農(nóng)機大全網(wǎng)（www.iwpwp.com）最新農(nóng)機信息：[青貯飼料攪拌機]農(nóng)業(yè)機械與信息技術(shù)融合發(fā)展現(xiàn)狀與方向，農(nóng)機新產(chǎn)品,二手農(nóng)機,農(nóng)機補貼目錄,農(nóng)機價格查詢,農(nóng)機報價大全，更多農(nóng)機車型大全請查看：農(nóng)機車型大全

　　農(nóng)業(yè)機械與信息技術(shù)融合發(fā)展現(xiàn)狀與方向

農(nóng)業(yè)機械化和農(nóng)業(yè)裝備是轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式、推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展的重要基礎(chǔ)，是推進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的重點領(lǐng)域和核心支撐。2018年，《國務(wù)院關(guān)于加快推進農(nóng)業(yè)機械化和農(nóng)機裝備產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的指導(dǎo)意見》做出了“農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已從主要依靠人力畜力轉(zhuǎn)向主要依靠機械動力并進入了機械化為主導(dǎo)新階段”的重要判斷，指出了“當(dāng)前農(nóng)業(yè)機械化和農(nóng)機裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展不平衡不充分”的突出問題，明確了“推動農(nóng)機裝備產(chǎn)業(yè)向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型和推動農(nóng)業(yè)機械化向全程全面高質(zhì)高效升級”的總體要求?！多l(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃（2018—2022年）》也指出，要著力加強重點關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，推動數(shù)字化、智能化等先進技術(shù)與農(nóng)業(yè)機械化的深度融合，顯著提高農(nóng)業(yè)機械有效供給能力，引領(lǐng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高質(zhì)高效發(fā)展。落實上述文件精神，認真了解國外農(nóng)業(yè)機械研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，進而找準(zhǔn)中國農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的攻關(guān)目標(biāo)，對于推進中國農(nóng)業(yè)高質(zhì)高效發(fā)展具有重要意義。

當(dāng)前，中國處于農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的重要時期，對智能農(nóng)機裝備的需求也在持續(xù)增長。然而國內(nèi)現(xiàn)有農(nóng)業(yè)機械裝備智能化水平低，與現(xiàn)在的自動化與高效率作業(yè)需求不符，不利于中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的快速發(fā)展。未來一段時期，我國農(nóng)業(yè)裝備發(fā)展面臨新機遇、新需求、新挑戰(zhàn)，農(nóng)業(yè)裝備制造還有廣闊的發(fā)展空間，因此，加強農(nóng)機裝備的智能化創(chuàng)新，用信息技術(shù)提升中國農(nóng)業(yè)機械化水平，成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展緊迫又至關(guān)重要的任務(wù)。青貯飼料攪拌機

信息技術(shù)的主體技術(shù)包括計算機技術(shù)、傳感技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)以及智能控制技術(shù)等。信息技術(shù)的發(fā)展正推動著全球經(jīng)濟整體躍升和生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展，助推產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈和價值鏈重塑，使之煥發(fā)新的生機與活力。農(nóng)業(yè)信息技術(shù)指的是以農(nóng)業(yè)科學(xué)的基本理論為基礎(chǔ)，以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動信息為對象，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等為代表的信息技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，最終實現(xiàn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域向智能化、精確化和數(shù)字化方向發(fā)展的方法。當(dāng)前，中國以物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)為主的農(nóng)業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用發(fā)展迅速，由于中國農(nóng)業(yè)機械化起步較晚，與信息化融合度還較低，與國外發(fā)達國家相比還存在差距。農(nóng)業(yè)機械與信息技術(shù)融合是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必要手段，能夠提高農(nóng)業(yè)資源利用效率，保障現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展，加速推進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進程。

上世紀(jì)九十年代，美國、德國、日本等經(jīng)濟發(fā)達國家的種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)已進入高度機械化階段，農(nóng)業(yè)機械已向自動化、信息化和智能化方向發(fā)展，在農(nóng)機現(xiàn)代化和信息化方面擁有較好的基礎(chǔ)和技術(shù)積淀。國外農(nóng)業(yè)機械與信息技術(shù)融合發(fā)展的主要特點概括為以下五個方面。

近年來，數(shù)字信息化技術(shù)在全球農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用步伐加快，農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)與信息技術(shù)深度融合，先進的農(nóng)業(yè)信息智能感知技術(shù)和智能農(nóng)機發(fā)展迅速。

美國數(shù)字農(nóng)業(yè)發(fā)展建立在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高度專業(yè)化、規(guī)?；⑵髽I(yè)化的基礎(chǔ)上，信息化技術(shù)滲透到了美國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、加工、運輸、銷售的各個環(huán)節(jié)，直接促成了美國“精確農(nóng)業(yè)”的興起，極大程度上提高了美國農(nóng)產(chǎn)品的國際競爭力。自20世紀(jì)90年代起，美國已開始應(yīng)用衛(wèi)星遙感等數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)對大田作物進行生產(chǎn)全周期的監(jiān)測與管理，在21世紀(jì)初已在大型農(nóng)場中實現(xiàn)了“3S”技術(shù)，即遙感（Remote Sensing，RS）、地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）和全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS），以及網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)、智能機械系統(tǒng)的綜合應(yīng)用。美國科研部門和大型農(nóng)機企業(yè)已經(jīng)將網(wǎng)絡(luò)通訊、電子計算機及衛(wèi)星遙感等現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用到大型農(nóng)機具上，實現(xiàn)拖拉機等農(nóng)機的自動避障、自主作業(yè)、路徑規(guī)劃等自動化、智能化農(nóng)業(yè)機械作業(yè)。生產(chǎn)機械化輔以管理信息化，越來越多的勞動力被替代下來，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率進一步提高。

德國大型農(nóng)場均配有多樣性的農(nóng)業(yè)機械設(shè)備來滿足生產(chǎn)需要，農(nóng)場經(jīng)營者素質(zhì)普遍偏高，管理非常現(xiàn)代化。從德國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的應(yīng)用來看，主要集中在計算機知識模型、雜草自動識別以及病蟲害的診斷監(jiān)控等多項技術(shù)。德國政府對于農(nóng)業(yè)機械化極其重視，農(nóng)機企業(yè)也十分重視農(nóng)業(yè)機械的現(xiàn)代化生產(chǎn)，比如科樂收公司（CLAAS Group）擁有多條高度智能化的生產(chǎn)線，這些生產(chǎn)線上每一道工序都可通過射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)進行全程追溯。隨著越來越多高科技技術(shù)在農(nóng)機上的應(yīng)用，企業(yè)設(shè)置專門的技術(shù)培訓(xùn)中心對駕駛操作人員的操作技能進行培訓(xùn)，提高了農(nóng)機設(shè)備效能的發(fā)揮。

