浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心 (310058) 鄭文鐘

國外智能化農(nóng)機(jī)裝備簡(jiǎn)介

浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心 (310058) 鄭文鐘

20世紀(jì)90年代中期，美國將衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GPS)安裝在農(nóng)業(yè)機(jī)械上，開啟了農(nóng)業(yè)機(jī)械高科技、高性能、智能化的先河。目前，歐、美、日等發(fā)達(dá)國家農(nóng)業(yè)已基本實(shí)現(xiàn)全面機(jī)械化，并且智能化農(nóng)機(jī)裝備應(yīng)用也有相當(dāng)高的水平。

1.智能化農(nóng)機(jī)的內(nèi)涵與優(yōu)點(diǎn)

(1)智能化農(nóng)機(jī)裝備內(nèi)涵 指裝備有中央處理芯片(CPU)和各種各樣傳感器或無線通訊系統(tǒng)的現(xiàn)代化農(nóng)機(jī)。其特點(diǎn)是通過加裝在農(nóng)機(jī)上的微型計(jì)算機(jī)對(duì)傳感器傳回的各種信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算、傳導(dǎo)、傳遞，然后在動(dòng)態(tài)作業(yè)環(huán)境下發(fā)出適宜指令驅(qū)動(dòng)農(nóng)機(jī)來完成正確的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理的智能化。智能化農(nóng)機(jī)裝備能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)機(jī)作業(yè)的效率化、標(biāo)準(zhǔn)化、舒適化、人機(jī)交互人性化、操作傻瓜化等。

(2)智能化農(nóng)機(jī)裝備優(yōu)點(diǎn) 智能化農(nóng)機(jī)是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、電控技術(shù)和人工智能等技術(shù)裝備農(nóng)機(jī)的高新技術(shù)產(chǎn)品，與傳統(tǒng)功能性農(nóng)機(jī)相比有以下優(yōu)點(diǎn)：一是功能強(qiáng)大。智能化農(nóng)機(jī)既能完成傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)的耕作、收獲、灌溉和病蟲害防治等作業(yè)，還能采集土壤、農(nóng)作物產(chǎn)量等信息，為實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)提供技術(shù)支撐。二是結(jié)構(gòu)緊湊、通用性強(qiáng)。中央處理芯片的運(yùn)用使農(nóng)機(jī)結(jié)構(gòu)變得更加緊湊、通用性更強(qiáng)。通常只需改變部分軟件，就能改變判斷基準(zhǔn)，變更動(dòng)作順序，并適應(yīng)不同作業(yè)環(huán)境、不同作業(yè)對(duì)象對(duì)機(jī)械的功能要求。三是勞動(dòng)強(qiáng)度低，作業(yè)效率高。能根據(jù)作業(yè)需求變化自動(dòng)調(diào)整、控制，減少人工操作，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。一個(gè)人可通過計(jì)算機(jī)同時(shí)控制幾臺(tái)智能化農(nóng)機(jī)完成不同作業(yè)，因而作業(yè)效率很高。四是安全性好、可靠性高。智能化農(nóng)機(jī)裝有各種各樣的傳感器用于監(jiān)視作業(yè)環(huán)境和作業(yè)狀況，可根據(jù)作業(yè)環(huán)境和對(duì)象變化自動(dòng)調(diào)整工作狀態(tài)，加之具有自動(dòng)保護(hù)功能，因而其安全性和可靠性較傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)更高。五是節(jié)能、環(huán)保。智能化農(nóng)機(jī)始終處于良好技術(shù)狀態(tài)下作業(yè)，能耗較低；采用精準(zhǔn)方式作業(yè)，能大幅提高化肥和農(nóng)藥的利用率，減少生態(tài)環(huán)境污染。

