农业机械自动化控制技术在现代农业生产中的应用_温永涛.pdf

722023 年 3 月下Agricultural Machinery and Agronomy农机与农艺农业机械自动化控制技术在现代农业生产中的应用温永涛（河南技师学院，河南 郑州 450007）摘要：农业机械自动化控制技术是指将控制论、系统工程、计算机技术、电子学、液压气压技术等广泛应用到农业机械设计中，使农业机械可以完全不依靠人工操作而独立完成田间作业任务。在现代农业发展中强化农业机械自动化的应用，能够显著提高农业生产种植效率，减轻人力劳作强度，推动现代化农业实现更好发展。基于此，笔者围绕自动化控制技术在农业生产过程中的应用展开分析，提出了现代农业发展过程中自动化控制技术的发展策略，仅供参考。关键词：农业机械；现代农业；自动化中图分类号：S232.3 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-3872.2023.06.0211 农业机械自动化控制技术1.1 机器视觉技术实现农业现代化发展，推动农产品自动化高效生产，首先要实现的就是精确定位作业目标，确保数据准确性。机器视觉技术应用于农业工程领域，可以监测作物的生长发育、病虫害以及外界环境等情况1。该技术所确定的指标涵盖范围广泛，不仅能够判断农作物表面的生长状况和数量，还能够对作物所在地的自然环境情况进行监测，如土壤的覆盖情况等。要全面地了解粮食作物的生长情况，需要利用这种方法充分地对农作物进行监测。机器视觉技术具有较为全面的功能，不仅能对作物的外形特征进行模拟描述，还能详细地对作物的纹理等情况进行检索，以此获得有效信息，助力种植户了解和掌握作物生长的全过程，以便后续对农业生产做到有效管理。目前，机器视觉技术已在农业自动化进程中得到广泛应用，如工作人员运用该技术对作物的果实和叶片展开实时监测，一旦出现缺水，即可下达补水的指令，以此来确保作物的健康生长。如果机器视觉技术与AI技术相结合，二者的联合使用，能辅助机器人对作物的幼苗与杂草进行区别，以此来帮助机器人更高效地除草、种植农作物等。1.2 专家系统专家系统是通过计算机技术与相关软件结合形成的一个新型知识系统，将专业的农产品判断和栽培等有关的知识全面记录和汇集，方便农业工作者掌握和运用。专家系统所存储的农业知识可以解决一系列的农业生产问题，同时还能达到宣传与推广农业知识的效果2。传统农业生产模式中，农户只能通过作物的茎叶、生长习性、分布区域等来分辨作物的种类，分辨作物种类的准确性得不到有效保证，要做到有效识别，需要有多年的种植经验和观察力，花费的时间和精力较多，而采用图像扫描、比较，然后通过专家系统对其做出判别，即可识别作物的品种。1.3 数据融合技术数据融合技术产生于在20世纪70年代，它是一种多传感器信息融合技术，旨在实现跨区域的信息整合与管理，并通过对信息数据进行全方位的处理分析，从而产生出新的可用信息内容，这一类信息内容的获得通常不能仅仅依赖单个传感器，而需要多方位、深层次的大数据作为支撑。随着时代的发展，信息融合技术逐步由军事领域向其他领域拓展，已成为许多行业使用的信息技术之一。为了实现数据融合技术在农业生产领域的应用，相关科研人员应积极了解相关的前沿科学技术，并根据农业生产实际加以研究，从而实现在农业生产过程中对数据融合技术的合理应用。为提高农业科技的准确性，须利用数据融合技术开展更加广泛的探索3。通过数据融合技术能够对影响粮食作物产量的诸多要素，如对自然资源、气候状况、土地状态等要素做出判断，赋予主控人员更加准确、快捷的信息平台以及更加简单易懂的算式方法，让主控人员可以做出更加精确的判断，由此推动我国农业生产自动化发展。2 现代农业生产中应用自动化控制技术2.1 农业机械中自动化控制技术的应用自动化控制技术的应用原理，是把视觉技术应用于机械控制系统，再通过其技术进行准确的定位并收作者简介：温永涛（1982），男，河南新乡人，本科，工程师，研究方向为机械维修及加工。