日本為應(yīng)對農(nóng)業(yè)資源環(huán)境與勞動力短缺的困境并提高農(nóng)業(yè)競爭力，重點推進現(xiàn)代信息與通訊技術(shù)在家庭農(nóng)場作業(yè)中的應(yīng)用，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動化與智能化，逐步形成了較為成熟的適度規(guī)模經(jīng)營型精細化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式。比如，井關(guān)農(nóng)機公司（ISEKI & CO.， LTD.）與政府聯(lián)合研發(fā)了新型智能插秧機，這種插秧機可以通過傳感器確定行駛路線，即便是遇到淤泥也能自動調(diào)整方向。此外，為了防止過量施肥影響作物品質(zhì)，這種插秧機可以通過土壤電導(dǎo)率測量傳感器檢測土壤的深度及有機質(zhì)含量，從而實現(xiàn)插秧與變量施肥同步。為解決農(nóng)戶精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用成本高、農(nóng)戶經(jīng)營分散等問題，日本農(nóng)業(yè)協(xié)會為農(nóng)民生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品進行產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后的全程服務(wù)，并促進精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的普及與利用。

智能制造的關(guān)鍵是數(shù)字化設(shè)計與制造。數(shù)字化設(shè)計技術(shù)是指通過產(chǎn)品描述為基礎(chǔ)的數(shù)字化設(shè)計平臺，在產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用過程中建立以信息技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字化計算機產(chǎn)品模型，不斷對開發(fā)方式持續(xù)優(yōu)化，達到使設(shè)計成型的機械設(shè)備更具實用性、創(chuàng)新性并有效降低模型應(yīng)用的一種新型產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)。

在現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)計中，產(chǎn)品模塊化設(shè)計、虛擬仿真與虛擬試驗驗證、知識工程技術(shù)（Knowledge Based Engineer，KBE）、基于PDM/PLM（Product Data Management/Product Lifecycle Management）的協(xié)同設(shè)計等相關(guān)技術(shù)在國外已經(jīng)開始應(yīng)用。為提升新穎性與創(chuàng)新性，提高農(nóng)機產(chǎn)品研發(fā)效率，國外如愛科（AGCO）、約翰迪爾（John Deere）、久保田（Kubota）等農(nóng)機巨頭公司在新產(chǎn)品開發(fā)的不同階段普遍采用創(chuàng)新設(shè)計理論和方法，數(shù)字化設(shè)計技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用。這些農(nóng)機企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)模式也從集中式轉(zhuǎn)向分布式，特別是產(chǎn)品全生命周期PDM管理系統(tǒng)和基于網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品描述模型的應(yīng)用，逐漸建立了以PDM/PLM為支撐、結(jié)合高端工程技術(shù)的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品研發(fā)體系和知識積累平臺。采用現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)計技術(shù)不僅提高了產(chǎn)品技術(shù)水平，而且縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本。

農(nóng)業(yè)裝備使用可靠性和耐用度不足是中國農(nóng)業(yè)機械的薄弱環(huán)節(jié)，也是中國農(nóng)業(yè)裝備在國際上話語權(quán)不強的主要因素。先進制造技術(shù)在各個國家高端農(nóng)機生產(chǎn)中的作用十分重要，是促進農(nóng)機創(chuàng)新能力和制造水平，加快當(dāng)今世界現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)步伐的關(guān)鍵。

國外農(nóng)機企業(yè)特別關(guān)注產(chǎn)品的使用可靠性和耐用度，重點研發(fā)了農(nóng)機部件的金屬材料、加工工藝以及關(guān)鍵部件的精密制造技術(shù)，用汽車生產(chǎn)加工的技術(shù)去制造農(nóng)機具的部件和裝備。在發(fā)達國家農(nóng)機企業(yè)車間內(nèi)，高柔性的自動無人生產(chǎn)線、先進的制造產(chǎn)業(yè)線已成為主要生產(chǎn)手段，自動焊接及精密裝配機器人、精密鍛造等先進技術(shù)應(yīng)用廣泛。先進的制造技術(shù)如敏捷制造、并行技術(shù)、虛擬制造技術(shù)和智能制造技術(shù)的應(yīng)用可以充分保證制作過程的一致性，實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)全程可追溯。智能化生產(chǎn)線、制造模式柔性化、制造技術(shù)的敏捷化幫助提高生產(chǎn)制造質(zhì)量、效率和安全性，高度智能化的制造加工系統(tǒng)使得員工僅僅通過操縱軟件程序等即可輕松地完成生產(chǎn)加工任務(wù)。

發(fā)達國家十分注重畜牧業(yè)的發(fā)展，飼草業(yè)的經(jīng)濟產(chǎn)值和種植面積已領(lǐng)先糧食作物，成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的最大產(chǎn)業(yè)。發(fā)達國家的畜牧業(yè)產(chǎn)值占農(nóng)業(yè)產(chǎn)值比重一般在60%以上，飼草生產(chǎn)機械化已經(jīng)成為畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)化的重要發(fā)展方向。發(fā)達國家飼草生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)實現(xiàn)了全面機械化，信息技術(shù)大量應(yīng)用于飼草機械，使得飼草機械的智能化程度不斷提高，處于領(lǐng)先地位的主要是美國、德國、法國、意大利、日本等發(fā)達國家。

圖1（a）所示的是德國Krone BiG X 1180自走式青貯飼料收獲機，配備了大功率發(fā)動機、寬幅割臺，集自動導(dǎo)航、石頭和金屬探測、切段長度自調(diào)和籽粒破碎等功能于一體，代表了青貯飼料收獲機的先進技術(shù)水平和未來發(fā)展趨勢［19］。BiG X 1180配置獨立式靜液壓四輪驅(qū)動，獨立的車輪懸架帶來了極大的靈活性；位于割臺中央的傳感器臂可探測兩行作物之間的距離，引導(dǎo)機器自動對行后沿壟前進；在割臺收割器兩側(cè)配置有距離傳感器，通過實時調(diào)整割臺位置和運動方向，確保割茬高度一致；在割臺中央的光學(xué)傳感器能測量作物水分，根據(jù)作物的不同含水量來自動調(diào)整切碎長度，實現(xiàn)相同壓實狀態(tài)下的同等青貯質(zhì)量；6個喂入輥裝置配備有石頭和金屬探測器，遇石頭或金屬物時割臺及喂入裝置可實現(xiàn)自動停機，駕駛員還可以調(diào)整檢測的靈敏度；裝備產(chǎn)量計量系統(tǒng)，可以獲得每塊地的計量和總的收獲量并打印成文件。Easyload是Krone的自動填充系統(tǒng)，具有基于相機的3D圖像分析技術(shù)，如圖1（b）所示，可方便地對與收割機一起行走的拖車進行飼料填充，該系統(tǒng)允許操作員選擇各種填充策略，在未來，該系統(tǒng)能實現(xiàn)控制收割機后向拖車的自動填充［20］。飼草機械上信息化技術(shù)的應(yīng)用減輕了傳統(tǒng)作業(yè)方式的勞動強度，提高了勞動生產(chǎn)率，是實現(xiàn)飼草產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和保障。