2.國外智能化農(nóng)機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀

(1)智能化農(nóng)業(yè)動(dòng)力機(jī)械 包括農(nóng)用拖拉機(jī)、大型自走式農(nóng)機(jī)(聯(lián)合收獲機(jī)械、植保機(jī)械)在行走、操控、人機(jī)工程等方面智能化。利用GPS自動(dòng)導(dǎo)航、圖像識(shí)別技術(shù)、計(jì)算機(jī)總線通信技術(shù)等來提高機(jī)器的操控性、機(jī)動(dòng)性和人員作業(yè)舒適性。在智能化動(dòng)力機(jī)械駕駛室中，都有一臺(tái)或數(shù)臺(tái)計(jì)算機(jī)，具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的接口，用于與不同類型的機(jī)具配套使用。與傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)駕駛室中采用儀表盤顯示作業(yè)參數(shù)不同的是，智能化農(nóng)業(yè)動(dòng)力機(jī)械安裝有信息顯示終端的人機(jī)交互界面，操作者通過屏幕菜單可任意選擇顯示機(jī)組中不同部分的終端信息。如美國研制成功一種激光拖拉機(jī)，利用激光導(dǎo)航裝置，精確地測(cè)定拖拉機(jī)所在位置及行駛方向，且誤差不超過25厘米。英國開發(fā)的帶有電子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(EMS)的拖拉機(jī)具有故障診斷和工作狀態(tài)液晶顯示功能，通過EMS可嚴(yán)密地控制機(jī)具耕作及播種的寬度、深度等。

(2)智能化作業(yè)機(jī)械 作業(yè)機(jī)械智能化包括播種機(jī)、施肥機(jī)、整地機(jī)械、田間管理機(jī)等作業(yè)機(jī)械的智能化。

智能化收獲機(jī)械。聯(lián)合收割機(jī)裝備有各種傳感器和GPS定位系統(tǒng)，既可收獲各種糧食作物，又可實(shí)時(shí)測(cè)出作物的含水量，小區(qū)產(chǎn)量等參數(shù)，形成作物產(chǎn)量圖，為處方農(nóng)作提供技術(shù)支撐。如美國衛(wèi)西·弗格森公司在聯(lián)合收割機(jī)上安裝了一種產(chǎn)量計(jì)量器，能在收割作物的同時(shí)，準(zhǔn)確收集有關(guān)產(chǎn)量的信息，并繪成小區(qū)的產(chǎn)量分布圖。農(nóng)場(chǎng)主可利用產(chǎn)量分布圖確定下一季的種植計(jì)劃及種子、化肥和農(nóng)藥在不同小區(qū)的使用量。日本研制的自動(dòng)控制半喂入聯(lián)合收割機(jī)，其作業(yè)速度自動(dòng)控制裝置可利用發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)行進(jìn)速度、收割狀態(tài)，通過變速機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)速度的自動(dòng)控制。

智能化噴藥機(jī)械。智能化噴藥機(jī)械能提高農(nóng)藥利用率，減少對(duì)土壤、水體、農(nóng)作物污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。如美國約翰迪爾公司生產(chǎn)的自走式精確噴霧機(jī)具有靈活高效、作業(yè)精準(zhǔn)高等諸多優(yōu)勢(shì)。德國推出的一種莠草識(shí)別噴霧器，能借助專門的電子傳感器來區(qū)分莊稼和雜草，只有當(dāng)發(fā)現(xiàn)莠草時(shí)才噴出除莠劑，減少了對(duì)環(huán)境的污染。

智能化施肥機(jī)械。施肥機(jī)可以在施肥過程中，根據(jù)作物種類、土壤肥力、墑情等參數(shù)控制施肥量，提高肥料利用率。如美國Ag-Chem儀器裝配公司生產(chǎn)的施肥系統(tǒng)可進(jìn)行干式或液態(tài)肥料的撒施，該系統(tǒng)通過電子地圖內(nèi)疊存的數(shù)據(jù)庫處方，可同時(shí)分別對(duì)磷肥、鉀肥和石灰的施用量進(jìn)行調(diào)整；日本久保田株式會(huì)社推出的農(nóng)業(yè)服務(wù)支援系統(tǒng)“久保田智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)(KSAS)”，該系統(tǒng)的正式套餐中，聯(lián)合收割機(jī)搭載了與KSAS 對(duì)應(yīng)的傳感器，插秧機(jī)附帶電動(dòng)調(diào)節(jié)施肥量的功能，對(duì)應(yīng)農(nóng)機(jī)連動(dòng)制作產(chǎn)量分析及施肥計(jì)劃。

智能化灌溉機(jī)械。灌溉機(jī)械的智能化能大量節(jié)約用水，同時(shí)省工、省時(shí)。如美國瓦爾蒙特工業(yè)股份有限公司和ARS公司開發(fā)的智能紅外濕度計(jì)，被安裝在農(nóng)田灌溉系統(tǒng)后，可每6秒讀取一次植物葉面濕度，當(dāng)植物需水時(shí)，灌溉系統(tǒng)會(huì)及時(shí)通過計(jì)算機(jī)發(fā)出灌溉指令向農(nóng)田中灌水。美國、以色列等國在大型平移式噴灌機(jī)械上加裝GPS定位系統(tǒng)，結(jié)合存放在地理信息系統(tǒng)中的信息和數(shù)據(jù)，通過處方實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物的人工變量灌溉。

