王梓鑫

摘要：人工智能因可降低勞動強度和減少傷害風險而廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展進程中，人工智能技術(shù)已貫穿農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個階段。在介紹國內(nèi)外農(nóng)機人工智能技術(shù)發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上，分析了人工智能技術(shù)在作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測、多機協(xié)同作業(yè)、生產(chǎn)過程監(jiān)管等方面的應(yīng)用情況，為人工智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械上的應(yīng)用提供理論參考。

關(guān)鍵詞：人工智能；農(nóng)業(yè)機械；監(jiān)測；多機協(xié)同；監(jiān)管

中圖分類號：S126? ? ?文獻標識碼：A? ? 文章編號：1674-1161（2023）01-0062-03

人工智能是計算機科學的一個分支，其發(fā)展史與計算機發(fā)展史緊密聯(lián)系。人工智能目前在計算機領(lǐng)域得到了廣泛重視，被視為世界三大尖端技術(shù)（空間技術(shù)、能源技術(shù)、人工智能）之一。人工智能技術(shù)涉及物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、邊緣計算等領(lǐng)域，應(yīng)用范圍極其廣泛[1]。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，隨著信息化技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人工智能因可降低勞動強度和減少傷害風險而應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展進程中。通過介紹國內(nèi)外農(nóng)機人工智能技術(shù)發(fā)展歷程，分析人工智能技術(shù)在作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測、多機協(xié)同作業(yè)和生產(chǎn)過程監(jiān)管方面的應(yīng)用情況，為人工智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械上的進一步應(yīng)用提供理論參考。

1 農(nóng)機人工智能技術(shù)發(fā)展歷程

1.1 國外農(nóng)機智能技術(shù)發(fā)展概況

自1956年科學家提出人工智能概念以來，己有60多a的歷史。20世紀90年代，歐美、日本等發(fā)達國家開始研究農(nóng)機自動駕駛技術(shù)。目前，這些發(fā)達國家的硬件基礎(chǔ)與底層技術(shù)研究已非常成熟，具有自動駕駛功能的農(nóng)機產(chǎn)品已形成市場化。早期的農(nóng)機自動駕駛系統(tǒng)僅能進行簡單監(jiān)控，隨著計算機技術(shù)及衛(wèi)星導航技術(shù)的不斷發(fā)展，自動駕駛技術(shù)向多樣性發(fā)展并具備更多功能。

國外農(nóng)機生產(chǎn)商根據(jù)不同的農(nóng)田作業(yè)需求，相繼研發(fā)出對壟導航、多種路徑規(guī)劃自動導航、農(nóng)機具控制等技術(shù)，用于農(nóng)作物產(chǎn)量預(yù)測、營養(yǎng)元素監(jiān)測、作物狀態(tài)監(jiān)控、農(nóng)機數(shù)據(jù)交換等，并為用戶提供精準農(nóng)業(yè)解決方案。美國大中型農(nóng)場的拖拉機和聯(lián)合收割機已普遍應(yīng)用自動駕駛技術(shù)，2019年自動駕駛系統(tǒng)普及率達90％。在產(chǎn)品創(chuàng)新方面，約翰迪爾、凱斯紐荷蘭在2016年分別推出無人化概念拖拉機及其配套農(nóng)具，但目前尚未商業(yè)化應(yīng)用。2018年久保田公司先后上市帶有自動駕駛功能的水稻收獲機和拖拉機。

1.2 國內(nèi)農(nóng)機智能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國農(nóng)機自動駕駛技術(shù)研究雖然相對較晚，但發(fā)展迅猛。自2001年起開展農(nóng)機自動駕駛系統(tǒng)研究后，國產(chǎn)農(nóng)機自動駕駛系統(tǒng)于2010年進入市場，相關(guān)技術(shù)由試驗室走向田間地頭。早期農(nóng)機自動駕駛系統(tǒng)功能簡單，缺乏路徑規(guī)劃功能，無法對地頭轉(zhuǎn)彎作業(yè)進行路徑規(guī)劃。同時，農(nóng)機自動駕駛系統(tǒng)無田間自動避障功能，對多種農(nóng)田應(yīng)用環(huán)境的適應(yīng)性較差。此后，國內(nèi)開展了路徑規(guī)劃、農(nóng)田應(yīng)用場景和田間自動避障研究，現(xiàn)已基本解決路徑規(guī)劃、農(nóng)田應(yīng)用場景、田間自動避障等問題。