圖1 Krone BiGX 1180自走式青貯飼料收獲機[21,22]

Fig.1 Krone BiGX 1180 self-propelled silage harvester

法國KUHN公司是世界著名的牧草收獲和飼喂攪拌農(nóng)機生產(chǎn)商，現(xiàn)成為田間農(nóng)業(yè)耕作機械、精密播種機、牧草機械、飼料攪拌機與植保機械的大型綜合性農(nóng)機具制造商。KUHN的SPV系列自走式飼料攪拌機，具有取料頭下降速度的電子控制及液壓攪龍優(yōu)化管理系統(tǒng)。取料頭在青貯料堆藏表面的下降速度可以根據(jù)所裝載作物的密度進行自動調(diào)整，可以保持纖細作物的顆粒大小均勻。從機械方面來看，減小了機器結(jié)構(gòu)上的應(yīng)力，同時保護液壓回路以防達到壓力峰值。攪龍獨立于其他機器組件，能夠在達到所需的料位時開始攪拌，因此能夠保持青貯等纖細作物的纖維度指標(biāo)，同時可以存儲并控制不同日糧的攪拌時間，從而降低了過度攪拌的風(fēng)險。攪龍轉(zhuǎn)速和發(fā)動機轉(zhuǎn)速實際上由所選的模式?jīng)Q定，自動攪龍轉(zhuǎn)速管理能夠?qū)τ秃倪M行全面控制。在駕駛輔助方面，可以對功能順序進行編程，在“飼喂”模式下為駕駛員提供輔助。

德國Urban公司生產(chǎn)的Calfmom U40自動犢牛飼喂機可以自動為牛犢配制、加熱飼喂的牛奶，還配置了自動添加藥物系統(tǒng)［24］。飼喂機上裝有質(zhì)量傳感器可以對剩余奶量進行精確稱量，可以對牛犢飲用的進程進行監(jiān)測。飼喂機上先進的飼喂管理系統(tǒng)可以讓飼養(yǎng)員直觀地用電腦控制犢牛飼喂。犢牛飼喂機配備犢牛自動飼養(yǎng)軟件管理系統(tǒng)，記錄每頭犢牛的個體飼喂信息并進行數(shù)據(jù)分析，還配置了電腦式操作顯示終端，可方便進行犢牛注冊、檢查、機器設(shè)置等操作。飼喂管理系統(tǒng)具備“隨意、個體、保留”三種飼喂模式，可設(shè)置8種進料曲線飼喂方案，便于針對不同犢牛情況設(shè)置不同飼喂方案，更加貼合犢牛的生長發(fā)育。

農(nóng)業(yè)機械化與信息化的融合發(fā)展有利于促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本節(jié)約和生態(tài)環(huán)境保護。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境問題主要指人們對自然環(huán)境的干預(yù)和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代科技成果的應(yīng)用帶來的資源浪費和環(huán)境破壞。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機械的作業(yè)方式智能化水平低，如施藥或施肥機械多采用不間斷恒量噴藥或施肥作業(yè)模式，造成農(nóng)藥飄移和土壤板結(jié)的生態(tài)污染問題，嚴重影響到農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

上世紀(jì)八十年代以來，各個國家對資源高效利用的現(xiàn)代智能農(nóng)業(yè)裝備愈發(fā)重視［25,26]。多類型、高精度的傳感器廣泛應(yīng)用于土壤養(yǎng)分探測、變量施藥的植保機械等，已經(jīng)成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械發(fā)展的主要趨勢。

精準(zhǔn)施肥的一個基本要求是首先要取得詳盡的土壤及作物養(yǎng)分信息。精準(zhǔn)土壤采樣技術(shù)是獲取土壤養(yǎng)分信息的重要手段，主要將農(nóng)田土壤進行網(wǎng)格劃分，以一個地段內(nèi)各單元網(wǎng)格采取土壤養(yǎng)分測定值為依據(jù)，結(jié)合土壤供肥特性、農(nóng)作物需肥規(guī)律和肥料田間效應(yīng)，繪制農(nóng)田精準(zhǔn)施肥處方圖。

現(xiàn)在的精準(zhǔn)土壤采樣方法主要有土樣化驗和土壤信息傳感器采集系統(tǒng)兩種。基于土樣化驗的施肥技術(shù)主要對土壤中的有機質(zhì)、pH值等進行檢測，技術(shù)人員配制出不同土壤類型的最佳施肥模式，提升耕地綜合生產(chǎn)能力，保障農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。目前美國測土配方已覆蓋了80%以上耕地面積，實現(xiàn)了全國范圍內(nèi)養(yǎng)分綜合管理［27］。其他發(fā)達國家如以色列、英國及荷蘭等國也很重視土壤化驗施肥技術(shù)［28］。由于土樣化驗在大面積土地調(diào)查中的效率太低，于是國外研發(fā)了車載土壤電導(dǎo)率測量系統(tǒng)。與此同時，國外也在研發(fā)各種土壤養(yǎng)分在線實時測量傳感器。

美國Veris Technologies公司的iScan+ 多參數(shù)土壤理化性質(zhì)測繪系統(tǒng)可以通過實地原位測量土壤的電導(dǎo)、溫度和濕度值，此系統(tǒng)適用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、土壤調(diào)查及土地利用規(guī)劃等領(lǐng)域。利用GPS定位和數(shù)據(jù)處理測繪軟件，繪制出土壤理化性質(zhì)分布圖，全面反映土壤鹽堿度、土壤肥力、根系深度、土壤表層溫度等重要信息。通過測定土壤具體參數(shù)，了解土壤肥力信息及是否有金屬污染，為土地生產(chǎn)能力及產(chǎn)量預(yù)測提供重要依據(jù)，與GPS信息相結(jié)合可繪制田地土壤成分空間分布圖，方便制定精準(zhǔn)施肥處方圖從而實現(xiàn)田間的變量施肥，對提高經(jīng)濟效益以及減少環(huán)境污染等具有重要意義。

變量施藥技術(shù)是采用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS）、GIS或?qū)崟r傳感器技術(shù)獲取農(nóng)田分塊區(qū)域內(nèi)病蟲草害的差異性并制定不同區(qū)域的目標(biāo)施藥量，通過調(diào)節(jié)壓力或流量大小等不同控制方式實現(xiàn)按目標(biāo)施藥量進行噴藥作業(yè)［30］。與傳統(tǒng)的大面積均勻噴施技術(shù)相比，變量噴施技術(shù)能夠提高農(nóng)藥利用率、降低作業(yè)成本并減少環(huán)境污染。變量噴霧機在國外精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)中應(yīng)用逐漸成熟，是現(xiàn)代植保機械的重要發(fā)展方向。

