基于信息化的农机设备智能监测与农机故障预警系统应用

穆宝鑫

本文详细叙述了信息化的农机设备智能监测与故障预警系统在新时代农业所起的作用。指出在减少费用支出、提升作业质量，从而实现农业现代化发展。着重介绍了农机智能监测技术与应用和农机故障系统研究，向人们揭示了农业机械未来的发展方向，更好的为现代化农业服务。

一、智能远程监测技术在农机设备中的作用

在符合农业生产基本要求的前提下，我国的农业机械应当朝着科技化、信息化的趋势发展，目的是解决以往国内农业机械出现种类不足和科技水平不高的问题。当前由于国内农业科技的不断进步，农业机械的信息化发展趋势是大势所趋。

1、减少费用支出

信息化时代下，农机作业的信息化设备应用，能够实现对农机设备作业情况的监测，实现远程的作业面积监控，从而减少人工支出，节省资金投入。智能设备相对于人工对故障感知更精准更及时，避免了由于生产设备的问题而耽误相关作业。

2、提升作业质量

通过科学合理的技术应用，实现农机设备的高效测量，不仅能够避免农机造假行为，还能够提升农机设备工作的水平。深耕作业是农机设备重要的工作内容之一，一般情况下，深耕作业深度标准要求为 25cm-50cm左右，个别地区深度标准不同，有效深度误差较小。通过深松监控探头能够对深松铲入地下后的地面深松机架距离进行检测，保證深松铲土作业的深度，提升深松作业整体质量。通过农机信息化设备检测与故障预警系统，能够实现农机作业亩数的监测，有效防止出现重复作业的情况，例如农机深松作业过程中，如果2次深松作业间距<60cm，则视为重复作业。故而，需要保证深松机作业间距≥60cm，作业亩数不重叠，保证作业亩数的真实性，为作业质量提供支撑。

3、实现农业现代化发展

（1）农业现代化离不开机械，而机械现代化无疑是农业现代化的一部分。那么，农业机械设备信息化，相关技术就必须得到相应的发展。近些年来，特别在大型农机上，农机的信息化得到了长足的发展。在“智慧”农机的助力下，农业生产向着节本增效转型升级。国家也出台了相关政策和惠农措施，给予了一定的经济补偿，这无疑为促进这项事业赋予了进步的能量。

（2）农机设备的使用水平在一定程度上能够代表一个地区的农业发展程度，先进的耕作技术能够通过免耕或者少耕的方式进行播种。作为耕种基本技术之一的机械化深松，有效的提升了土壤的疏松度、蓄水、保水能力，增强了土壤的抗旱防涝能力，农机信息化监测技术有效的保证了土地深松作业质量，推动了我国农耕技术的发展与实施。信息化监测与故障控制系统使得当下农业机械化与信息化高速融合，智慧化农机设备与技术是未来农业现代化发展的趋势，促进机械化农机设备智能监测与故障预警系统的应用推广，提升农业现代化作业对智能监测技术的认识，为推广现代化农业发展提供丰富的借鉴经验。

（3）多种形式适度经营，培育新型农业主体，健全农机服务体系，转变服务主体。现代农业发展是一项系统工程，支撑现代农业产业发展。随着乡村振兴战略的实施，应做强、做大培育新型农业主体，开展规模经营，建立健全农村农业全方位发展，形成多环节、全链条的区域化生产托管模式，承载农机生产经营方式，实现耕、播、种、防、收与现代农业发展衔接，联收联种，深耕深松、秸秆粉碎还田增强土壤蓄水保墒能力，培肥地力，统一播种、统一灌溉、统一施肥、统一机械化作业，实现农业机械化全面升级，推动现代化农业发展，促进农业实现“特”“优”转型，提高农业生产效率。

（4）强化农业科技支撑。农业科技实现了农业稳产增收、提质增效。随着农机领域的巨大变革以及农业生产成本的不断提升，农民从农具改良到农业机械信息化应用，很多大型农机安装了北斗导航系统，实现了无人驾驶、定位操作和数字化管控等重要作用。例如：智能农机无人驾驶、高效精准智能飞防、农产品快速溯源及监管、信息化和无人化的插秧和收割等，通过适配各种机型、多种场景，在农业机械上安装传感器，对无人化农场耕种管收生产环节全覆盖，机库田间转移作业全自动，自动避障异况停车保安全，作物生产过程实时全面监控，实现了对农作物的倒伏和生长不规则性进行调整，大大减少了人力成本，使农业生产经营规模化有了质的飞跃。

