农业机械与信息技术融合生长现状与偏向
作者:leyu乐鱼体育 发布时间:2021-12-16 00:13
本文摘要:2外洋农业机械与信息技术融合生长主要特点上世纪九十年月,美国、德国、日本等经济蓬勃国家的种植业和养殖业已进入高度机械化阶段,农业机械已向自动化、信息化和智能化偏向生长,在农机现代化和信息化方面拥有较好的基础和技术积淀。

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农业机械化和农业装备是转变农业生长方 式、推动农业可连续性生长的重要基础,是推进农业现代化建设的重点领域和焦点支撑。2018 年,《国务院关于加速推进农业机械 化和农机装备工业转型升级的指导意见》 做出了“农业生产已从主要依靠人力畜力转向主要依靠 机械动力并进入了机械化为主导新阶段”的重要判断,指出了“当前农业机械化和农机装备工业 生长不平衡不充实”的突出问题,明确了“推动 农机装备工业向高质量生长转型和推动农业机械 化向全程全面高质高效升级”的总体要求。《乡村振兴战略计划 (2018—2022年)》也指出, 要着力增强重点关键技术攻关,推动数字化、智 能化等先进技术与农业机械化的深度融合,显著提高农业机械有效供应能力,引领现代农业高质 高效生长。

落实上述文件精神,认真相识外洋农业机械研究与应用现状,进而找准中国农业机 械化生长的攻关目的,对于推进中国农业高质高效生长具有重要意义。当前,中国处于农业现代化建设的重要时期,对智能农机装备的需求也在连续增长。然而海内现有农业机械装备智能化水平低,与现在的自动化与高效率作业需求不符,倒霉于中国农业现代化的快速生长。

未来一段时期,我国农业装备生长面临新机缘、新需求、新挑战,农业装备制造另有辽阔的生长空间,因此,增强农机装备的智能化创新,用信息技术提升中国农业机械化水平,成为当前农业机械化生长紧迫又至关重要的任务。信息技术的主体技术包罗盘算机技术、传感技术、现代通信技术以及智能控制技术等。信息 技术的生长正推动着全球经济整体跃升和生产力的跨越式生长,助推工业链、供应链和价值链重 塑,使之焕发新的生机与活力。农业信息技术 指的是以农业科学的基本理论为基础,以农业生 产运动信息为工具,以物联网、大数据、人工智能等为代表的信息技术应用在农业生产中,最终 实现农业领域向智能化、准确化和数字化偏向发 展的方法。

当前,中国以物联网和大数据为主的农业信息技术应用生长迅速,由于中国农业机械化起步较晚,与信息化融合度还较低,与外洋蓬勃国家相比还存在差距。农业机械与信息技术融合是现代农业生长的须要手段,能够提高农业资源使用效率,保障现代农业的康健可连续生长,加速推进农业现代化的历程。2 外洋农业机械与信息技术融合生长主要特点上世纪九十年月,美国、德国、日本等经济蓬勃国家的种植业和养殖业已进入高度机械化阶段,农业机械已向自动化、信息化和智能化偏向生长,在农机现代化和信息化方面拥有较好的基础和技术积淀。

外洋农业机械与信息技术融合生长的主要特点归纳综合为以下五个方面。2.1 向数字化、自动化、信息化偏向生长近年来,数字信息化技术在全球农业领域应用程序加速,农业机械化生产与信息技术深度融合,先进的农业信息智能感知技术和智能农机发 展迅速。美国数字农业生长建设在农业生产高度专业 化、规模化、企业化的基础上,信息化技术渗透到了美国农业生产、加工、运输、销售的各个环 节,直接促成了美国“准确农业”的兴起,极大水平上提高了美国农产物的国际竞争力。

自 20 世纪 90 年月起,美国已开始应用卫星遥感等数字农业技术对大田作物举行生产全周期的监测与 治理,在 21世纪初已在大型农场中实现了“3S” 技术,即遥感 (Remote Sensing,RS) 技术、地 理信 息系统 (Geographic Information System, GIS) 和全球定位系统 (Global Positioning Sys‐ tem,GPS),网络信息服务、智能机械系统的综合应用。美国科研部门和大型农机企业已经将网络通讯、电子盘算机及卫星遥感等现代信息技术应用到大型农机具上,实现拖拉机等农机的自动避障、自主作业、路径计划等自动化、智能化农业机械作业。生产机械化辅以治理信息化,越来越多的劳动力被替代下来,农业生产效率进一步提。

德国大型农场均配有多样性的农业机械设备来满足生产需要,农场谋划者素质普遍偏高,管 理很是现代化。从德国现代农业生长的应用来看,主要集中在盘算机知识模型、杂草自动识别 以及病虫害的诊断监控等多项技术。德国政府对于农业机械化极其重视,农机企业也十分重视农业机械 的现代化生产 , 好比科乐收公司 (CLAAS Group) 拥有多条高度智能化的生产线, 这些生产线上每一道工序都可通过射频识别 (Radio Frequency Identification, RFID) 技术举行全程追溯。

随着越来越多高科技技术在农机的应用,企业设置专门的技术培训中心对驾驶操作人员的操作技术举行培训,提高了农机设备效能的发挥。日本为应对农业资源情况与劳动力短缺的逆境并提高农业竞争力,重点推进现代信息与通讯技术在家庭农场作业中的应用,实现农业生产的 自动化与智能化,逐步形成了较为成熟的适度规模谋划型精致化农业生产模式。好比,井关 农机公司 (ISEKI & CO., LTD.) 与政府团结研发了新型智能插秧机,这种插秧机可以通过传感 器确定行驶门路,即即是遇到淤泥也能自动调整 偏向。