美國、歐盟和日本等國在施藥技術(shù)上結(jié)合信息化技術(shù)可實現(xiàn)精密、高對靶性及定量施藥，平均農(nóng)藥利用率在50%以上［31］。澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)研發(fā)出一款自動除草和施肥的機器人——Agbot II（圖2），它身上搭載先進的機器視覺自動識別系統(tǒng)，可精確分辨雜草與作物，在雜草檢測和分類上的總體成功率超過90％［32］。Agbott II采用太陽能供電，更加有利于節(jié)能環(huán)保，節(jié)省農(nóng)民預(yù)算。此外，Agbot II搭載的先進傳感器、軟件和其他電子設(shè)備可以使機器實現(xiàn)自動導(dǎo)航，對作物和雜草進行檢測和分類，并針對不同類別的雜草自動選擇機械剪除或化學(xué)施藥的方式來精確除草。除此以外，該機器人也可以用于精準(zhǔn)施肥。在未來的版本中，該機器人還可以在執(zhí)行操作時反饋有關(guān)土壤和作物的健康以及病蟲害等數(shù)據(jù)信息。

圖2 除草施肥機器人——Agbot II[32,33]

Fig. 2 Weeding and fertilizing robot—Agbot II

農(nóng)業(yè)機械裝備通過不斷改進提高再創(chuàng)新，其質(zhì)量水平也不斷提升。農(nóng)業(yè)機械上采用高度自動化的智能化輔助裝置，不僅可以提高田間工作效率，節(jié)約運營成本，增強駕駛員的舒適感受，而且能提高產(chǎn)品在國際市場上的聲譽和市場競爭力。控制智能化、操作自動化和駕駛舒適化是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)智能裝備發(fā)展的重要方向。

國外著名農(nóng)機企業(yè)產(chǎn)品大多采用基于ISO 11783的ISOBUS農(nóng)用機械串行控制和數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)，此標(biāo)準(zhǔn)詳細規(guī)定了智能農(nóng)機的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)、功能ECU（Electronic Control Unit）、CAN（Controller Area Network）總線通信及任務(wù)控制器結(jié)構(gòu)等。總線技術(shù)的發(fā)展實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機械控制器之間的信息共享，為農(nóng)機裝備的控制智能化提供了重要基礎(chǔ)?？茦肥展镜淖詣愚D(zhuǎn)向系統(tǒng)GPS PILOT配有集成10.4英寸的觸摸屏和雙頻接收器的S10終端，還具有操作自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、可控制接入ISOBUS的機具等功能。約翰迪爾公司的ISOBUS TIM（拖拉機工具管理）系統(tǒng)可以同ISOBUS設(shè)備結(jié)合控制拖拉機自動轉(zhuǎn)向。該系統(tǒng)為即插即用模塊，可在多臺機器上移植使用，也可對現(xiàn)有系統(tǒng)進行升級。

在植保機械的控制智能化方面，加拿大NORAC公司設(shè)計了一種能使噴桿根據(jù)地形輪廓自動進行調(diào)整的UC5噴桿控制系統(tǒng)。其裝載的超聲波傳感器可對高度變化迅速做出反應(yīng)，可在復(fù)雜地形作業(yè)中保持噴桿的離地高度，使噴頭維持在最佳的噴灑位置進行均勻施藥，減少農(nóng)藥在噴藥過程中的漂移。UC5控制系統(tǒng)的識別模式有三種，分別為土壤模式、農(nóng)作物模式和混合模式。三種模式可隨時切換來感應(yīng)土壤面或農(nóng)作物高度，自動進行噴桿高度調(diào)整。此外，系統(tǒng)包含主動旋轉(zhuǎn)角度控制組件，使得噴霧機在變化多端的地形上駕駛，旋轉(zhuǎn)和控制中心部分也會增加兩翼的起升速度。這個控制系統(tǒng)有效降低了駕駛者的工作壓力和疲勞程度，當(dāng)在不平坦的農(nóng)場地形上噴藥時，可不用注重地形的實時變化，從而將更多精力放在噴藥工作和安全作業(yè)上，大大提高了工作效率和作業(yè)安全性。

目前，農(nóng)業(yè)裝備的衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)起到了作業(yè)過程中的輔助駕駛作用，能減輕操作員疲勞，使得操作變得自動化。約翰迪爾AutoTrac自動導(dǎo)航系統(tǒng)可以安裝在各種農(nóng)機裝備上進行田間作業(yè)，比如用于整地、播種、施藥、收獲等作物全周期的田間作業(yè)，起到按壟作業(yè)或走直線的效果，提高了操作便利性。最新StarFire6000接收器使用的SF3衛(wèi)星差分信號精青貯飼料攪拌機度為±2.5 cm，兼容GPS、GNSS（Global Navigation Satellite System）和北斗等全球?qū)Ш较到y(tǒng)，與載波相位差分技術(shù)（Real-time Kinematic，RTK）設(shè)置基站方式相比，SF3信號不僅不需要RTK基站等基礎(chǔ)設(shè)施的投入，不受無線電和網(wǎng)絡(luò)局限，并且內(nèi)置地形補償模塊，可以確保坡地作業(yè)時的準(zhǔn)確性，特別契合跨區(qū)作業(yè)需求。SF3衛(wèi)星差分信號對作業(yè)路徑有存儲功能，可實現(xiàn)一年內(nèi)作業(yè)路徑可重復(fù)。系統(tǒng)對越過遮蓋區(qū)域后的信號搜索能力很強，能在通過遮蓋區(qū)域后快速恢復(fù)信號狀態(tài)，此外自動導(dǎo)航系統(tǒng)還采用多衛(wèi)星跟蹤來保障信號的穩(wěn)定性，配合iTEC Pro轉(zhuǎn)向路徑規(guī)劃模塊，可使作業(yè)車輛在最大轉(zhuǎn)彎速度下實現(xiàn)最小轉(zhuǎn)彎路徑規(guī)劃。衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的快速發(fā)展極大促進了現(xiàn)代農(nóng)機裝備的操作自動化，衛(wèi)星導(dǎo)航提供的輔助駕駛功能大大提高了作業(yè)效率與作業(yè)質(zhì)量。

經(jīng)濟作物收獲機械采棉機的技術(shù)發(fā)展是技術(shù)難點，約翰迪爾CP690自走式打包采棉機（圖3）目前可實現(xiàn)不停機作業(yè)、邊采摘邊打包的功能。該采棉機采用ProDrive自動換擋變速箱和防打滑系統(tǒng)等來確保田間作業(yè)時穩(wěn)定的前后牽引力。駕駛室多功能控制桿采用模塊化設(shè)計，一觸式操作即可實現(xiàn)棉包卸載。這種采棉機加注液體1次（柴油、清洗液和潤滑脂）可以不間斷工作12小時，1分鐘內(nèi)從采摘模式切換到運輸模式，輔助勞動少，實現(xiàn)了采棉機的連續(xù)作業(yè)，效率提高了20%~30%。此外，采棉機配備RowSense對行行走系統(tǒng)，能自動控制機器田間作業(yè)轉(zhuǎn)向，不僅使得行距中心線與采摘頭中心線對齊，保證采棉機準(zhǔn)確按照播種路線行走，還有利于黃昏和夜間的對行采摘作業(yè)，減輕人的疲勞強度。CP690棉花采收機標(biāo)配籽棉含水量實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，濕度傳感器安裝在棉花打包器上，在棉花打包過程中連續(xù)測量籽棉的濕度，駕駛員能通過濕度傳感器采回的含水率數(shù)據(jù)實時調(diào)整軋棉效率，有助于保證棉花打包的質(zhì)量。采棉機整車智能化、信息化水平高，監(jiān)測控制系統(tǒng)可實現(xiàn)智能控制、自動監(jiān)測、故障自診斷和危險報警等諸多功能，有效保證了棉花采收質(zhì)量和作業(yè)效率。

