国外智慧农业装备技术研发应用浅析

石家庄市农林科学研究院 石家庄市农机安全监理所 农业农村部农机试验鉴定总站

□ 靳 青 林凯西 □ 杨 硕 □ 崔 敏

20世纪80年代，随着卫星导航定位技术开始在农田信息采集、农机精准作业和生产管理等方面开始应用，精准农业技术在逐步在美国兴起。目前，美国在谷物联合收割机、喷雾机、播种机等农业装备上，已广泛采用了GPS全球定位系统监控作业。欧洲国家在整地、播种、收获、运输等生产环节，也装备了GPS系统实现了精准作业。进入21世纪，基于GPS导航技术的农业智能技术装备在发达国家趋于成熟，变量作业装备、自动导航农机、高度智能化农业机械逐步进入推广应用，引领着世界农机制造业的发展方向。

一、精准作业控制技术

精准作业的关键在于控制技术方面，将各种电子监视、控制装置应用于各类农业装备制造上的智能型农业装备，如整地、播种、施肥、施药、收获的环节的机械装备，推动了精准作业的产生和发展，发达国家在这方面起步较早，产品已进入国际市场。

在欧美、日本等西方发达国家，基于通用总线技术，集成各类农田信息采集的传感器、定位装置、实时在线测量设备以及人机交互终端设备等一体化的智能化拖拉机、带有电子控制单元（ECU）和作业过程监测传感器的作业机械，成为目前农业工程界应用研究的热点。在持续加大研发的推进下，一批基于通用总线CAN、符合LBS协议（DIN9684/ISO11783）的作业监控终端设备、各类实时作业在线测量传感器产品陆续进入推广应用，由于符合通用总线接口，用户可以根据作业需要，自由选择相应带有总线接口作业控制单元，根据需要任意组配作业控制系统。

以美国为例，比较典型的产品有：美国Ag Leader研发的Insight 系列作业监控终端设备具有CAN总线接口，可与其他公司多种作业控制器配套实现作业系统控制。其中，EZ—Guide和EZ—Steer系统能够实现智能导航和自动驾驶，但目前支持的拖拉机类型还只限于美国的主流产品。美国 Mid—Tech 研发的Legacy系列基于CAN总线技术的作业控制终端设备、TASC系列作业控制器，均具有标准总线接口，能够以直线和曲线方式导航；作业控制和自动驾驶系统Field Pilot，可以根据需要配置成精准变量施肥、变量喷药等作业控制系统，同时能够实现作业工程的智能导航和自动驾驶。

另外，Beeline Technologies研发的Beeline系统也实现了自动驾驶功能，在北美大型农场应用中获得较好评价。德国的情况是，FENDT拖拉机和CLAAS谷物联合机上也应用了控制局域网络（CAN）总线系统。

二、土地精细平整控制技术

在土地精细平整控制技术装备方面，应用较多的是激光平地机。但是，传统激光控制平地设备存在作业范围有限、作业面高程难以统一、作业效率较低等问题，难以适应村镇土地整治工作的需求。

为了解决传统激光控制平地设备存在的作业范围有限、铲运效率低、易受天气影响等局 限性，GNSS高效土地精细平整技术逐步发展起来，这是在应用过程中逐步发展起来的一项先进土地精细平整技术，美国等发达国家在这方面进行了深入研究，并研发了相关作业装备，得到了广泛推广应用。如：美国天宝（Trimble）公司、日本拓普康（Topcon）公司、德国徕卡（Leica）公司等著名GNSS平地设备生产商，推出了基于GPS控制技术的整套平地控制系统及其配套作业装备，相关技术装备不断更新,产品系列化不断完善。

在实际推广应用方面，国外大部分农机产品普遍采用了机电一体化、智能化控制等新技术，采用全球卫星定位监测技术，实时精确获取农田平整土地位置和高程数据，借助车载控制终端软件系统，生成平整地块三维地形图，规划出最优作业路径，辅助农机设备进行土地精细平整，大幅度提高了作业效率，呈现出大型化、集成化、智能化、绿色化的发展趋势。

三、智能化播种控制技术

在发达国家智能化播种控制技术设备方面，精密播种机上广泛采用了各种监测装置，能把整个播种轨迹基本显示出来，重播、漏播、株距、播种面积、播种速度、播种量和行数等参数，播种机在作业中实现了智能化检测。如：美国John Deere的变量撒肥机、Case的Flexi Soil变量施肥播种机，德国AMAZONE 变量施肥机，法国AMASAT变量离心撒播机等。当播种机不能够正常播种时，双向报警功能会及时通知机手，故障发生的位置和故障性质，便于机手停车检查排除故障，智能化最大限度地避免了漏种发生，提高了播种机的作业质量。

举例说明。美国公司最具有典型性，Cyclo—500型气压式播种机上就装配了电子监控系统；Micro—trak公司播种监控系统Whirlwind，可用于气力播种机或传统播种机，能监测多达256个播种或施肥管，系统包含LCD显示屏和听觉、视觉双报警功能，每个传感器模块可以连接多达16个传感器。另外，日本的Inoti I.K研制了电子控制的气力式精密播种机；澳大利亚A.E.E公司为气力播种机设计了一种监视器。目前，国外已在开发新型监测系统，以适应更多机型和复杂的工作环境。

四、作业工况监测技术

在欧美发达国家，由于传统农机装备制造技术领先，在智能检测技术研究应用方面起步较早，各种电子监视、控制装置已应用于复杂农业机械上，农业装备广泛融合了现代微电子技术、传感器技术、仪器与控制技术，正加速向智能化、机电一体化方向发展。随着精准农业技术装备的推广应用，基于农机装备作业工况监测的传感器及监控装置、作业过程自动化控制技术，在产品研发中得到充分应用。

举例说明。不管是美国迪尔、凯斯纽荷兰、爱科，还是德国的克拉斯，这些欧美国家的跨国农机制造商生产的联合收割机，以及日本的久保田、洋马生产的半喂入水稻联合收割机，都已普遍应用了作业工况监测技术，产品主要工作部件，如转速、茎杆切割高度、籽粒损失量、粮箱填充量、排草堵塞、发动机负荷大小等工况均配有信息检测显示装置，未来研发方向都瞄准了农机监控物联网技术系统。实际上，在近年来这些公司推出的部分产品中，物联网技术已逐步应用到农机作业监控领域，如迪尔推出的JDLink、克拉斯推出的Ag Telematics等系统，物联网技术已初见端倪。Θ