此外,为了防止过量施肥影响作物品质, 这种插秧机可以通过土壤电导率丈量传感器检测 土壤的深度及有机质含量,从而实现插秧与变量施肥同步。为解决农户精准农业技术应用成本高、农户谋划疏散等问题,日本农业协会为农民 生产农产物举行产前、产中、产后的全程服务, 并促进精准农业技术的普及与使用。

2.2 信息技术广泛应用于农业机械设计与生产制造环节2.2.1 数字化设计智能制造的关键是数字化设计与制造。数字 化设计技术是指通过产物形貌为基础的数字化设计平台,在产物的开发和应用历程中建设以信息技术为基础的数字化盘算机产物模型,不停对开发方式连续优化,到达使设计成型的机械设备更具实用性、创新性并有效降低模型应用的一 种新型产物开发技术。

在现代数字化设计中,产物模块化设计、虚拟仿真与虚拟试验验证、知识工程技术 (Knowl‐ edge Based Engineer, KBE)、 基 于 PDM/PLM (Product Data Management/Product Lifecycle Man‐ agement) 的协同设计等相关技术在外洋已经开始应用。为提升新颖性与创新性,提高农机产物 研发效率,外洋如爱科 (AGCO)、约翰迪尔 (John Deere)、久保田 (Kubota) 等农机巨头公 司在新产物开发的差别阶段普遍接纳创新设计理论和方法,数字化设计技术也获得广泛应用。这 些农机企业的产物开发模式也从集中式转向漫衍式,特别是产物全生命周期 PDM 治理系统和基 于网络的产物形貌模型的应用,逐渐建设了以 PDM/PLM 为支撑、联合高端工程技术的优质产 品研发体系和知识积累平台。接纳现代数字化设计技术不仅提高了产物技术水平,而且缩短 了产物开发周期,降低了开发成本。

2.2.2 先进制造技术.2 先进制造技术 农业装备使用可靠性和耐用度不足是中国农业机械的单薄环节,也是中国农业装备在国际上 话语权不强的主要因素。先进制造技术在各个国家高端农机生产中的作用十分重要,是促进农机 创新能力和制造水平,加速当今世界现代农业建设程序的关键。外洋农机企业特别关注产物的使用可靠性和 耐用度 ,重点研发了农机部件的金属质料、 加工工艺以及关键部件的细密制造技术,用汽车生产加工的技术去制造农机具的部件和装备。

在 蓬勃国家农机企业车间内,高柔性的自动无人生 产线、先进的制造工业线已成为主要生产手段, 自动焊接及细密装配机械人、细密铸造等先进技 术应用广泛。先进制造技术如敏捷制造、并行技术、虚拟制造技术和智能制造技术的应用可以充 分保证制作历程的一致性,实现生产环节全程可 追溯。智能化生产线、制造模式柔性化、制造技 术的敏捷化资助提高生产制造质量、效率和宁静 性,高度智能化的制造加工系统使得员工仅仅通过利用软件法式等轻松地完成生产加工任务。

2.3 畜牧机械信息化生长迅速2.3.1 饲草生产机械蓬勃国家十分注重畜牧业的生长,饲草业的经济产值和种植面积已领先粮食作物,成为农业 领域中的最大工业。蓬勃国家的畜牧业产值占农业产值比重一般在60%以上,饲草生产机械化已经成为畜牧业工业化的重要生长偏向。

蓬勃国家饲草生产的主要环节实现了全面机械化,信息技术大量应用于饲草机械,饲草机械智能化水平不停提高,处于领先职位的主要是美 国 、 德 国 、 法 国 、意大利 、日本等蓬勃国家。图1 (a) 所示的是德国 Krone BiG X 1180自 走式青贮饲料收获机,配备了大功率发念头、宽 幅割台,集自动导航、石头和金属探测、切段长 度自和谐籽粒破碎等功效于一体,代表了青贮饲 料收获机的先进技术水平和未来生长趋势[19]。

BiG X 1180设置独立式静液压四轮驱动,独立的 车轮悬架带来了极大的灵活性;位于割台中央的传感器臂可探测两行作物之间的距离,引导机械 自动对行后沿垄前进;在割台收割器两侧设置有距离传感器,通过实时调整割台位置和运动方 向,确保割茬高度一致;在割台中央的光学传感器能丈量作物水分,凭据作物的差别含水量来自 动调整切碎长度,实现相同的压实状态下的同等青贮质量;6个喂入辊装置配备有石头和金属探 测器,遇石头或金属物时割台及喂入装置可实现自动停机,驾驶员还可以调整检测的敏捷度;装 备产量计量系统,可以获得每块地的计量和总的收获量并打印成文件。Easyload是Krone的自动 填充系统,具有基于相机的3D图像分析技术,如图1(b)所示,可利便地对与收割机一起行走的 拖车举行饲料填充,该系统允许操作员选择种种填充计谋,在未来,该系统能实现控制收割机后 向拖车的自动填充。饲草机械上信息化技术的应用减轻了传统作业方式的劳动强度,提高了 劳动生产率,是实现饲草工业现代化的基础和 保障。

2.3.2 饲料加工机械化法国 KUHN 公司是世界著名的牧草收获和饲喂搅拌农机生产商,现成为田间农业耕作机械、细密播种机、牧草机械、饲料搅拌机与植保 机械的大型综合性农机具制造商。KUHN 的 SPV系列自走式饲料搅拌机,具有取料头下降速度的电子控制及液压搅龙优化治理系统。取料头 在青贮料堆藏外貌的下降速度可以凭据所装载作物的密度举行自动调整,可以保持纤细作物的颗 粒巨细匀称。