圖3 約翰迪爾-CP690自走式打包采棉機

Fig. 3 John Deere-CP690 self-propelled baling cotton picker

國外大型農(nóng)機企業(yè)的市場營銷理念在逐漸變化，從以往通過產(chǎn)品推銷的傳統(tǒng)方式過渡到注重解決客戶問題的營銷理念上來。注重農(nóng)業(yè)裝備的駕駛舒適化已經(jīng)成為國外農(nóng)機企業(yè)關(guān)注的重點之一。德國菲茨曼農(nóng)機公司（Fritzmeier Group）設(shè)計一種個性化的駕駛室需要三年左右的時間，其中包括一年半的安全測試和性能試驗時間。測試項目包括頂棚抗擠壓安全、振動舒適性能測試等，測試期間對采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)記錄與分析，不斷優(yōu)化設(shè)計方案。國外的部分拖拉機，如紐荷蘭TL-A系列輪式拖拉機、挑戰(zhàn)者MT系列履帶拖拉機等駕駛室地板鋪設(shè)加厚覆蓋層，駕駛室內(nèi)部采用吸音、隔熱材料，能有效隔離室外溫度并降低噪音，駕駛室噪聲均達到75 dB（A）上下，已經(jīng)接近汽車標(biāo)準(zhǔn)。拖拉機駕駛室大多寬敞明亮，駕駛員在工作時可擁有更大方位的視角，帶有減震器的懸掛式座椅可調(diào)整，為駕駛員提供一個安全、舒適的作業(yè)環(huán)境。駕駛室內(nèi)操作面板和操控桿均勻分布在駕駛員的兩側(cè)，操縱配置更加合理，使駕駛員可根據(jù)不同體型及駕駛習(xí)慣調(diào)節(jié)位置。除踏板外，駕駛員兩側(cè)有多功能操縱桿、水杯座及折疊式副座等，副座多有安全防護裝置等。

改革開放以來，國家部署實施大量農(nóng)業(yè)裝備科技創(chuàng)新項目，中國農(nóng)業(yè)機械化水平不論從機械裝備數(shù)量上還是農(nóng)機裝備技術(shù)上都呈現(xiàn)穩(wěn)步提高的趨勢。中國已成為世界第一農(nóng)機生產(chǎn)和使用大國，實現(xiàn)了從主要依靠人力、畜力到主要依靠機械動力的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變，也正處于從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時期。從整體上來看，中國的農(nóng)業(yè)機械化已經(jīng)得到了長足發(fā)展，農(nóng)業(yè)機械化產(chǎn)品呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢。

中國已成為世界農(nóng)機大國，農(nóng)機工業(yè)產(chǎn)值世界第一，農(nóng)機使用量世界第一［17］。2018年，中國農(nóng)業(yè)機械總動力達到100,371.7萬千瓦，在國家中央農(nóng)機補貼政策的進一步促進下，2019年，中國農(nóng)業(yè)機械總動力有小幅增加，至102,708萬千瓦［39］。2019年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部加快推進農(nóng)機化轉(zhuǎn)型升級工作，全國農(nóng)作物耕種收綜合機械化率超過70%，提前一年實現(xiàn)“十三五”目標(biāo)。當(dāng)前，三大糧食作物——小麥、水稻、玉米的耕種收基本實現(xiàn)機械化作業(yè)，其綜合機械化率均已超過80%［40］。全國農(nóng)機裝備結(jié)構(gòu)持續(xù)改善，農(nóng)業(yè)機械在集成技術(shù)、節(jié)本增效、推動規(guī)模經(jīng)營方面的重要作用充分顯現(xiàn)，強力支撐了主要農(nóng)產(chǎn)品的有效供給。

2018年底，全國已有300多個示范縣率先基本實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全程機械化［41］。在此基礎(chǔ)上，各類新型主體不斷涌現(xiàn)，服務(wù)模式不斷創(chuàng)新，農(nóng)機合作社發(fā)展迅速，數(shù)量不斷增加［42］。2018年中國農(nóng)機作業(yè)服務(wù)組織達到18.7萬個，其中農(nóng)機合作社7萬個，全年重要農(nóng)時農(nóng)機服務(wù)面積累計超過400,000 khm2（60億畝），促進了小農(nóng)生產(chǎn)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展有機銜接［43］。全社會對農(nóng)業(yè)機械化的認識不斷提高［44］，“農(nóng)業(yè)的根本出路在于機械化”已成為全社會的共識。

種植和收獲機械化是中國農(nóng)作物生產(chǎn)中突出的薄弱環(huán)節(jié)，如水稻的插秧、拋栽和直播環(huán)節(jié)、玉米的籽粒直收和馬鈴薯的收獲破損率高、棉花機采損失率偏高等?！爸饕r(nóng)作物生產(chǎn)全程機械化推進行動”實施以來，企業(yè)、高校、科研院所等都在不斷加大薄弱環(huán)節(jié)機械化新技術(shù)和新機具的研發(fā)力度，積極探索主要農(nóng)作物的機械化生產(chǎn)模式，取得了顯著成效。水稻機械化播種和插秧種植面積持續(xù)提高，東北地區(qū)和江蘇水稻種植基本實現(xiàn)機械化；玉米柔性揉搓式脫粒機理和關(guān)鍵脫粒機構(gòu)研發(fā)進度加快，籽粒直收試驗示范開始起步；馬鈴薯的改良聯(lián)合收獲機械穩(wěn)步推進，主產(chǎn)區(qū)各單項環(huán)節(jié)機械化作業(yè)已經(jīng)具備較高水平；棉花生產(chǎn)全程機械化水平加速提升，采棉機摘錠生產(chǎn)等關(guān)鍵技術(shù)、制造工藝取得突破，一批國產(chǎn)采棉機開始批量生產(chǎn)，適宜全程機械化生產(chǎn)的機采棉模式逐步成熟并得到較快推廣。

