人工智能赋能农业机械的应用研究

杜玉华

（临朐县山旺镇农业综合服务中心，山东临朐 262617）

0 引言

人工智能是一门计算机学科的重要分支，它可以被归纳为一种具有与人类一样感知、认知和决策的智能处理能力；一种可以执行的程序或系统。随着科技的进步，人工智能在医疗、教育、金融等各个方面得到了广泛的应用，并在一定程度上促进了各个行业的快速发展。农业是人们的衣食住行之源，是人们赖以生存的根本，是国民经济的支柱，是国家稳定发展的“压舱石”。在智能农机、智能农业中，人工智能和物联网技术的应用，主要包括感知检测、机器视觉；通过大数据的处理，实现自动监控、自动修正、智能调整。其中，感应探测技术是指在农业生产过程中，通过对外部环境的感知和反馈，实现对农业生产现状的实时感知；机器视觉在农作物识别、杂草识别、病虫害识别等方面的应用；障碍物的探测和路径规划；而大数据技术在农业机械化、施肥、智能收获等方面的应用，促使农业机械和农业生产的有机结合，确保了各作业环节的高效、高质量。重点阐述人工智能技术在农业生产各个方面的应用，并结合目前面临的问题，指出了人工智能技术在农业领域的发展趋势。

1 人工智能赋能农机概述及意义

人工智能农业应用到农业耕种管收的各个环节，解决了农作物生产全程机械化耕作、病虫害精准识别与防治、智能收获等与农业生产相关的问题。

人工智能将会改变人们的生活方式、生产方式，并将其运用到农业生产中，首先要做的就是最方便、最节约成本的事情。随着人工智能技术的不断完善，芯片的运算能力已经不再局限于服务器，而是将其应用到最终的农业生产领域。

基于各种传感器的农业大数据收集、分析和应用，为精确农业生产提供了广阔的空间。以人工智能技术为基础的农机产品，可以通过机器学习实现对生产过程中的自主决策，从而使其在生产过程中实现智能控制。以人工智能为动力的农业，将会让农业机械变得更智能化，可以节省人力，降低劳动强度，节约农资；确保环境效益，其功能和特点能够为使用者创造实实在在的收益。随着营销的深入，机器销售的增长，农业生产大数据的快速积累，数据挖掘技术在智能农业中的应用将是一个新的社会价值。

2 人工智能对农业机械化的影响

2.1 降低劳动成本，促进生产效率提级增效

智能机器取代了人工操作，真正取代了传统的人工劳动，使农民的劳动得到了彻底的解放，并使他们的劳动条件得到了改善。通过自动化操作，减少了人工、时间、费用，提高了农业生产的效率。比如，自动驾驶技术可以有效地解决农业劳动力短缺的问题，从而使劳动力的相对价格下降。将智能农机应用于大数据、电脑网络等技术，实现了农业全过程机械化，实现了规模化的耕地、播种和管理。由于温度、降水量、管理效率等不确定性因素对农业生产的影响较大，在使用了智能农业机械后，这些因素将会由不确定性变为确定性，势必会增加收入，减小劳动强度，改善劳动条件，增加生产力。

2.2 优化资源利用、提升农业生产技术水平

我国是一个以农业生产为主的小农经济大国，其劳动力技术水平与世界先进国家存在着较大的差距。二元结构的变化、加速的城市化、粗放的农业生产、土地资源的匮乏、生态环境恶化的危险与矛盾仍然存在。面对粮食安全等问题，智能化农机在当前的农业生产中发挥着重要作用。智能化的大田灌溉、水肥一体化等功能，充分发挥了节水的作用。智能化农机、农业物联网、全产业链的云计算平台，利用工业部门信息化平台技术，实现了种、管、收的全过程自动化，使农业生产技术水平得到了极大的提升。合理耕作，加强后续施肥，通过防治土地退化等有效手段，有效地解决了制约我国耕地资源短缺的“瓶颈”，实现了农业生产生态化和质量提升。

2.3 促进农业经济、生态效益双提升

机械化、无人化的农机装备，有效地缓解了人地矛盾和水土流失等在我国的发展中所面临的问题，也缓解了由于人口老龄化导致农业劳动力短缺，成本增加所造成的影响。将人工智能、生物防治、绿色植保等先进科技结合在一起，实现了由量增加向量与质的转变，降低了国内主要农产品的生产成本增长的压力。优化了以高技术支持、以高质量劳动力为基础的发展模式，取代了以资源、物力为主导的发展模式，这对现代农业的经济和生态效益都有很大的推动作用。

3 人工智能在农业机械化中的应用

3.1 自动控制技术在农业机械化中的应用

目前，自动控制技术已广泛地应用于生产中，但其在农业机械化方面的应用还处在起步阶段。在农用机械设备上设置了电子显示、监控系统，使操作人员能够实时掌握农用机械的运行状况。由于作物种类的不同，对作物的生长要求也各不相同，采用自动控制技术可以实现对自然环境温度、湿度、光照的实时监测；通过对土壤状况的要求，将数据实时传输至监测系统，通过一系列的分析和研究，实现温度控制、浇水、施肥，为作物创造一个更为适宜的生长环境。通过自动控制技术，可以实现收割机等机械设备的控制，最大限度地减少谷物的损耗，提高作业的可控性和技术性。利用自动化技术，使农机摆脱了以往的限制，摆脱了单纯依靠农民的经验，使农民投入更少的劳动，提高了作物的产量。