从机械方面来看,减小了机械结构 上的应力,同时掩护液压回路以防到达压力峰 值。搅龙独立于其他机械组件,能够在到达所需 的料位时开始搅拌,因此能够保持青贮等纤细作 物的纤维度指标,同时可以存储并控制差别日粮的搅拌时间,从而降低了过分搅拌的风险。搅龙 转速和发念头转速实际上由所选的模式决议,自动搅龙转速治理能够对油耗举行全面控制。在驾 驶辅助方面,可以对功效顺序举行编程,在“饲 喂”模式下为驾驶员提供辅助。

2.3.3 犊牛饲喂机德国 Urban 公司生产的 Calfmom U40 自动犊牛饲喂机可以自动为牛犊配制、加热饲喂的牛奶,还设置了自动添加药物系统。饲喂机上装有质量传感器可以对剩余奶量举行准确称量, 可以对牛犊饮用的历程举行监测。饲喂机上先进 的饲喂治理系统可以让饲养员直观的用电脑控制 犊牛饲喂。犊牛饲喂机配备犊牛自动饲养软件管 理系统,记载每头犊牛的个体饲喂信息并举行数 据分析,还设置了电脑式操作显示终端,可利便 举行犊牛注册、检查、机械设置等操作。

饲喂治理系统具备“随意、个体、保留”三种饲喂模式,可设置八种进料曲线饲喂方案,便于针对不 同犊牛情况设置差别饲喂方案,越发贴合犊牛的 生长发育。2.4 注重资源节约和情况掩护,信息化促进农业可连续生长农业机械化与信息化的融合生长有利于促进 农业生产成本节约和生态情况掩护。现代农业生态情况问题主要指人们对自然情况的干预和农业 现代科技结果的应用带来的资源浪费和情况破 坏。传统农业机械的作业方式智能化水平低,如 施药或施肥机械多接纳不中断恒量喷药或施肥作 业模式,造成农药飘移和土壤板结的生态污染问 题,严重影响到农业的可连续生长。

上世纪八十年月以来,各个国家对资源高效 使用的现代智能农业装备愈发重视。多类型、高精度的传感器广泛应用于土壤养分探测、 变量施药的植保机械等,已经成为现代农业机械生长的主要趋势。

2.4.1 土壤养分探测精准施肥的一个基本要求是首先要取得详尽 的土壤及作物养分信息。精准土壤采样技术是获 取土壤养分信息的重要手段,主要将农田土壤进 行网格划分,以一个地段内各单元网格接纳土壤 养分测定值为依据,联合土壤供肥特性、农作物 需肥纪律和肥料田间效应,绘制农田精准施肥处 方图。

现在的精准土壤采样方法主要有土样化验和 土壤信息传感器收罗系统两种。基于土样化验的 施肥技术主要对土壤中的有机质、pH 值等举行 检测,技术人员配制出差别土壤类型的最佳施肥 模式,提升耕地综合生产能力,保障农业的可持 续生长。现在美国测土配方已笼罩了80%以上耕 地面积,已实现了全国规模内养分综合治理。

其他蓬勃国家如以色列、英国及荷兰等国也很重 视土壤化验施肥技术。由于土样化验在大面 积土地观察中的效率太低,于是外洋研发了车载 土壤电导率丈量系统。

与此同时,外洋也在研发 种种土壤养分在线实时丈量传感器。美国Veris Technologies公司的iScan+ 多参数 土壤理化性质测绘系统可以通过实地原位丈量土 壤的电导、温度和湿度值,此系统适用于精准农 业、土壤观察及土地使用计划等领域。使用 GPS定位和数据处置惩罚测绘软件,绘制出土壤理化 性质漫衍图,全面反映土壤盐碱度、土壤肥力、 根系深度、土壤表层温度等重要信息。通过土壤详细参数,相识土壤肥力信息及是否有金属 污染,为土地生产能力及产量预测提供重要依 据,与GPS信息相联合可绘制田地土壤身分空间 漫衍图,利便制定精准施肥处方图从而实现田间 的变量施肥,对提高经济效益以及淘汰情况污染 等具有重要意义。

2.4.2 变量施药变量施药技术是接纳全球导航卫星系统 (Global Navigation Satellite System, GNSS)、 GIS或实时传感器技术获取农田分块区域内病虫 草害的差异性并制定差别区域的目的施药量,然 后通过调治压力或流量巨细等差别控制方式实现 按目的施药量举行喷药作业。与传统的大面 积匀称喷施技术相比,变量喷施技术能够提高农药使用率、降低作业成本并淘汰情况污染。变量 喷雾机在外洋精准农业技术中应用逐渐成熟,是 现代植保机械的重要生长方美国、欧盟和日本等国在施药技术上联合信 息化技术可实现细密、高对靶性及定量施药,平均农药使用率在 50% 以上。

澳大利亚昆士兰 科技大学研发出一款自动除草和施肥的机械人 ——Agbot II (图 2),它身上搭载先进的机械视 觉自动识别系统,可准确分辨杂草与作物,在杂草检测和分类上的总体乐成率凌驾90%。Ag‐ bott II 接纳太阳能供电,越发有利于节能环保, 节约农民预算。

此外,Agbot II 搭载的先进传感器、软件和其他电子设备可以使机械实现自动导 航,对作物和杂草举行检测和分类,并针对差别 种别的杂草自动选择机械剪除或化学施药的方式 来准确除草。除此以外,该机械人也可以用于精 准施肥。