農(nóng)機農(nóng)藝的融合主要是為了創(chuàng)造高效的農(nóng)業(yè)機械化作業(yè)體系，通過農(nóng)藝指導(dǎo)農(nóng)機發(fā)展方向，再由農(nóng)機作業(yè)實現(xiàn)農(nóng)藝的相關(guān)要求。近年來，各級農(nóng)業(yè)管理部門加強對農(nóng)機農(nóng)藝結(jié)合工作的實施，不僅強化了農(nóng)業(yè)機械對于農(nóng)藝的改進，還要求農(nóng)藝技術(shù)向著標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化方向發(fā)展，有效促進了農(nóng)機與農(nóng)藝技術(shù)相互推動的協(xié)調(diào)發(fā)展，既確保了農(nóng)業(yè)耕種制度與農(nóng)業(yè)機械相匹配，又確保了農(nóng)業(yè)機械滿足農(nóng)藝技術(shù)的種植和收獲要求。

以中國棉花主產(chǎn)地新疆地區(qū)為例，基于棉花主產(chǎn)區(qū)的氣候土壤特點，實現(xiàn)高效機械化生產(chǎn)為目標(biāo)，新疆建立了特色鮮明的棉花生產(chǎn)全程機械化技術(shù)體系，突破了棉花生產(chǎn)全程機械化農(nóng)機農(nóng)藝融合關(guān)鍵技術(shù)。如圖4所示，研發(fā)出耕整地、精量播種、高效噴藥、機械采收等關(guān)鍵技術(shù)裝備，自主開發(fā)了種床整備、立體噴施植保、高效籽棉貯運等農(nóng)藝技術(shù)措施。農(nóng)藝與農(nóng)機的深度融合，形成了特色鮮明的棉花生產(chǎn)全程機械化技術(shù)體系，顯著提升了棉花生產(chǎn)水平。該技術(shù)體系在新疆應(yīng)用面積超過了80%，帶動了中國棉花生產(chǎn)整體水平進一步提升。

圖4 棉花生產(chǎn)全程機械化技術(shù)體系示意圖

Fig. 4 Mechanized technology system for the whole process of cotton production

進入新世紀(jì)以來，國內(nèi)科研院所、高校和一些企業(yè)密切跟蹤國外智能農(nóng)機裝備的發(fā)展趨勢在智能農(nóng)業(yè)動力機械、智能裝備控制與導(dǎo)航技術(shù)、農(nóng)機裝備智能化設(shè)計與驗證關(guān)鍵技術(shù)、農(nóng)機智能作業(yè)管理關(guān)鍵技術(shù)等環(huán)節(jié)進行了專門的研究工作，形成了一批較為成熟的技術(shù)和產(chǎn)品，并通過關(guān)鍵技術(shù)的集成和示范應(yīng)用取得了一定的成效。部分技術(shù)迭代成熟實現(xiàn)應(yīng)用，投入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提高了機械化作業(yè)質(zhì)量和工作效率。例如，廣州中海達衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司農(nóng)機智能終端采用一體化設(shè)計，采用其獨有的Smart Heading 等多項專利技術(shù)，可以顯示駕駛數(shù)據(jù)并實現(xiàn)對農(nóng)機駕駛的操控，用戶界面具有作業(yè)數(shù)據(jù)顯示、導(dǎo)航模式調(diào)整等功能。

相比起發(fā)達國家，國內(nèi)目前尚缺乏成熟的產(chǎn)品，雖然國內(nèi)學(xué)者一直在進行智能農(nóng)機裝備的研究開發(fā)，但精度、可靠性、多環(huán)境下的適應(yīng)性較差等問題使得國內(nèi)離大面積推廣使用還有差距。

通過多農(nóng)機作業(yè)情況的實時監(jiān)控與記錄，及時獲得農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)，建立農(nóng)情數(shù)據(jù)庫。天津、吉林等地建立了深松作業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)機械化作業(yè)的實時監(jiān)控，利用全球衛(wèi)星定位技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和服務(wù)平臺，實現(xiàn)對農(nóng)機具作業(yè)質(zhì)量監(jiān)管與跨區(qū)作業(yè)調(diào)度。黑龍江七星、紅星等農(nóng)場陸續(xù)建立了農(nóng)機作業(yè)管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)了遠程的農(nóng)機作業(yè)路徑跟蹤定位、農(nóng)機作業(yè)視頻監(jiān)控、機車統(tǒng)一調(diào)度指揮、機車維護與保養(yǎng)和網(wǎng)絡(luò)視頻會議等。

近年來，中國農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量快速提升。針對各地作物種植類型和農(nóng)機需求類型的不同，國內(nèi)農(nóng)機企業(yè)不斷推進農(nóng)機裝備創(chuàng)新，研發(fā)適合不同地區(qū)農(nóng)業(yè)和農(nóng)民需要，先進適用的各類農(nóng)機。農(nóng)機和農(nóng)藝融合、系統(tǒng)化研究、全程機械化的創(chuàng)新理念逐步被廣泛接受。

以中國新疆地區(qū)棉花生產(chǎn)全程機械化技術(shù)為例。1979年，新疆石河子墾區(qū)棉花種植引進了地膜覆蓋技術(shù)，通過與不鋪地膜種植試驗對比，棉花可以增產(chǎn)35%。雖然地膜種植模式大幅提高了增產(chǎn)效益的，但人工作業(yè)效率低的問題導(dǎo)致地膜種植模式難以大面積推廣，亟須研發(fā)先進適用的地膜植棉機械。通過鋪膜播種機的創(chuàng)新研發(fā)，實現(xiàn)了從成果到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化，系列產(chǎn)品迅速得到推廣應(yīng)用，新疆兵團皮棉平均單產(chǎn)由1982年的579 kg/hm2 發(fā)展到1994年的1230 kg/hm2。20世紀(jì)90年代后期，在棉花地膜種植的基礎(chǔ)上，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團提出了基于機采棉條件下，植棉全程水肥調(diào)控的膜下滴灌、精量播種栽培新農(nóng)藝，為此研發(fā)了一次作業(yè)即能完成種床整理、鋪管鋪膜、精量播種、種孔覆土等8道工序的新機具，達到了播量精確、播深一致、株距均勻、適應(yīng)機采和高密度的農(nóng)藝技術(shù)要求（圖5）。2003年，機具通過省部級科研成果鑒定，整體達到了國際先進水平。棉花膜下滴灌精量播種技術(shù)與裝備在新疆全面推廣，皮棉平均單產(chǎn)進一步發(fā)展到2014年的2335.5 kg/hm2。

圖5 不同類型的膜下滴灌精量播種機

Fig. 5 Different types of precision seeder for drip irrigation under film

近年來，新疆以機械化采收為主線，集成種子處理、種床整備、精量播種、脫葉催熟、機械收獲和儲運加工等關(guān)鍵技術(shù)，建立棉花生產(chǎn)全程機械化技術(shù)體系，實現(xiàn)規(guī)?；茝V應(yīng)用。新疆兵團農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化與信息化相結(jié)合，特別是在棉花生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)中實施以“精細耕整地、精準(zhǔn)播種、精準(zhǔn)施肥、精準(zhǔn)灌溉、精準(zhǔn)田間生態(tài)監(jiān)測、精細收獲”為主要技術(shù)內(nèi)容的精準(zhǔn)作業(yè)系統(tǒng)，提高自動化與智能化作業(yè)水平、作業(yè)質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)棉花生產(chǎn)的提質(zhì)增效。2018年，全國棉花種植面積5.0285×107 hm2，其中新疆3.737×107 hm2，占全國比例達到74.3%，表明新疆已成為中國最大的優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地。