2023 年 3 月下73Agricultural Machinery and Agronomy农机与农艺集对应的目标，然后再由控制中心发布控制指令，最后通过机械手来完成自动收割，以实现高效生产4。自动化控制技术在农业生产过程中被广泛应用于农业机械领域，现代农业生产中也有一些传统机器，如谷物收割机、割晒机、收获机等，随着农业生产规模的扩大，这些传统机器难以满足农业发展需求，不利于农业生产自动化水平的提高。现阶段，农机自动化控制技术在农业生产中已被广泛应用，如现代大型联合收割机可以利用计算机控制技术完成收割、烘干、脱粒等操作，从而实现一体化的农业生产发展，有助于提高农业生产效率。在现代农业生产中，自动控制技术已被用于收割玉米、花生、苹果、橙子和西红柿等经济作物。2.2 自动化控制技术在无土栽培中的应用无土栽培不是用土壤栽培植物，而是用一些营养液来培育植物。无土栽培突破了传统种植的局限性，并且通过利用营养液能够实现灵活调节和重复运用的效果。在具体栽培中，通过添加营养成分来控制农作物的生长，无土栽培具有管理便利等多种特点，因此，其在农业生产中得到广泛应用。自动化控制技术被应用于无土栽培中，主要是利用中央控制系统对整个栽培系统的作物生长情况实现全面的监督与控制。不同种类的植株在发育过程中需要不同的养分种类与数量。在不同的生长环境下，有效控制植株的生长发育情况，需要依靠专业系统和相关自动控制技术的支持，以此采集、分析和管理有关信息5。在无土栽培自动化控制体系中，必须优化各子系统的功能模块，其中重点涉及自动化控制程序的优化应用、图像识别与大数据分析水平的提升、智能计算机程序的高效管理等。2.3 自动化控制技术在节水灌溉中的应用随着科技的发展，农作物用水已经可以采用节水灌溉方式，在有效解决作物用水问题的基础上，能更高效地节约地下水资源。农业自动化控制技术在当前农作物节水灌溉领域得到了有效应用，它主要是通过使用中央控制台、电子负压计、土壤水分传感器、农业数据采集系统等设备建立农业自动控制系统，利用感应器检测土地含水率，进而按照规定的阈值进行分析与计算，最后再由中央监控系统进行判断，并发出控制指令，从而完成对灌溉装置的自动化管理。当通过土壤水分传感器传输给控制系统的信息达到灌溉要求时，灌溉装置将立即停止运行6。所以，自动控制技术在节水灌溉上的运用可以显著提高农田灌溉水利用率，同时还能提高农作物产量。2.4 自动化控制技术在温室大棚中的应用温室大棚作为一种农业先进生产方式，可以显著缩短作物的生长周期，同时大大提高作物的生产质量与效率。由于温室大棚能够控制作物的生长环境，而且能够在不适于作物生长发育的季节进行栽培，给作物提供更适宜的生长发育环境，可提高农业生产经济效益。由于温室大棚管理条件相对复杂，对自动化控制技术的使用要求也很高。自动化控制技术在温室大棚中的运用，主要表现在空气湿度照明控制系统、温度控制器、供水系统、照明控制系统等领域。在温室大棚的自动化管理上，通过利用计算机控制中心对各种系统的有关信息进行收集与分析，以便于对大棚内的气温、湿度、日照、CO2含量等情况做出有效控制，并针对这些信息制定科学合理的调控措施，给作物提供良好的生长发育环境，进而取得较好的生产效益7。另外，从温室大棚自动化管理中收集的各种数据，可以为今后的农业生产管理工作提供更加可信的依据。2.5 自动化控制技术在收割机械中的应用传统的收割机械一般是谷物收割机，分为收割机、割晒机、脱粒机等几个种类。近年来，针对番茄、卷心菜、西瓜、柑橘、苹果等农产品的收割机械也逐步应用于现代农业生产中。这些收割机械利用机器视觉技术来对收集目标做出分析判断，在找到总体目标后，自动控制器会发送指令，指导机械手完成农产品收割工作。这项科技能够大大降低农户的劳作强度，同时提高农产品收割速度，确保农产品第一时间被收割下来后可加以管理、流入市场售卖，对现代农业生产方式具有革命性的影响8。3 农业生产自动化的发展策略3.1 促进机械设备改造科技是第一生产力，可以带动农业机械设备的改造与升级。