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在未来的版本中,该机械人还可以在执行操作时反馈有关土壤和作物的康健以及病虫害等数据信息。2.5 向控制智能化、操作自动化和驾驶舒适化偏向生长农业机械装备通过不停革新提高再创新,其 质量水平也不停提升。

农业机械上接纳高度自化的智能化辅助装置,不仅可以提高田间事情效率,节约运营成本,增强驾驶员的舒适感受,而且能提高产物在国际市场上的声誉和市场竞争力。控制智能化、操作自动化和驾驶舒适化是精 准农业智能装备生长的重要偏向。2.5.1 控制外洋著名农机企业产物大多接纳基于 ISO 11783 的 ISOBUS 农用机械串行控制和数据通信 尺度总线技术,此尺度详细划定了智能农机的控制系统网络整体架构 、 功 能 ECU (Electronic Control Unit)、 CAN (Controller Area Network) 总线通信及任务控制器结构等。

总线技术的生长 实现了农业机械控制器之间的信息共享,为农机 装备的控制智能化提供了重要基础。科乐收 公司的自动转向系统 GPS PILOT 配有集成 10.4 英寸的触摸屏和双频吸收器的 S10终端,还具有 操作自动转向系统、可控制接入 ISOBUS的机具 等功效。约翰迪尔公司的 ISOBUS TIM (拖拉机 工具治理) 系统可以同 ISOBUS设备联合控制拖 拉机自动转向。该系统为即插即用模块,可在多台机械上移植使用,也可对现有系统举行升级。

在植保机械的控制智能化方面,加拿大 NORAC 公司设计了一种能使喷杆凭据地形轮廓 自动举行调整的 UC5 喷杆控制系统。其装载的超声波传感器可对高度变化迅速做出反映,可 在庞大地形作业中保持喷杆的离地高度,使喷头维持在最佳的喷洒位置举行匀称施药,淘汰农药 在喷药历程中的漂移。UC5控制系统的识别模式有三种,划分为土壤模式、农作物模式和混淆模 式。

三种模式可随时切换来感应土壤面或农作物高度,自动举行喷杆高度调整。此外,系统包罗 主动旋转角度控制组件,使得喷雾机在变化无穷的地形上驾驶,旋转和控制中心部门也会增加两 翼的起升速度。

这个控制系统有效降低了驾驶者的事情压力和疲劳水平,当在不平坦的农园地形 上喷药时,可不用注重地形的实时变化,从而将更多精神放在喷药事情和宁静作业上,大大提高 了事情效率和作业宁静性。2.5.2 操作自动化现在,农业装备的卫星导航技术起到了作业 历程中的辅助驾驶作用,能减轻操作员疲劳,使得操作变得自动化。约翰迪尔AutoTrac自动导航 系统可以安装在种种农机装备上举行田间作业, 好比用于整地、播种、施药、收获等作物全周期 的田间作业,起到按垄作业或走直线的效果,提 高了操作便利性。

最新 StarFire6000 吸收器使用 的 SF3 卫星差分信号精度为±2.5 cm,兼容 GPS、 GLONSS (Global Navigation Satellite System) 和 北斗等全球导航系统,与载波相位差分技术 (Real-time Kinematic, RTK) 设置基站方式相 比,SF3信号不仅不需要RTK基站等基础设施的 投入,不受无线电和网络局限,而且内置地形补 偿模块,可以确保坡地作业时的准确性,特别契 合跨区作业需求。SF3卫星差分信号对作业路径 有存储功效,可实现一年内作业路径可重复。系 统对越过遮盖区域后的信号搜索能力很强,能在 通过遮盖区域后快速恢复信号状态,此外自动导 航系统还接纳多卫星跟踪来保障信号的稳定性,配合iTEC Pro转向路径计划模块,可使作业车辆 在最大转弯速度下实现最小转弯路径计划。卫星 导航技术的快速生长极大促进了现代农机装备的 操作自动化,卫星导航提供的辅助驾驶功效大大 提高了作业效率与作业质量。

经济作物收获机械采棉机的技术生长是技术 难点,约翰迪尔CP690自走式打包采棉机 (图3) 现在可实现不停机作业、边采摘边打包的功 能[36]。该采棉机接纳 ProDrive 自动换挡变速箱 和防打滑系统等来确保田间作业时稳定的前后牵 引力。

驾驶室多功效控制杆接纳模块化设计,一 触式操作即可实现棉包卸载。这种采棉机加注液 体 1次 (柴油、清洗液和润滑脂) 可以不中断工 作 12 h,1 min 内从采摘模式切换到运输模式, 辅助劳动少,实现了采棉机的一连作业,效率提 高了 20%~30%。此外,采棉机配备 RowSense 对行行走系统,能自动控制机械田间作业转向, 不仅使得行距中心线与采摘头中心线对齐,保证 采棉机准确根据播种门路行走,另有利于黄昏和 夜 间 的 对 行 采 摘 作 业 , 减轻人的疲劳强度。

CP690棉花采收机标配籽棉含水量实时动态监测 系统,湿度传感器安装在棉花打包器上,在棉花 打包历程中一连丈量籽棉的湿度,驾驶员能通过 湿度传感器采回的含水率数据实时调整轧棉效 率,有助于保证棉花打包的质量。采棉机整车智 能化、信息化水平高,监测控制系统可实现智能 控制、自动监测、故障自诊断和危险报警等诸多 功效,有效保证了棉花采收质量和作业效率。