中國農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展雖然取得了顯著進步，但國家實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，推進農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化，對農(nóng)業(yè)機械化提出了新的更高層次的要求。綜合分析，中國農(nóng)業(yè)機械化和農(nóng)機裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展還不平衡、不充分，一些深層次的矛盾和問題亟待解決［51］，智能化與信息化水平還很低，與發(fā)達國家相比還存在明顯差距。主要表現(xiàn)在以下四方面。

一是農(nóng)機信息化融合的區(qū)域及結(jié)構(gòu)發(fā)展不平衡。不同于國外農(nóng)機發(fā)達的國家，中國地域遼闊，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域復(fù)雜多樣，地理環(huán)境差異、農(nóng)作物種類的多樣性及種植模式的差別決定了對農(nóng)業(yè)機械裝備需求的多樣性。比如，很多丘陵地區(qū)受地勢形貌的影響，很難進行規(guī)模化的機械生產(chǎn)與采集，農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展缺乏必要條件，導(dǎo)致全國農(nóng)機信息化發(fā)展出現(xiàn)區(qū)域不協(xié)調(diào)的情況。整體表現(xiàn)為，農(nóng)業(yè)機械信息化水平西部地區(qū)落后于東部地區(qū)，山地丘陵地區(qū)落后于平原生產(chǎn)地區(qū)；作物種植業(yè)的農(nóng)機信息化水平較高，而畜牧業(yè)、漁業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品初加工的設(shè)施農(nóng)業(yè)信息化程度較低；小馬力中低端機具多，大馬力高端智能化農(nóng)機少；單一功能作業(yè)技術(shù)多，集成配套的機具作業(yè)技術(shù)較少；小規(guī)模自用型農(nóng)機戶較多，大規(guī)模專業(yè)化服務(wù)組織較少。

二是企業(yè)和農(nóng)民對農(nóng)業(yè)機械信息化的認可度還不高。目前中國農(nóng)民勞作方式主要以家庭為單位，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式仍以家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制為主，類似于國外大農(nóng)場的生產(chǎn)模式仍處于發(fā)展階段，導(dǎo)致目前中國高度自動化、信息化的農(nóng)業(yè)機械設(shè)備無用武之地。由于許多農(nóng)機企業(yè)和部分地區(qū)農(nóng)業(yè)管理者過度追求眼前效益，對農(nóng)業(yè)機械信息化所帶來的長遠發(fā)展認識不到位，沒有認識到中國農(nóng)機走“智能化、信息化”的發(fā)展道路是中國農(nóng)機發(fā)展的未來趨勢，忽視了信息技術(shù)的應(yīng)用可以大幅提高傳統(tǒng)農(nóng)機作業(yè)效率的巨大優(yōu)勢，種種原因?qū)е聝r格更高的信息化農(nóng)機設(shè)備目前在我國普及率不高。

三是基礎(chǔ)研究與關(guān)鍵技術(shù)研究薄弱，農(nóng)機信息化水平含量低。國內(nèi)缺乏對農(nóng)業(yè)機械化領(lǐng)域長期系統(tǒng)的研究與技術(shù)集成，關(guān)鍵技術(shù)與智能機具不足［52］，尚未形成完善的以信息技術(shù)為基礎(chǔ)的全程機械化技術(shù)模式和高度智能化的機器配置系統(tǒng)。中國農(nóng)機長期依靠引進、消化、吸收國外農(nóng)機技術(shù)，導(dǎo)致核心技術(shù)匱乏且缺乏基礎(chǔ)技術(shù)研究和自主創(chuàng)新技術(shù)能力。特別是高端機具配套的液壓驅(qū)動系統(tǒng)、總線及控制系統(tǒng)嚴重依賴進口，國產(chǎn)高端信息化農(nóng)機產(chǎn)品可靠性較低，產(chǎn)品故障率高，平均無故障時間均低于發(fā)達國家；作業(yè)效果難以保障，漏播、漏藥、糧食收獲損失大；安全環(huán)保性能差，產(chǎn)品服務(wù)體系不完善等，這些因素導(dǎo)致智能化農(nóng)機不能實現(xiàn)大面積長期穩(wěn)定的田間作業(yè)。此外，農(nóng)業(yè)信息化專業(yè)的技術(shù)人員的欠缺、企業(yè)創(chuàng)新能力不足也是發(fā)展信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)機械化結(jié)合發(fā)展的重要阻力，導(dǎo)致中國農(nóng)業(yè)機械與信息化的融合難以短時間內(nèi)快速推進。

四是農(nóng)機作業(yè)信息系統(tǒng)管理水平不高且缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各地?zé)o法實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與多地區(qū)的聯(lián)合統(tǒng)一調(diào)度。近年來，國內(nèi)的農(nóng)機信息化管理與遠程調(diào)度發(fā)展雖然取得了明顯進步，但是依然存在管理體制不完善、信息平臺建設(shè)缺乏統(tǒng)一指導(dǎo)與規(guī)劃、缺少政府宏觀管理等問題［53］。各地區(qū)自行建設(shè)或引進的信息系統(tǒng)平臺各有特色，難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和多地的聯(lián)合調(diào)度，不能大范圍應(yīng)用與推廣；智能農(nóng)機裝備與信息管理平臺的網(wǎng)絡(luò)通訊和信息接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，沒有實現(xiàn)接口、功能和界面的標(biāo)準(zhǔn)化，可移植性和系統(tǒng)兼容性差，導(dǎo)致農(nóng)機裝備與信息系統(tǒng)平臺的協(xié)同性也較差。

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械裝有大量用來感知作業(yè)環(huán)境和機具本身作業(yè)狀態(tài)信息的傳感器。傳感器采集的信息對于機具田間作業(yè)的質(zhì)量極為重要。智能感知信息是智能農(nóng)業(yè)裝備精準(zhǔn)作業(yè)的關(guān)鍵，對于如何提高智能感知技術(shù)的精準(zhǔn)度、可靠性和實時性問題是亟待解決的難題。

圍繞農(nóng)業(yè)精細生產(chǎn)需求，開發(fā)基于先進傳感器、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及智能決策等智能感知技術(shù)，開展監(jiān)測土壤溫濕度、耕作阻力及有機質(zhì)含量、作物詳細養(yǎng)分信息的高精度檢測采集技術(shù)研究，同時研發(fā)對作物長勢、農(nóng)田病蟲草害等的作物信息感知傳感器，形成基于農(nóng)作物生產(chǎn)過程監(jiān)測的精細生產(chǎn)調(diào)控系統(tǒng)；開發(fā)基于信息傳感控制的耕整深度可調(diào)、精準(zhǔn)播種、精量施肥與施藥的精準(zhǔn)耕整地與植?？刂企w系，提高植保作業(yè)的自動化和智能化水平，奠定農(nóng)機作業(yè)與先進農(nóng)藝技術(shù)協(xié)調(diào)融合的理論基礎(chǔ)。