为了推进农业自动化建设的进程，必须加大对机械设备的技术创新。一方面，政府相关机构应该提供技术协同合作平台，使农业机械相关的科研院校、农机生产公司、农机设计公司等单位参与其中，进一步加强农业科技交流，从而全方位地提高农业机械的技术含量，实现产学研紧密结合的农业技术创新742023 年 3 月下Agricultural Machinery and Agronomy农机与农艺机制；另一方面，为了加强对农机生产专业人才的培训，有关院校和公司可积极举办实践教学活动，使相关工作人员可以到农业机械生产现场熟悉地理状况、工艺流程，从而在机械研发中更加注重机器的实用性和适用性，以加快研制中小型综合性强、规格多样、效率较高的农业机具9。3.2 提高农民的操作水平在农业生产自动化发展过程中，农民本身的素质也是亟须提高的方面。在大多数农村，农民的文化程度相对较低，对自动化控制技术和新型农业机械的接受能力不足。农业生产技术推广员在普及自动化科学技术的过程中，要加强科学技术普及宣传，并传播农业机械自动化的重要价值，尽快培养出可以适应农业生产自动化发展需要的新型农业人才10。科技推广员要深入基层，向农户耐心、详细地介绍农业生产科学技术，并运用新型机具开展现场演示，帮助农户熟悉和掌握新型农业生产技术及相关机械设备的应用技能11-13。3.3 加强自动化基础设施建设农业生产自动化基础设施的建设可以为农业机械自动化控制技术的运用与普及提供良好保证。做好自动化基础设施建设是一个打基础、扩需求、促增长的重大措施，需要政府相关单位增加投入，把握开发机遇，及时采用一些新型的农业机械与自动化控制技术，从而扩大农业生产自动化的应用范围14-15。一方面，当地政府要拿出经费，整修乡村的主要路面，为大型农用机械设备进入田间生产创造良好条件；另一方面，设立大型的农业机械维修站，以便及时处理农业机具故障，为农业生产提供技术支持与保障16-17。4 结语农业的出路在现代化，农业现代化的关键在科技进步。将科学技术应用到农业中去，可以为农业注入更强的推动力。新型的机械自动化技术已成为农业生产的主力军，为推动农业的现代化与自动化发展，政府部门和有关企业应进一步提高对农业自动化进展的关注度，共同推进农业的现代化发展，推进自动化控制技术在农业领域的应用。与此同时，相关农业部门还应加大对农业机械自动化的宣传和推广力度，让广大农民认识农业机械自动化，因地制宜扩大区域范围内的农业机械自动化应用，助力建设精准化的现代农业。参考文献：1 徐爱玲，虞思旦，孟祥生，等.设施蔬菜生产环境自动化控制的功能与构成J.沈阳农业大学学报，2000(1)：103-105.2 张培，唐惟楚.自动化技术对传统农业生产的影响：以自动化农业大棚为例J.中国科技信息，2014(16)：27-28.3 张立平.电气自动化技术在灌溉管理中的应用：评 节水灌溉自动化控制技术管理方法 J.人民黄河，2021，43(4)：168.4 张祥宁.智能技术在农机电子工程自动化控制中的应用探讨J.农业工程技术，2021，41(27)：43-44.5 徐志龙，乔晓军.自动监控技术在设施农业生产中的应用系列（三）自动灌溉施肥机在设施生产中的应用J.农业工程技术（温室园艺），2008(6)：15-16.6 魏俊.PLC自动化技术在农业机械电气控制中的应用J.河北农机，2022(7)：19-21.7 刘博.基于PLC自动化技术的农业机械电气控制应用J.南方农机，2020，51(22)：50-51.8 于航.农业机械电气中的PLC自动化控制技术应用J.广西农业机械化，2019(3)：15.9 刘元刚，熊刚.基于物联网技术的智慧农业无线控制系统设计J.自动化技术与应用，2021，40(6)：70-73.10 廖谦.电气设备自动化控制中PLC技术的应用分析J.时代农机，2020，47(3)：32+34.11 陈桂清.浅谈自动化控制技术在泵站运行管理中的应用J.农业科技与信息，2020(11)：100-101.12 周长吉.周博士考察拾零（