。自动化控制技术、精准农业技术、计算机视觉技术以及农业机器人技术等的应用，为农业生产的健康、可持续发展提供了更加优良的农业机械装备，提高了农业生产的效率与质量。目前，农业机械技术水平仍需大力提升，研发设计的产品要符合我国国情，从而确保农业生产健康稳步发展。