电子信息技术在农业机械上的应用

苏州健雄职业技术学院 周占怀

现代电子信息技术在农业机械中的应用可以提升农业机械化水平，总体来说主要有以下几点优势：降低生产成本、提高农机的性能、减少农业从业人员的劳动强度。目前我国农业机械的现状是，操作者能够提前把操作的指令输进设置好的数字通信单元模块中，可以基本保证农业机械的生产自动化和精细化。但在信息化技术不断发展和成熟的背景下，随着农业生产方式的转型升级和农业机械化水平的大幅提升，应将电子信息技术应用于农业机械生产作业的各个环节和阶段，如农业生产、播种、植保、收割、归仓等，借助电子信息技术实现农业机械生产数据的采集、分析和应用，为农业机械化生产作业提供精准化操作、信息化指导和远程监控服务，从而有效提升农业机械生产作业的效率[1]。

1 电子信息技术在农业机械中应用的价值体现

1.1 促进农业机械化发展

电子信息技术能够极大地促进农业机械化发展，通过对数字通信模块进行设置和输入输出控制，能够快速便捷地完成传统机械中难以完成的复杂操作。以激光控制技术为例，在农业机械中引入先进的激光控制技术，能够提高农业机械的灵敏度，通过数据输入输出控制改善田间土壤的平整度，较好地满足土地平整的需求。

1.2 降低机械故障率

将电子信息技术应用于农业机械之中，能够对农业机械作业过程进行电子监测、示警和故障诊断，及时准确地对农业机械进行调整和维修，降低农业机械在农业生产过程的故障率[2]。以农业收割机为例，在电子信息技术的驱动之下，能够对滚筒、籽粒升运器等关键部位进行运行监测和速率设定，从而有效降低农业机械的故障率。

1.3 节约能耗

电子信息技术在农业机械中的应用体现出不可比拟的作用，能够极大地节约能源，充分利用电子信息技术的自动采集处理功能和控制功能，实现对农业机械的操控。以植保无人机应用为例，可以引入先进的自动变量施肥技术和方法，结合土质及作物生长状况进行均衡施肥，精准设定不同农作物的不同喷洒方式，实现网格化、定制化的喷洒施肥作业，减少和规避喷洒施肥的重复或遗漏。

1.4 提高农业机械操作的舒适性

将电子信息技术引入农业机械之中，能够充分根据人体学的实际需求，将复杂的农业机械操作变得更加简单化，使农业机械作业人员享受更加舒适的生产体验，提高农业机械生产作业的效率。

2 农业机械信息化技术应用现状及存在的问题剖析

2.1 现状

当前电子信息技术广泛应用于农业机械设计与生产制造环节，实现了数字化设计与制造，尤其是产品全生命周期PDM 管理系统和基于网络的产品描述模型的应用，极大地提高了农业机械产品的智能化、自动化水平[3]。同时，农业机械信息化注重资源节约和环境保护，实现了土壤养分探测和变量施药，引领农业机械向控制智能化、操作自动化和驾驶舒适化的方向发展，推动农业机械智能装备的发展和进步。

2.2 问题

尽管电子信息技术在农业机械的应用日趋宽泛化，然而相较于发达国家而言尚存在较大差距，暴露出一些深层次的矛盾和问题，具体表现为以下几个方面。

（1）农业机械信息化融合不均衡。我国地域辽阔，农业生产区域和地理环境存在较大的差异，由于农作物种类多样性及地理环境的差异性，现有农业机械信息化融合的区域和结构发展尚未均衡。具体表现为：西部地区明显落后于东部地区、山地丘陵地区滞后于平原生产地区。且在农业机械信息化作业中较多小马力的中低端机具，缺乏大马力的高端智能化农业机械；在农业机械生产过程中大多是单一的功能作业模式，缺少集成配套的智能化机具作业技术和手段。

（2）缺乏对农业机械信息化深入全面的认知[4]。在农业机械信息化作业的过程中，不少企业和农户对于农业机械信息化的认知较为浅显，没有充分认识到电子信息技术在农业机械生产作业中的实用价值，无法充分挖掘农业机械信息化在生产中的巨大优势，导致农业机械信息化设备的应用普及率偏低。