2.5.3 驾驶舒适化外洋大型农机企业的市场营销理念在逐渐变 化,从以往通过产物推销的传统方式过渡到注重 解决客户问题的营销理念上来。注重农业装 备的驾驶舒适化已经成为外洋农机企业关注的重 点 之 一。德国菲茨曼农机公司 (Fritzmeier Group) 设计一种个性化的驾驶室需要三年左右 的时间,其中包罗一年半的宁静测试和性能试验 时间。测试项目包罗顶棚抗挤压宁静、振动舒适 性能测试等,测试期间对收罗的数据举行数据记载与分析,不停优化设计方案。

外洋的部门 拖拉机,如纽荷兰 TL-A 系列轮式拖拉机、挑战 者 MT系列履带拖拉机等驾驶室地板铺设加厚覆 盖层,驾驶室内部接纳吸音、隔热质料,能有效 隔离室外温度并降低噪音,驾驶室噪声均到达 75 dB (A) 上下,已经靠近汽车尺度。拖拉机 驾驶室大多宽敞明亮,驾驶员在事情时可拥有更 大方位的视角,带有减震器的悬挂式座椅可调整,为驾驶员提供一个宁静、舒适的作业情况。驾驶室内操作面板和操控杆匀称漫衍在驾驶员的两侧,利用设置越发合理,使驾驶员可凭据差别 体型及驾驶习惯调治位置。除踏板外,驾驶员两侧有多功效利用杆、水杯座及折叠式副座等,副 座多有宁静防护装置等。

3 中国农业机械化生长现状3.1 农业机械化生长取得显著成效革新开放以来,国家部署实施大量农业装备科技创新项目,中国农业机械化水平岂论从机械 装备数量上还是农机装备技术上都出现稳步提高 的趋势。中国已成为世界第一农机生产和使用大 国,实现了从主要依靠人力、畜力到主要依靠机械动力的农业生产方式转变,也正处于从传统农 业到现代农业转变的关键时期。

从整体上来看, 中国的农业机械化已经获得了长足生长,农业机 械化产物出现多元化生长趋势。3.1.1 中国农业机械数量和农机作业面积大幅提高中国已成为世界农机大国,农机工业产值世 界第一,农机使用量世界第一[17]。

2018 年,中 国农业机械总动力到达 100,371.7 万千瓦,在国 家中央农机补助政策的进一步促进下,2019年, 中国农业机械总动力有小幅增加,至 102,708 万 千瓦[39]。2019 年,农业农村部加速推进农机化 转型升级事情,全国农作物耕作收综合机械化率 凌驾 70%,提前一年实现“十三五”目的。

当 前,三大粮食作物——小麦、水稻、玉米的耕作 收基本实现机械化作业,其综合机械化率均已超 过 80% [40]。全国农机装备结构连续改善,农业 机械在集成技术、节本增效、推动规模谋划方面 的重要作用充实显现,强力支撑了主要农产物的 有效供应。

3.1.2 农机作业服务组织数量不停增长2018年底,全国已有300多个示范县率先基 本实现农业生产全程机械化[41]。在此基础上, 各种新型主体不停涌现,服务模式不停创新,农 机互助社生长迅速,数量不停增加[42]。2018 年 中国农机作业服务组织到达18.7万个,其中农机 互助社 7万个,全年重要农时农机服务面积累计 凌驾 400,000 khm2 (60 亿亩),促进了小农生产 和现代农业生长有机衔接[43]。全社会对农业机 械化的认识不停提高[44] ,“农业的基础出路在于 机械化”已成为全社会的共识。

3.1.3 主要农作物单薄环节机械化快速推进取 得了显著成效种植和收获机械化是中国农作物生产中突出 的单薄环节,如水稻的插秧、抛栽和直播环节、玉米的籽粒直收和马铃薯的收获破损率高、棉花 机采损失率偏高等。“主要农作物生产全程机械 化推举行动”实施以来,企业、高校、科研院所 等都在不停加大单薄环节机械化新技术和新机具 的研发力度,努力探索主要农作物的机械化生产 模式,取得了显著成效[45]。

水稻机械化播种和 插秧种植面积连续提高,东北地域和江苏水稻种 植基本实现机械化;玉米柔性揉搓式脱粒机理和 关键脱粒机构研发进度加速,籽粒直收试验示范 开始起步;马铃薯的改良团结收获机械稳步推 进,主产区各单项环节机械化作业已经具备较高 水平;棉花生产全程机械化水平加速提升,采棉 机摘锭生产等关键技术、制造工艺取得突破,一 批国产采棉机开始批量生产,适宜全程机械化生 产的机采棉模式逐步成熟并获得较快推广。3.1.4 农机农艺融合增强,适应机械化的良种、 良法加速应用农机农艺的融合主要是为了缔造高效的农业 机械化作业体系,通过农艺指导农机生长偏向, 再由农机作业实现农艺的相关要求。近年来,各 级农业治理部门增强对农机农艺联合事情的实 施,不仅强化了农业机械对于农艺的革新,还要 求农艺技术向着尺度化、科学化偏向生长,有效 促进了农机与农艺技术相互推动的协调生长[47] , 既确保了农业耕作制度与农业机械相匹配,又确 保了农业机械满足农艺技术的种植和收获要求。

以中国棉花主产地新疆地域为例,基于棉花 主产区的气候土壤特点,实现高效机械化生产为 目的,新疆建设了特色鲜明的棉花生产全程机械 化技术体系,突破了棉花生产全程机械化农机农 艺融合关键技术。如图 4 所示,研发出耕整地、 精量播种、高效喷药、机械采收等关键技术装 备,自主开发了种床整备、立体喷施植保、高效 籽棉贮运等农艺技术措施。农艺与农机的深度融 合,形成了特色鲜明的棉花生产全程机械化技术 体系,显著提升了棉花生产水平。