近年來，我國大力發(fā)展精準農(nóng)業(yè)，自動駕駛系統(tǒng)應(yīng)用研究隨即進入快速發(fā)展期，其研究成果主要集中在農(nóng)機導航定位與環(huán)境感知、協(xié)同作業(yè)、路徑跟蹤控制、電控液壓轉(zhuǎn)向、高壓共軌柴油發(fā)動機燃油電噴、動力換檔、電液懸掛控制等方面。農(nóng)機新產(chǎn)品利用4G/5G通訊技術(shù)接入網(wǎng)絡(luò)，支持協(xié)同作業(yè)模式，通過與云端交互實現(xiàn)智能化作業(yè)的管理和監(jiān)控，并可搭載多種農(nóng)具應(yīng)用于平原和丘陵地區(qū)。

基于北斗導航的農(nóng)機裝備已在拖拉機、收獲機、起壟、鋪膜機、播種機、施肥機、施藥機等農(nóng)業(yè)裝備中得到了廣泛應(yīng)用，“東方紅”“阿波斯”無人駕駛拖拉機、“谷神”無人駕駛聯(lián)合收割機在多區(qū)域開展了作業(yè)示范，“豐疆”高速無人駕駛插秧機實現(xiàn)了水田原地掉頭對行和秧盤自動提升。黑龍江、新疆、江蘇、山東等多個糧棉主產(chǎn)省份相繼開展全過程無人化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)試驗，涵蓋耕整地、作物栽植、田間管理、聯(lián)合收獲、秸稈處理和糧食烘干等生產(chǎn)環(huán)節(jié)。目前，我國農(nóng)機智能產(chǎn)品正逐步擺脫對進口產(chǎn)品的依賴，為農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展注入了新動能。

2 人工智能在農(nóng)業(yè)機械中的應(yīng)用

2.1 作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測

農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量在線監(jiān)測技術(shù)主要包括物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、衛(wèi)星導航定位技術(shù)和人工智能技術(shù)。這些技術(shù)能夠采集農(nóng)機作業(yè)位置和行駛軌跡，監(jiān)測機具作業(yè)狀態(tài)，提供實時監(jiān)測/回放、信息管理和報表統(tǒng)計等信息，并利用無線網(wǎng)絡(luò)與云平臺進行交互，從而實現(xiàn)農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量的實時監(jiān)測[2]。

2009年我國開始啟動農(nóng)機深松作業(yè)補貼工作，2013年農(nóng)業(yè)部實施農(nóng)機深松整地作業(yè)補助試點。農(nóng)機深松整地作業(yè)補助工作需要統(tǒng)計核實深松作業(yè)面積和質(zhì)量，而采用人工監(jiān)測深松作業(yè)面積存在量大面廣的問題，獲取作業(yè)面積、作業(yè)深度等信息難度大、效率低，而且存在機手造假騙取國家補貼行為的發(fā)生。為實現(xiàn)深松作業(yè)過程、面積、深度的準確檢測，我國研發(fā)出農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量在線監(jiān)測技術(shù)，即利用衛(wèi)星定位、無線通訊、深松機具狀態(tài)傳感等技術(shù)，實時監(jiān)控作業(yè)狀態(tài)并獲取相關(guān)作業(yè)信息，以保證深松作業(yè)質(zhì)量。這些獲取的作業(yè)信息可被儲存起來，隨時讀取核實，進而為農(nóng)機深松作業(yè)補助的發(fā)放提供了數(shù)據(jù)支撐。目前，我國農(nóng)機深松作業(yè)補助項目已基本實現(xiàn)智能化監(jiān)管。

近年來，圍繞農(nóng)田作業(yè)耕、種、管、收等環(huán)節(jié)，我國已逐步構(gòu)建起全程機械化作業(yè)智能監(jiān)測技術(shù)體系，通過在機具上安裝智能監(jiān)測終端，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與農(nóng)機技術(shù)融合起來。圍繞技術(shù)應(yīng)用主體需求，許多地區(qū)著力打造行業(yè)公共數(shù)據(jù)庫、公共服務(wù)、合作社管理系統(tǒng)等平臺，用信息化手段優(yōu)化農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)作業(yè)，實現(xiàn)了人、機、物和作業(yè)質(zhì)量的實時監(jiān)管。

2.2 多機協(xié)同作業(yè)