二、农机智能监测技术与应用

1、农机智能监测技术在无人化农场中的应用

无人农场即“无人化”，它能对机械设施进行智能控制，在农机技术信息化发展的当下，卫星定位技术与农机设备进行深度融合，为农机设备提供了导航、监测等功能。通过卫星定位技术能够使得卫星系统实现各区域内的农机设备定位，实现全时段、全区域的利用，利用导航技术规划农机设备以科学路线进行行使工作。在此领域，我国自主研发的北斗卫星导航系统在农业生产中能够提供全天候、高精度的卫星服务。农业智能监测技术中，结合差分基站可进一步降低农机轨迹与定位误差，提升卫星数据首发率，降低数据传输延迟，使农机设备作业中获取良好的位置监测。实现无人化生产作业，农户依靠物联网、云计算、人工智能等高新技术，对作物、土地等数据进行统计、分析，实现农机自动无人驾驶，农户很少进入田间。

2、北斗导航与卫星定位技术

在信息化、信息化发展的当下，传统的农业科技发展进入了信息化时代，以北斗卫星定位技术为例，我国北斗农机自动导航系统作为高科技农业装备，获得广泛的应用，其采用北斗卫星定位技术与地面控制结合的方式，对农机设备进行自动导航。

（1）GNSS的应用

①农业机械化、信息化发展可以降低劳动力成本，缓解劳动力不足问题，提升作业质量。随着各地深化“北斗+农业”领域应用，基于北斗的信息化农机设备市场将快速发展，信息化农机设备在田地里有序地整地、翻地、播种、施肥、插秧、收割，将成为新的田园风景。农业生产信息化、数字化、信息化已是新时期下农机化的代名词，“高精度北斗卫星在智慧农机的应用”、“植保无人飞机绿色安全施药技术”，将推进智能农机与智慧农业、云农场建设融合发展。

②信息化农机设备中，GNSS高精度定位天线起到了关键性作用。它与农机定位定向终端结合，可以实时获取农机作业车辆运行的高精度位置信息，精确定位农机位置、航向，确保耕地、播种、喷洒和收割等生产环节实现厘米级精度，助推农业增效，提升单位面积产量，实现农机自动驾驶作业。

（2）信号处理。系统对接收到的北斗卫星信号进行处理，计算车辆的当前位置、行驶方向、速度等信息。

（3）路径规划。系统将根据用户设置的操作范围和地形条件自动规划最佳路径。

（4）命令发布。系统将向车辆控制器发布计划路径信息。

（5）车辆控制。车辆控制器根据接收到的指令控制车辆的自动导航，完成相应的任务。

3、卫星技术特点

（1）高精度定位。北斗卫星系统的定位精度在10米左右，可以满足农业机械自动导航的要求。

（2）自动控制。北斗农机自动导航系统可以自动控制车辆的运动，提高作业效率。

（3）路径规划。系统可以根据地形信息自动规划最佳路径，减少工作成本和时间。

（4）智能感知。系统能够感知工作范围内的障碍物和地形信息，确保作业安全。

在应用上，北斗农业机械自动导航系统已在全国范围内得到广泛应用，特别是在田间作物的种植和收割中，自动导航系统发挥了重要作用。在作物种植过程中，该系统可以完成挖沟、施肥、播种等任务；在作物收割过程中，系统可以完成收割、割草和捆扎等任务。此外，该系统还可以应用于果园管理、草原维护和森林监测等领域。

4、远程管控平台技术

信息化时代，农机设备监管与相关数据管理是农业信息化、信息化发展的重要支撑，远程管控平台则是人與机器交互的重要途径与窗口，通过5G网络、信息通讯技术等手段进行数据传输，利用WAN、LAN与WLAN等方式，实现远距离的农机智能数据监测与利用。经过信息数据的远程获取，对农业生产方案等流程进行辅助性决策，此外，通过远程管控平台，实现农业生产管理，了解生产进度与农机状态，并开展动态调整，提升农业生产水平。在应用方面，农机设备远程管控能够及时的发现农机设备的异常情况，能够进行以下方面的应用：

（1）农机设备远程监控报警。依托于农机设备智能系统，能够实现农机的远程监控与预警，及时发现农机设备异常状态，例如，在农机设备发生故障时，远程监控系统能够自动监测并发出警报，及时提醒操作人员进行维修处理。

（2）农机设备远程监控控制。通过农机设备的远程控制系统，能够对农机设备工作状态进行控制，例如，需要农机设备工作时，可通过控制系统对农机设备实现远程的控制，进行自动化运行。

（3）农机设备远程监控数据分析。通过农机设备远程数据分析，对农机设备运行实际情况进行分析，发现其异常情况，例如，通过分析系统对农机机械形式历程与形式实践进行分析，方便操作人员进行维护保养。