该技术体系在 新疆应用面积凌驾了80%,动员了中国棉花生产 整体水平进一步提升。3.1.5 农机科技创新加速,高效、精准、节能型智 能装备研发制造取得一定希望进入新世纪以来,海内科研院所、高校和一 些企业密切跟踪外洋智能农机装备的生长趋 势[48] ,在智能农业动力机械、智能装备控制与 导航技术、农机装备智能化设计与验证关键技 术、农机智能作业治理关键技术等环节举行了专 门的研究事情[49] ,形成一批较为成熟的技术和 产物,并通过关键技术的集成和示范应用取得了 一定的成效。部门技术迭代成熟实现应用,投入 农业生产,提高了机械化作业质量和事情效率。

例如广州中海达卫星导航技术股份有限公司农机 智能终端接纳一体化设计,接纳其独占的 Smart Heading 等多项专利技术,可以显示驾驶数据并 实现对农机驾驶的操控,用户界面具有作业数据 显示、导航模式调整等功效[34]。相比起蓬勃国家,海内现在尚缺乏成熟的产 品,虽然海内学者一直在举行智能农机装备的研 究开发,但精度、可靠性、多情况下的适应性较 差等问题使得海内离大面积推广使用另有差距。3.1.6 农业机械装备信息化技术取得努力希望, 实现了农机作业实时远程监控、轨迹存 储、车辆档案治理等功效通过多农机作业情况的实时监控与记载,及 时获得农业大数据,建设农情数据库。天津、吉 林等地建设了深松作业监测系统,对农业生产环 节机械化作业的实时监控,使用全球卫星定位技 术、盘算机网络技术、物联网技术与服务平台,实现对农机具作业质量羁系与跨区作业调理[48]。

黑龙江七星、红星等农场陆续建设了农机作业管 理信息系统,实现了远程的农机作业路径跟踪定 位、农机作业视频监控、机车统一调理指挥、机 车维护与调养和网络视频集会等。3.2 科技创新在促进区域农业机械化高质、高效生长的作用突显近年来,中国农机农机作业质量快速提升。针对各地作物种植类型和农机需求类型的差别, 海内农机企业不停推进农机装备创新,研发适合 差别地域农业和农民需要,先进适用的各种农 机。

农机和农艺融合、系统化研究、全程机械化 的创新理念逐步被广泛接受。以中国新疆地域棉花生产全程机械化技术为 例。

1979年,新疆石河子垦区棉花种植引进了地 膜笼罩技术,通过与不铺地膜种植试验对比,棉 花可以增产35%。虽然地膜种植模式大幅提高了 增产效益的,但人事情业效率低的问题导致地膜 种植模式难以大面积推广,亟须研发先进适用的 地膜植棉机械。通过铺膜播种机的创新研发,实 现了从结果到产物的转化,系列产物迅速获得 推广应用,新疆兵团皮棉平均单产由 1982 年的 579 kg/hm² 生长到 1994 年的 1230 kg/hm²。20 世 纪 90 年月后期,在棉花地膜种植的基础上,新 疆生产建设兵团提出了基于机采棉条件下,植棉 全程水肥调控的膜下滴灌、精量播种栽培新农 艺[14] ,为此研发了一次作业即能完成种床整理、 铺管铺膜、精量播种、种孔覆土等 8道工序的新 机具,到达了播量准确、播深一致、株距匀称、 适应机采和高密度的农艺技术要求[50]。

2003年, 机具通过省部级科研结果判定,整体到达了国际 先进水平。棉花膜下滴灌精量播种技术与装备在 新疆全面推广,皮棉平均单产进一步生长到2014 年的2335.5 kg/hm²。近年来,新疆以机械化采收为主线,集成种 子处置惩罚、种床整备、精量播种、脱叶催熟、机械 收获和储运加工等关键技术,建设棉花生产全程机械化技术体系,实现规模化推广应用。

新疆兵 团农业生产机械化与信息化相联合,特别是在棉 花生产各个环节中实施以“精致耕整地、精准播 种、精准施肥、精准浇灌、精准田间生态监测、 精致收获”为主要技术内容的精准作业系统,提 高自动化与智能化作业水平、作业质量和劳动生产 率,实现棉花生产的提质增效。2018年,全国棉花 种植面积5028.5万hm²,其中新疆3737万hm²,占 全国比例到达 74.3%,讲明新疆已成为中国最大 的优质棉生产基地。

3.3 农业机械与信息技术融合不足中国农业机械化生长虽然取得了显著进步, 但国家实施乡村振兴战略,推进农业农村现代 化,对农业机械化提出了新的更高条理的要求。综合分析,中国农业机械化和农机装备工业生长 还不平衡、不充实,一些深条理的矛盾和问题亟 待解决[51] ,智能化与信息化水平还很低,与发 达国家相比还存在显着差距。主要体现在以下四方面。

一是农机信息化融合的区域及结构生长不平 衡。差别于外洋农机蓬勃的国家,中国地域辽 阔,农业生产区域庞大多样,地理情况差异、农 作物种类的多样性及种植模式的差异决议了对农 业机械装备需求的多样性。

好比,许多丘陵地域 受阵势形貌的影响,很难举行规模化的机械生产 与收罗,农业信息化的生长缺乏须要条件,导致全国农机信息化生长泛起区域不协调的情况。整 体体现为,农业机械信息化水平西部地域落伍于 东部地域,山地丘陵地域落伍于平原生产地域; 作物种植业的农机信息化水平较高,而畜牧业、 渔业、农产物初加工的设施农业信息化水平较 低;小马力中低端机具多,大马力高端智能化农 机少;单一功效作业技术多,集成配套的机具作 业技术较少;小规模自用型农机户较多,大规模 专业化服务组织较少。二是企业和农民对农业机械信息化的认可度 还不高。