3.2 图像识别技术在农业机械化中的应用

在农业机械化的发展中，利用计算机网络系统、摄像机、仪器设备等对自然环境的感知是实现智能化的关键。比如，在插秧机、翻土机、收割机等机器的应用中，随着机器的运动，由人工智能来监控周围的情况，从而更加准确可靠地完成作业，从根本上解决了传统农机在机械化操作中，由于没有及时避开障碍物，导致农用机械的损伤。作业时也会注意到任何一个细节，不会造成重复或疏漏的情况发生。在人工智能的帮助下，图像识别技术就像是人类的眼睛一样，可以随时收集周围的一切，然后将这些信息传输到电脑上，通过电脑进行精确的计算，下达相应的命令。另外，利用图像识别技术，可以实时监测和掌握作物的生长状况，为指导施肥、温控、灌溉提供科学依据。

3.3 虚拟技术在农业机械化中的应用

人工智能最大的优点就是可以根据实际情况进行精确的计算和仿真，以达到预测的需要，从而避免实际操作中的错误。技术人员可以将以前采集到的作物的生长情况输入到智能系统中，从而掌握作物生长的各种需要，从而为作物的生长提供更为可靠的土壤、温度、湿度和光照条件。虽然虚拟技术看上去只是一个虚拟的作物成长过程，但它可以为农民准确地把握作物的生长规律，使其在农业生产中的应用更加科学合理。另外，在农业生产中，也可以利用虚拟技术，强化农业生产的劳动强度，这样既能充分满足作物的生长需要，又能有效地利用已有的资源，从根本上减少人为因素造成的错误，从而全面地提高农产品的品质。

3.4 机器人技术在农业机械化中的应用

农业机器人技术是将图像识别、语言识别、数据信息处理等技术相结合的人工智能技术，可以在一定程度上取代农民的劳动。比如，智能播种机通过前端的检测设备，能够实时地采集到土壤的信息，并通过人工智能的优化算法，得到最佳的播种密度和路径，从而实现自动播种。农业智能机器人还可以在种植的时候，对周围的植物进行拍照，然后输入到电脑网络中，确定杂草对农作物的生长有没有影响？农作物的生长情况如何？种植的距离是否合适？农业机器人具有更好的数据处理能力，可以通过采集到的作物相关数据，来判断作物的生长情况。而农业机器人的扫描功能，则可以让农民更早地察觉到可能存在的疾病，从而制定出相应的防治措施，来减少农作物的经济损失。

4 面临的困难和建议

4.1 制造工业基础薄弱制约人工智能技术升级

农业机械智能化产业具有很强的相关性和覆盖面，其发展的力度与其基本技术的发展程度息息相关。当前，我国农业机械技术发展还处于初级阶段，农业机械与农业技术的有机衔接不够紧密，缺少关键技术，农业装备的可靠性和耐用性不够是农业装备信息化和智能化发展的主要问题，再加上我国的技术创新系统、技术研发系统与国际先进水平存在一定的距离，从而制约了人工智能技术的全面升级。

4.2 智能农机装备交互性有待提升

智能农业设备与传统农业机械设备的最大差异是交互作用。人与机智能系统相互耦合，共同进行复杂的工作，从而实现了农业生产的智能化。物联网、大数据、人工智能技术以及对智能算法的仿真、深度学习，这4个方面的提升，将会成为一个强有力的力量，共同推进和支持人工智能技术在农业领域的发展。

4.3 人工智能农业应用研究规划方面有待优化

当前，国内的智能化农机还处于初级发展时期，高智能化的农机成本高，不适合农业的实际应用。因此，农业装备智能化的农业生产、经营管理，必须将人工智能作为国家顶层设计的重点。世界上一些国家已经对智能农业机械设备进行了分类，为农业机械化的发展做了预先的规划。混合智能、跨业智能技术将会在提高智能水平上扮演越来越重要的角色，尤其是跨业智能将会在农业中得到广泛应用。

4.4 突破关键核心技术

加快“信息感知、量化决策、智能控制”的建设，做优“精准投入”的农业智能化技术系统。农业智能化的核心技术主要有：基于物联网的农业感知技术、基于大数据的农业分析技术、云计算技术以及信息技术与农业的深度融合，建设好这些关键共性核心技术装置和做优农业大数据智能分析决策系统，才能在核心技术上有所突破！

5 结语

在农业机械化方面，人工智能技术的运用，已有一定的成效。在今后的发展中，必须不断提高农机的智能化标准，以解决农机智能化的人机界面标准不统一，不能满足集中管理的需要。提出要积极推动区域协调发展，构建一个更为完善的统一标准体系，同时，在现有的基础上，进一步深化农业机械化、智能化转型的研究，完善学习算法，探索智能化技术的创新之处，构建完整的实时数据处理模型。在有条件的前提下，要加大对农机装备的研发力度，推动农机智能化的发展。从实际情况来看，智能技术、农机装备对农业生产的促进作用比较明显，但在农业生产、收获完成程度方面还比较粗糙，智能化程度还不高。科技工作者要积极借鉴先进的经验，树立绿色发展的理念，为农业发展提供持续的动力。在农业机械化方面，要适应可持续发展的需要，要充分考虑到广大农民的需要，使农机智能化管理成为可能，真正实现用智能化的技术来推动农业机械化的发展，提高农业的生产水平，开辟更大的发展空间！