（3）基础研究与关键技术相对薄弱。当前我国农业机械信息化发展的基础研究和关键技术尚显薄弱，没有形成以电子信息技术为基础的全程机械化技术模式和高度智能化的机具配置系统。尤其缺乏高端机具配套的液压驱动系统、总线及控制系统，导致农业机械信息化作业效率偏低，无法保证农业机械信息化作业的稳定可靠性。同时。农业机械信息化作业的创新能力明显不足，无法为农业机械化提供有力的技术支撑。

（4）农业机械信息数据共享不足。农业机械信息化建设过程的数据共享与链接明显不足，缺乏信息化作业的统一标准，农业机械信息平台缺乏统一指导和规划，无法实现农业机械作业数据的共享和多地联合调度。

3 电子信息技术在农业机械的应用实践

3.1 农业机械的电子信息化定位调度控制

农业机械化作业离不开电子装配技术的创新支撑。在电子装配技术的农机应用前提下，电子信息单元对农业机械控制终端进行指令传输和接送，利用电子信息无线网络覆盖的方式进行农业机械协同作业的功能控制，包括收割机械、插秧机械、灌溉机械等，通过对各种农业机械的协同控制确保农业机械作业的高效性。

以智能锄草机器人为例，由于株间苗草聚集，机械锄草难度极大，为此可以采用能够自动识别苗草或作物行信息的智能锄草机器人，以株间锄草机器人为机械平台，利用其液压驱动及伺服控制系统进行株间锄草自动导航控制[5]。具体来说，锄草机器人利用摄像机检测相关参数，清晰地识别作物与杂草，并通过模块化设计将株间锄草单元作为一个单元模块，依据行数来增加或减少株间锄草单元的数量，依据行距布置株间锄草单元在机架上的数量，使锄草机器人能够较好地适应不同农作物的工况。并基于连续运动轨迹的前提，采用间歇转动控制策略，合理设定一个阈值株间，在阈值株距范围内采用连续转动控制的方法，在阈值株距之外则采用间歇控制的方法，提高锄刀在株间区域的覆盖率，使锄草运动更好地适应不同株距的变化，提高锄草的自动化、智能化效率。

随着农业机械作业规模的不断扩大，农业机械利用信息化技术进行机群统一调度，将各种不同机械归入同一个控制群之中，对不同的农业机械作业生成不同的指令，通过信息系统进行优化排列、筛选、计算和分析，使每一个农业机械能够依照各自的作业时间和衔接方式进行操控，较好地规避不同农业机械作业冲突的现象，提高农业机械作业的效率和准确度，实现农业规模化生产目的。

3.2 农业机械中的电子通信技术应用

电子通信技术在农业机械中的应用日益宽泛，在光缆等设施的辅助下，农业机械通过通信接口进行互连，将电子元器件与农业机械设备端口稳固连接，能够同时接收和发送各种农业机械生产作业数据信息，实现对农业机械的自动化、精准化控制。

以播种机这种农业机械为例，为了解决电子控制单元过多的问题，在播种机中引入了控制器局域网（CAN）多主站现场总线，利用播种传感器现场采集播种信息，对相关信息进行智能CAN 节点处理和分析，再将分析结果传送到整个CAN 总线网络之中，通过唯一报文ID 作为识别符号进行信息报送和解析处理。同时，通过CAN 总线网络进行播种机作业过程的精准监测，在监测平台中以每一个播种监测节点作为智能节点，利用微控制器对传感器数据进行作业信息采集、分析、处理和故障报警，及时准确地监测智能播种各节点的具体播种情况，提高农作物播种的精准性和智能化水平。

3.3 农业机械中的人机交互技术应用

农业机械在电子信息技术的支持下突显其智能优势，尤其是在人机交互技术的应用下，农业机械操作界面更加友好和便捷，各种农业机械能够通过可视化模块了解农作物生产状况，通过相关按钮进行不同功能的可视化操作和控制，在各种感应仪器及设备的支持下传输反馈作业数据，极大地提高了农业机械的作业效率和舒适度。