现在中国农民劳作方式主要以家庭为单 位,农业生产模式仍以家庭联产承包责任制为 主,类似于外洋大农场的生产模式仍处于生长阶 段,导致现在中国高度自动化、信息化的农业机 械设备无用武之地。由于许多农机企业和部门地 区农业治理者过分追求眼前效益,对农业机械信 息化所带来的久远生长认识不到位,没有认识到 中国农机走“智能化、信息化”的生长门路是中 国农机生长的未来趋势,忽视了信息技术的应用 可以大幅提高传统农机作业效率的庞大优势,种 种原因导致价钱更高的信息化农机设备现在在我 国普及率不高。

三是基础研究与关键技术研究单薄,农机信 息化水平含量低。海内缺乏对农业机械化领域长 期系统的研究与技术集成,关键技术与智能机具 不足[52] ,尚未形成完善的以信息技术为基础的 全程机械化技术模式和高度智能化的机械设置系 统。

中国农机恒久依靠引进、消化、吸收外洋农 机技术,导致焦点技术匮乏且缺乏基础技术研究 和自主创新技术能力。特别是高端机具配套的液 压驱动系统、总线及控制系统严重依赖入口,国 产高端信息化农机产物可靠性较低,产物故障率 高,平均无故障时间均低于蓬勃国家;作业效果 难以保障,漏播、漏药、粮食收获损失大;宁静 环保性能差,产物服务体系不完善,这些因素导致智能化农机不能实现大面积恒久稳定的田间作 业。此外,农业信息化专业的技术人员的欠缺、 企业创新能力不足也是生长信息技术与农业机械化联合生长的重要阻力,导致中国农业机械与信 息化的融合难以短时间内快速推进。

四是农机作业信息系统治理水平不高且缺乏 统一尺度,各地无法实现数据共享与多地域的联 地无法实现数据共享与多地域的联 合统一调理。近年来,海内的农机信息化治理与 远程调理生长虽然取得了显着进步,可是依然存 在治理体制不完善、信息平台建设缺乏统一指导 与计划、缺少政府宏观治理等问题[53]。各地域 自行建设或引进的信息系统平台各有特色,难以 实现数据共享和多地的团结调理,不能大规模应用与推广;智能农机装备与信息治理平台的网络 通讯和信息接口尺度不统一,没有实现接口、功效和界面的尺度化,可移植性和系统兼容性差, 导致农机装备与信息系统平台的协同性也较差。

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4 中国农业机械与信息技术融合生长偏向4.1 促进智能感知技术生长与导航技术研究现代农业机械装有大量用来感知作业情况和 机具自己作业状态信息的传感器。传感器收罗的信息对于机具田间作业的质量极为重要。

智能感 知信息是智能农业装备精准作业的关键,对于如何提高智能感知技术的精准度、可靠性和实时性 问题是亟待解决的难题。围绕农业精致生产需求,开发基于先进传感 器、物联网技术及智能决议等智能感知技术,开展监测土壤温湿度、耕作阻力及有机质含量、作 物详细养分信息的高精度检测收罗技术研究,同时研发对作物长势、农田病虫草害等的作物信息 感知传感器,形成基于农作物生产历程监测的精致生产调控系统;开发基于信息传感控制的耕整 深度可调、精准播种、精量施肥与施药的精准耕整地与植保控制体系,提高植保作业的自动化和 智能化水平,奠基农机作业与先进农艺技术协调融合的理论基础。现在农机卫星导航系统的生长相对成熟,可 提供全天时、全气候条件下的位置导航信息,但农机作业情况庞大,磁场、极端天气和庞大地形 都市造成导航信号差别水平的丢失,所以开发多 信息融合的导航系统是提高智能农机不中断作业 稳定性的关键。

生长集 GNSS、惯性导航系统 (Inertial Navigation System,INS) 和机械视觉导 航系统融合的高端导航系统是推进未来无人农机 庞大场景作业的重点。4.2 向农业机械装备智能化偏向推进推进以信息技术为基础的智能化、自动化农 机装备的设计制造,实现信息化和智能化农机装 备升级,适应现代农业生长对先进适用农业机械 的要求,来提高中国现代农业装备有效供应能力 和国际竞争力。一是推进智能化、自动化农机装备的设计制造。

全面提升农机信息化设计水平,推行产物模 块化设计、知识工程技术为基础的现代数字化设计;建设先进的产物试验检测平台,缩短新产物 研发周期,降低企业的研发用度、试制用度和田间测试用度,从而有效提高农机产物的质量;要 构建以产物设计、细密制造、面向差别销售工具和服务等环节的现代工业信息平台;接纳先进的 制造技术和工艺,推行并行工程、虚拟制造、智能制造等先进制造技术,提高加工效率,提高现 代智能农机的零部件和整机的细密制造水平。二是对智能农业装备举行信息化、智能化升级。

首先是智能农业动力机械。使用多源信息融合技术、卫星自动导航技术、盘算机总线通信技术、人机工程技术等来提高农用拖拉机、大型自走式农业机械的操控性、灵活性和人员作业舒适性[54]。开发拖拉机的动力换档和无级变速箱、 电子控制分置式液压悬挂、电液提升器与悬浮式转向驱动桥等技术,研制全动力换档、无级变速 传动、四轮制动等系列大型拖拉机,为现代农业多样化生产提供绿色高效动力。