智能化播種機(jī)械。能根據(jù)播種期田塊的土壤墑情、生產(chǎn)能力等條件變化，精確調(diào)控播種機(jī)械的播種量、開溝深度、施肥量等作業(yè)參數(shù)。如美國依阿華州生產(chǎn)的“ACCU-PLANT”的播種機(jī)控制系統(tǒng)可加裝在各類播種機(jī)上，通過該系統(tǒng)調(diào)控播種機(jī)上的播種量計(jì)量裝置，調(diào)整不同地塊的播種量。另外，部分條播機(jī)還加裝同時(shí)撒施肥料、殺蟲劑和除草劑的裝置，將這些裝置的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與播種機(jī)計(jì)量裝置連接在一起，同步調(diào)整撒施量與播種量大小。

智能化設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備。歐美、日本等發(fā)達(dá)國家現(xiàn)已形成溫室成套裝備，并向高度自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，建立不受或很少受自然影響的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)體系。如荷蘭溫室能常年穩(wěn)定地生產(chǎn)蔬菜和花卉。設(shè)施農(nóng)業(yè)中植物工廠則完全擺脫自然環(huán)境對(duì)植物的影響，其產(chǎn)量為常規(guī)栽培的幾十倍，甚至上百倍。

農(nóng)業(yè)機(jī)器人。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。如美國明尼蘇迭州一家農(nóng)業(yè)機(jī)械公司研究推出的施肥機(jī)器人，會(huì)從不同土壤的實(shí)際情況出發(fā)，適量施肥。法國發(fā)明了專門服務(wù)于葡萄園的機(jī)器人，它幾乎能代替種植園工人的所有工作。美國波士頓研制出育苗機(jī)器人，工作人員只要實(shí)現(xiàn)在觸摸屏上設(shè)定地點(diǎn)參數(shù)，機(jī)器人就能感應(yīng)盆栽，并自動(dòng)把它們移動(dòng)到目的地。英國、日本研發(fā)了擠奶機(jī)器人，不僅能完成擠奶工作，還可在擠奶過程中檢測(cè)奶質(zhì)。澳大利亞發(fā)明了一種像牧羊犬的機(jī)器人，能在農(nóng)場(chǎng)上代替?zhèn)鹘y(tǒng)的放牧勞力。

(3)智能化農(nóng)機(jī)管理 包括機(jī)具配置、機(jī)具狀態(tài)、實(shí)時(shí)調(diào)度和維修保養(yǎng)的智能化。如歐洲一些大農(nóng)場(chǎng)已建立和使用農(nóng)場(chǎng)辦公室計(jì)算機(jī)與移動(dòng)作業(yè)機(jī)械間通過無線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的管理信息系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)不僅能夠制定詳細(xì)的農(nóng)事操作方案和機(jī)械作業(yè)計(jì)劃，而且還能根據(jù)作業(yè)機(jī)械顯示的相關(guān)數(shù)據(jù)，調(diào)整機(jī)械作業(yè)的負(fù)荷與速度，確保機(jī)組能在較佳狀態(tài)下運(yùn)行。同時(shí)，利用作業(yè)過程采集的數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)運(yùn)算和處理，實(shí)現(xiàn)如作業(yè)面積、耗油率、產(chǎn)量的計(jì)算、統(tǒng)計(jì)及友好的人機(jī)界面顯示等智能化功能。日本洋馬株式會(huì)社的農(nóng)機(jī)“智能助手”，通過搭載在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的GPS天線和通信終端，農(nóng)機(jī)能夠自動(dòng)發(fā)送位置、運(yùn)轉(zhuǎn)及保養(yǎng)方面的信息，并每天自動(dòng)生成作業(yè)報(bào)告，還可實(shí)現(xiàn)監(jiān)視防盜、運(yùn)轉(zhuǎn)狀況管理、保養(yǎng)服務(wù)、突發(fā)問題自動(dòng)通知與迅速應(yīng)對(duì)等方面的功能，該“智能助手”不僅能自動(dòng)支持農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)，還可與第三方公司提供的農(nóng)業(yè)云應(yīng)用程序“facefarm生產(chǎn)履歷”配合使用，進(jìn)一步提高效率，目前，“智能助手”已在日本全國推廣應(yīng)用。

(本欄編輯：陳妙貞)