以青贮收割机农业机械为例，根据青贮收割机信息化数据的实际需求，利用智能化显示终端和网络门户实施远程现场监控，通过人机交互界面对青贮收割机发出控制指令、诊断故障信息，对青贮收割机的工况信息进行实时智能存储和传输，较好地将电液控制系统集成于青贮收割机之中，实现对整机的远程在线监测、控制和诊断。

4 农业机械信息化融合发展方向

4.1 农业机械装备智能化

在电子信息技术应用于农业机械的背景下，农业机械自动化装备的设计制造日趋智能化和信息化，在先进的制造技术及工艺的应用下，实现农业机械产品模块化、数字化设计和制造，通过并行工程、虚拟制造、智能制造等技术，实现农业机械现代数字化设计，有效提高农业机械制造加工的效率和水平。

同时，农业机械装备不断进行信息化、智能化转型升级。以智能农业动力机械为例，在多源信息融合技术、人机交互技术、卫星自动导航技术、通信技术的依托下，各种农用拖拉机、大型自走式农业机械向智能化方向发展，如动力换挡、无级变速传动、四轮制动等，较好地适用于丘陵、山地等不同地形，体现出较高的安全操控性、机动性，提高作业人员的操作舒适度[6]。又如，智能化田间作业机械也日趋成熟和智能化，各种播种机、施肥机、耕整机械等农业机械利用土壤信息感知技术，精准获取现代农业机械装备参数信息，多参数感知土壤信息，根据作物密度、土壤肥力等参数控制施肥量，减少对环境的污染。

4.2 构建农业机械智慧作业系统

随着电子信息技术在农业机械应用的不断深入，可以建立统一、标准化的农业机械化作业管理系统，以互联网、大数据为支持和依托，对农业机械作业耕、种、管、收等各个阶段进行管控，利用车载GPS、摄像头和多种作业状态检测传感器，进行多机型、多时段、多地域的远程作业路径追踪定位、作业视频监控、农机生产实时监测、机车统一调度、机具、机手的信息管理等，从而形成农业机械作业大数据系统，对耕种管收全生态链信息进行感知、分析和处理。

同时，还要构建智能农业机械信息平台和农业机械数据库，包括农业机械作业离线数据库和农业机械政务信息资源库等，利用大数据分析农业机械装备的智能化作业状况，通过农场管理远程咨询系统、农场咨询系统和涉农技术中心网站等载体，向农户提供所需的信息化服务。加大对农户的科技培训，提高农户对农业机械的操作技能，加大农业技术推广和应用，提高农业机械信息平台的服务质量。在操作中践行绿色发展的理念，促进农业可持续发展。

4.3 农业机械自主作业技术研究及无人农场建设

随着电子信息技术在农业机械应用的持续深入，极大地推动了农业机械自主作业技术相关研究，包括无人农机路径规划及导航决策、自主避障、多机协同作业技术研究等，在无人农场中实现智能感知、智能导航和智能决策。利用信息化技术构建无人农场智慧管理云平台，实时精准获悉农作物土壤探测、农作物长势、病虫害等信息，并实现对农业机械装备的生产指挥调度及生产要素的全面管理。

4.4 培育农业机械复合型人才

要加快制定农业机械信息化技术标准，依托联盟、学会、协会等社会团体和组织机构，开展农业智能装备信息化技术标准、安全标准、服务标准的研究，为农业机械智能化作业提供基础支持。

要建设现代农业综合示范基地，鼓励国内外大型农业机械企业入驻，在资金、人力、物力等方面提供必要的支持。加大对农业机械复合型人才的培养，更好地推进农业机械生产的自动化、智能化发展。

5 结语

综上所述，为了促进农业建设的可持续发展，要将先进的电子信息技术应用于农业机械生产作业过程，在定位调度控制、电子通信、人机交互技术等智能化自动控制技术的支持下，能够实时在线监控农业机械作业状况数据信息，将农业生产全程处于可控范畴内，进行农业种植过程的精准控制、农业播种及收割过程的精准管控，实现农业机械的智能化、自动化调节和控制。能够利用电子信息技术进行农业机械作业过程的故障诊断和预警，提高农业机械智能化、自动化作业水平。