精準農(nóng)業(yè)是當今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的新潮流，多機協(xié)同作業(yè)是農(nóng)業(yè)精準化作業(yè)技術(shù)之一。當前，我國農(nóng)業(yè)正逐步向集約化、規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。在這一進程中，為了提高作業(yè)效率和爭搶農(nóng)時，往往需要多臺同種（或異種）農(nóng)機在田間同時作業(yè)。實踐表明，開展多機協(xié)同作業(yè)時，如果缺乏高效的作業(yè)信息獲取手段和決策分析方法，作業(yè)難度比較大，容易發(fā)生作業(yè)沖突，降低機具利用效率和提高作業(yè)成本，進而降低規(guī)?；a(chǎn)效益[3]。可見，規(guī)劃和優(yōu)化多機無沖突協(xié)同作業(yè)，是提高農(nóng)機利用效率、增加機群規(guī)?；a(chǎn)效益的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著精準技術(shù)和自動導航作業(yè)系統(tǒng)的廣泛運用，多機協(xié)同導航作業(yè)模式日漸興起并逐步應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，在多機多工序作業(yè)調(diào)度優(yōu)化中發(fā)揮著重要作用。

人工智能技術(shù)可根據(jù)農(nóng)田作業(yè)需求，構(gòu)建多機協(xié)同作業(yè)遠程監(jiān)控平臺，對多機協(xié)同導航作業(yè)實施實時遠程監(jiān)控。監(jiān)控平臺包括數(shù)據(jù)收發(fā)、存儲、查詢、顯示、分析等模塊，具有良好的穩(wěn)定性，能夠?qū)崟r顯示多機作業(yè)軌跡和作業(yè)信息，并根據(jù)信息進行決策分析和任務(wù)調(diào)度，大大提高了機群作業(yè)的效率和精準度。

2.3 生產(chǎn)過程監(jiān)管

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)前階段，利用圖像分析技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等非破壞性方法對種子進行準確評估，有利于保證農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。根據(jù)土壤濕度、肥量的實時監(jiān)控結(jié)果，結(jié)合當?shù)氐臍夂蛑笖?shù)和水文氣象觀測數(shù)據(jù)，有助于制定合理的灌溉和施肥方案，保證農(nóng)作物生長環(huán)境良好和養(yǎng)分充足。

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)中階段，通過專家系統(tǒng)和搭載人工智能技術(shù)的機器人，可完成種植、管理、采摘、分揀等作業(yè)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)種植的智能化與自動化[4]。機器人模擬人類視覺，可從農(nóng)作物的外觀圖像中獲取信息并進行處理和分析，進而判斷農(nóng)作物的生長狀態(tài)，以及監(jiān)測病蟲害和辨別雜草。智能機器人能更精準地施肥、打藥，比傳統(tǒng)方式節(jié)約90%的農(nóng)藥和化肥，實現(xiàn)了減肥減藥的目標。

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)后階段，人工智能技術(shù)可用于農(nóng)產(chǎn)品檢驗，確保其質(zhì)量安全。在搬運和銷售過程中，新型機器人及識別技術(shù)能提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈的銷售效率，減少勞動力投入，進而獲得更高的經(jīng)濟效益。

3 結(jié)語

當前，人工智能技術(shù)已貫穿農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個階段，其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用將越來越廣泛，尤其在農(nóng)機社會化服務(wù)項目中，應(yīng)用智能監(jiān)測終端可實現(xiàn)定位跟蹤、作業(yè)監(jiān)控、遠程調(diào)度、運維管理、大數(shù)據(jù)分析等功能，進而為深松、播種、秸稈覆蓋、植保、收獲等作業(yè)監(jiān)管提供實時準確的數(shù)據(jù)，保障國家農(nóng)機作業(yè)補貼政策有效實施。

參考文獻

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[2] 方嘯，安冬冬，王保國，等.人工智能在農(nóng)機裝備智能化中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機，2018，49（14）：1-2.

[3] 劉晨.人工智能在農(nóng)業(yè)機械發(fā)展中的前景和意義[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2019，39（36）：89-90.

[4] 馬菁澤，甘詩潤，魏霖靜.人工智能在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與未來趨勢[J].軟件導刊，2019，18（10）：8-11.

Development Process of Artificial Intelligence Technology and Its Application in Agricultural Machinery

WANG Zixin

（Shenyang Normal University， Shenyang 110034， China）

Abstract： Artificial intelligence is widely used in the development process of modern agriculture because it can reduce labor intensity and reduce the risk of injury. Artificial intelligence technology has run through all stages of agricultural production. On the basis of introducing the development of artificial intelligence technology for agricultural machinery at home and abroad， the application of artificial intelligence technology in operation quality monitoring， multi-machine collaborative operation， and production process supervision was analyzed， so as to provide theoretical reference for the application of artificial intelligence technology in agricultural machinery.

Key words：? ?artificial intelligence; agricultural machinery; surveillance; multi-machine collaboration; regulation