特别是丘陵地域的农业机械生长要注重机具的地形适应能力,研发具有地面仿形功效的主动悬架,提高机具在山地作业的宁静性。其次是智能化田间作业机械,开展现代农业装备参数信息获取与控制智能一体化,包罗提升耕整地机械、播种机、施肥机、收 获机械等作业机械的智能化。精准农业的智能化田间作业装备能大幅提高化肥和农药的使用率, 好比耕整机械装备可以联合土壤信息感知技术,在耕整地阶段举行全方位、多参数地感知土壤信 息,建设土壤信息处方图;变量喷雾性能提高农药使用率,淘汰污染,掩护生态情况;智能化施 肥机械可以在施肥历程中凭据作物密度、土壤肥力等参数控制施肥量,提高肥料使用率4.3 构建农机智慧作业系统现在海内各地域的农机作业信息治理系统庞大多样,无法实现数据共享与多地的团结统一调理。对各地域信息治理平台与智能农机装备的接口举行尺度化统一,增强监控终端和操作系统的可移植性,统筹计划建设全国统一的农业机械化作业治理系统。

运用“互联网+”平台,围绕农机作业耕、种、管、收等焦点环节,通过车载GPS、摄像头和多种作业状态检测传感器,实现多机型、多时段、多地域的远程作业路径跟踪定位,作业视频监控、农机农业生产情况等的实时监测,机车统一指挥调理、机具信息治理、机手治理等。尺度化农机作业信息治理系统的大面积推广,使得各地农机部门接纳信息化手段快速科学地对农业机具举行调理,有效促进了闲置农机的应用,由此提高农机使用率,降低农业机械化的运营成本。

通过农机作业大数据系统,将农机和农艺融合起来形成耕作管收全生态链的信息感知大数据系统,满足现代农业康健、绿色、精准和高效的需求。此外,推行建设农业机具数据库、农机作业 离线数据库和农机政务信息资源库,生成农业装备作业处方图来指导农机装备举行智能化作业, 为农业机械化大数据分析使用做好准备。建设农场治理远程咨询系统、农场咨询系统和涉农技术 中心网站等能为农民获取信息服务提供重要载体,提高农民技术水平和信息选择能力。

4.4 推进农机自主作业技术研究与无人农 场建设无人农场是新一代信息技术、智能装备技术 与先进农艺深度融合的产物,也是未来农场的发 展偏向。现在搭载卫星导航系统的辅助驾驶农业 装备是现代农业装备的主流,随着农业信息化和 智能化的生长,开展对无人农机路径计划及导航 决议、自主避障、多机协同作业技术的研究是未 来无人农机自主作业的关键。无人农场的关键技术在于智能感知、智能导航与智能决议等方面。

农业装备的作业情况是庞大的非结构化情况,农机自主作业对装备的信息感知系统、控制系统、无线通讯系统有更高的要求。设计联合农机自身传感器对作业情况信息举行路径计划的算法,解决导航决议的鲁棒性和抗滋扰性,开发多机协同作业任务分配算法,为农机的自主作业奠基技术基础。使用卫星遥感、无人机照相、车载多功效传感器等技术实现作物土壤探测、农作物长势与病虫害等信息的实时动态监测。

依托无人农场智慧治理云平台,通过信息化手段,实现农业机械装备的生产指挥调理和生产要素的全面治理。农业生产和治理的全程无人化,能大大提高劳动生产效率,改善人力劳作的农业模式。

4.5 增强农机信息化技术尺度制定与复合 型人才造就为加速信息化技术在农业机械上的应用,建议依托同盟、学/协会等团体和组织,建设对农业智能装备领域常用术语和技术尺度、宁静尺度服务尺度等相关尺度体系;对农机装备上的智能监控终端、编写数据接口规范、无线通讯协议等农机装备的共性通用技术尺度,优先集中公布实施。鼎力大举建设现代农业综合示范基地,多勉励海内外大型农机企业入驻,对农机信息化工业链中 关键技术的研发给予资金支持,促举行业的快速技术革新。增强对农业机械治理人员的培训和专业技术指导,可以有效地加速农业机械信息化的建设,重点造就适合农业机械化信息建设的专业 性人才,从而全面促进农业机械化生产的自动化和智能化水平。

5 总 结蓬勃国家的农业现代化历程都陪同着农业机 械化的快速生长,从农业机械化开始实行到基本 实现农业现代化要履历 20~30 年的时间。目 前蓬勃国家的农机产物需求向着成套化、自动化 和精准智能化偏向生长。

中国农业机械化生长已经出现出农作物单薄 环节机械化快速推进、农机农艺快速融合、智能 装备研发稳步推进及农业机械信息化生长等新的 特点,但与蓬勃国家的生长相比,海内农机的技 术性、效率性、连续性等方面没有到达现代农业 生长的需要,农业机械与信息技术融合不足,总 体仍存在一些不平衡、不充实的问题。中国地形地貌庞大,种植结构多样,农业人 口众多,现在的农业生长偏向是既要精致化耕作保证粮食宁静,又要借助高效农机降低农业成本。信息技术作为现代农业生长的新动力,对转 变农业机械化生长方式有重要推行动用。

农业机械与信息技术融合是以后中国现代化农业建设和 生长的重点,中国应不停提高农业机械信息化生长的能力和水平,促进农业机械与信息技术 的进一步融合,推进农业机械化和农机装备工业转型升级,将其作为推进农业农村现代化建设的 重要内容。通过农业机械与信息技术的高度融合,形陋习模化、集约化的生产模式,使信息化 成为推动农业机械效益增长的重要手段,推进农业增产、农民增收。作者:陈学庚、温浩军、张伟荣、潘佛雏、赵 岩泉源:智慧农业接待大家在评论区交流分享更多精彩资讯,请连续关注数字农业分会官方账号。


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