5、传感器技术

农机设备智能系统中，传感器技术能够帮助农机设备对外部环境与内部状态进行准确感知，通过传感器技术能够准确地了解农机设备的作业环境、设备工作状况，并对重要部件与数据进行监测，对相关物理量进行准确测量，根据农机相关数据进行整合，并通过电信号传输。农机智能监测种类较多，应用较多的传感器可分为转速传感器、扭矩传感器、角度传感器、位置传感器等。在功能不同的传感器与农机设备结合应用下，可实现农机设备内外数据获取，实现对农机设备工作的高水平管控。

6、数据处理技术

在农机设备信息化水平逐渐提升的当下，卫星定位、传感器等技术应用在农机设备中越发广泛，我国农业设备应用发展具备了一定的数字化控制特征，为了提升农机设备应用控制的水平，需要对数据进行筛选与处理。由于实时数据种类与形式较多，需要在复杂的数据中对数据进行采集、储存与检索，提升数据的价值，利用数据处理技术解决现实问题。此外，数据处理效率将会对农机设备应用性能产生重要影响，通常情况下，数据需要通过采集、转换、分组、计算、判断与储存等流程，在短时间内高效的获取数据，是农机数字化、信息化控制的关键。在应用方面，可通过信息化的数据处理技术，及时感知农机设备内部的异常信息，并快速进行维修，提升农机生产效率。

三、农机故障预警系统功能应用

农业机械设备的应用满足了农业生产需求。现代化和信息化农业发展环境下，农业机械设备故障预警系统通过采集、数据处理、预警提示等作用来实现农业现代化生产，信息化农机设备使农业生产更上一个台阶，通过传感器、高效工业物联网技术的使用，使传统农机能监测农机作业状态、生产数据，利用远程设备管理和监控农机工作状态、报警信息，维修工作调派更有针对性，减少资源浪费和时间消耗，实现农业精准化生产和管理，为农业生产节省时间成本。此外，农机故障预警系统还能统一在线监控不同地点的数据，实现即可掌握农机设备运行状态，对故障预警及远程故障诊断及维护，结合故障地点、位置、时间、服务日志，以及作物的高度、种植密度、生产环境，随时调整耕、收方案，保证农业生产顺利，以及机械的稳定性和安全性。

1、采集功能

以联合收割机为例，该机械是农业机械中核心的设备，在联合收割田间作业的复杂环境中，容易出现操作不当和其它故障，若不及时处理，会造成停机和收割效率低等农业损失。利用GPS定位技术和传感器技术，与传统传动、电气、液压系统融合，对设备位置、行驶轨迹进行数据采集工作，精准划分和管理作业区域，提高生产效率和管理水平。这是农机故障预警系统的基础，它能读取采集传感器、转速仪、温度计、压力计、流量计上的数字参数信息和农业机械的状态信息（油温、水温、气压），获取农田周边空气温度、湿度等环境信息，通过无线网络和智能化控制系统传输实现农机故障预警，确定故障点，提醒农机操作人员检修和维护，并判断农机故障原因，提出修复措施，大大提高农机维护管理效率与应用水平，避免因农机盲修和试错耽误农忙时节的作物收获工作。

2、数据处理

数据处理是农机故障预警系统的核心，但在各个机械作业过程中，是无法频繁地停止作业的，而且，机械电力、液压、电气结构复杂，内部故障也是无法用眼判定和外观观察实现的，必须通过数据处理来监测各个部位的状态。基于此，它能融合机械状态信息，通过一系列数据处理映射机械作业过程中转速、振动监测、液压数据参数的正常性，以此提取不同状态下的数据判断作业状态，预测故障风险，并准确定位故障类型和程度，为监测故障、维护处理提供科学指导意见和决策。通过物联网技术和大数据处理，还能够智能调度农机作业，制定最佳作业方案，提高农作物产量，提供农业作业效率。

3、预警提示功能

即向用户预警提示故障风险。农业生产中，在农机上安装传感器，农机行驶速度、油耗、气温、湿度、土壤温度等参数会被监测，若设备数据或状态有异常情况，预警系统会自动向操作人员发出报警提示信息，以便运维人员结合设备数据及特性，远程诊断和调参，快速定位解决故障，为春耕、机收等农业生产赢得时间。此外，预警功能还可以选取收割机作业过程中易出故障的部位，例如：割台搅龙、输送槽、切流滚筒、纵流滚筒、输粮搅龙、发动机，实时接收并发送诊断数据，实现农机作业实时监测。

综上所述，科技信息化技术的应用在农业机械和农业生产中发挥着重要作用，是新时期下提高农业生产效率，提升作物产量和质量的必备工具之一，但随着农机使用量的逐渐增加，随之而来的机械故障，将影响农田作业的进度。建立和完善农业机械故障预警系统，可以帮助农民实现精准化生产管理，对农业信息化生产起到了至关重要的作用，进而提高了经济效益和社会效益。

（作者单位：266700 山东省平度市蓼兰镇便民服务中心）