目前農(nóng)機衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展相對成熟，可提供全天時、全氣候條件下的位置導(dǎo)航信息，但農(nóng)機作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，磁場、極端天氣和復(fù)雜地形都會造成導(dǎo)航信號不同程度的丟失，所以開發(fā)多信息融合的導(dǎo)航系統(tǒng)是提高智能農(nóng)機不間斷作業(yè)穩(wěn)定性的關(guān)鍵。發(fā)展集GNSS、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（Inertial Navigation System，INS）和機器視覺導(dǎo)航系統(tǒng)融合的高端導(dǎo)航系統(tǒng)是推進未來無人農(nóng)機復(fù)雜場景作業(yè)的重點。

推進以信息技術(shù)為基礎(chǔ)的智能化、自動化農(nóng)機裝備的設(shè)計制造，實現(xiàn)信息化和智能化農(nóng)機裝備升級，適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展對先進適用農(nóng)業(yè)機械的要求，來提高中國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備有效供給能力和國際競爭力。

一是推進智能化、自動化農(nóng)機裝備的設(shè)計制造。全面提升農(nóng)機信息化設(shè)計水平，推行產(chǎn)品模塊化設(shè)計、知識工程技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)計；建立先進的產(chǎn)品試驗檢測平臺，縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期，降低企業(yè)的研發(fā)費用、試制費用和田間測試費用，從而有效提高農(nóng)機產(chǎn)品的質(zhì)量；要構(gòu)建以產(chǎn)品設(shè)計、精密制造、面向不同銷售對象和服務(wù)等環(huán)節(jié)的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)信息平臺；采用先進的制造技術(shù)和工藝，推行并行工程、虛擬制造、智能制造等先進制造技術(shù)，提高加工效率，提高現(xiàn)代智能農(nóng)機的零部件和整機的精密制造水平。

二是對智能農(nóng)業(yè)裝備進行信息化、智能化升級。首先是智能農(nóng)業(yè)動力機械。利用多源信息融合技術(shù)、衛(wèi)星自動導(dǎo)航技術(shù)、計算機總線通信技術(shù)、人機工程技術(shù)等來提高農(nóng)用拖拉機、大型自走式農(nóng)業(yè)機械的操控性、機動性和人員作業(yè)舒適性［54］。開發(fā)拖拉機的動力換檔和無級變速箱、電子控制分置式液壓懸掛、電液提升器與懸浮式轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋等技術(shù)，研制全動力換檔、無級變速傳動、四輪制動等系列大型拖拉機，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)多樣化生產(chǎn)提供綠色高效動力。特別是丘陵地區(qū)的農(nóng)業(yè)機械發(fā)展要注重機具的地形適應(yīng)能力，研發(fā)具有地面仿形功能的主動懸架，提高機具在山地作業(yè)的安全性。其次是智能化田間作業(yè)機械，開展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備參數(shù)信息獲取與控制智能一體化，包括提升耕整地機械、播種機、施肥機、收獲機械等作業(yè)機械的智能化。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的智能化田間作業(yè)裝備能大幅提高化肥和農(nóng)藥的利用率，比如耕整機械裝備可以結(jié)合土壤信息感知技術(shù)，在耕整地階段進行全方位、多參數(shù)地感知土壤信息，建立土壤信息處方圖；變量噴霧機能提高農(nóng)藥利用率，減少污染，保護生態(tài)環(huán)境；智能化施肥機械可以在施肥過程中根據(jù)作物密度、土壤肥力等參數(shù)控制施肥量，提高肥料利用率。

現(xiàn)在國內(nèi)各地區(qū)的農(nóng)機作業(yè)信息管理系統(tǒng)復(fù)雜多樣，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與多地的聯(lián)合統(tǒng)一調(diào)度。對各地區(qū)信息管理平臺與智能農(nóng)機裝備的接口進行標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一，增強監(jiān)控終端和操作系統(tǒng)的可移植性，統(tǒng)籌規(guī)劃建立全國統(tǒng)一的農(nóng)業(yè)機械化作業(yè)管理系統(tǒng)。運用“互聯(lián)網(wǎng)+”平臺，圍繞農(nóng)機作業(yè)耕、種、管、收等核心環(huán)節(jié)，通過車載GPS、攝像頭和多種作業(yè)狀態(tài)檢測傳感器，實現(xiàn)多機型、多時段、多地域的遠程作業(yè)路徑跟蹤定位，作業(yè)視頻監(jiān)控、農(nóng)機農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況等的實時監(jiān)測，機車統(tǒng)一指揮調(diào)度、機具信息管理、機手管理等。標(biāo)準(zhǔn)化農(nóng)機作業(yè)信息管理系統(tǒng)的大面積推廣，使得各地農(nóng)機部門采用信息化手段快速科學(xué)地對農(nóng)業(yè)機具進行調(diào)度，有效促進了閑置農(nóng)機的應(yīng)用，由此提高農(nóng)機利用率，降低農(nóng)業(yè)機械化的運營成本。通過農(nóng)機作業(yè)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，將農(nóng)機和農(nóng)藝融合起來形成耕種管收全生態(tài)鏈的信息感知大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)健康、綠色、精準(zhǔn)和高效的需求。

此外，推行建立農(nóng)業(yè)機具數(shù)據(jù)庫、農(nóng)機作業(yè)離線數(shù)據(jù)庫和農(nóng)機政務(wù)信息資源庫，生成農(nóng)業(yè)裝備作業(yè)處方圖來指導(dǎo)農(nóng)機裝備進行智能化作業(yè)，為農(nóng)業(yè)機械化大數(shù)據(jù)分析利用做好準(zhǔn)備。建設(shè)農(nóng)場管理遠程咨詢系統(tǒng)、農(nóng)場咨詢系統(tǒng)和涉農(nóng)技術(shù)中心網(wǎng)站等能為農(nóng)民獲取信息服務(wù)提供重要載體，提高農(nóng)民技術(shù)水平和信息選擇能力。

無人農(nóng)場是新一代信息技術(shù)、智能裝備技術(shù)與先進農(nóng)藝深度融合的產(chǎn)物，也是未來農(nóng)場的發(fā)展方向。目前搭載衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的輔助駕駛農(nóng)業(yè)裝備是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備的主流，隨著農(nóng)業(yè)信息化和智能化的發(fā)展，開展對無人農(nóng)機路徑規(guī)劃及導(dǎo)航?jīng)Q策、自主避障、多機協(xié)同作業(yè)技術(shù)的研究是未來無人農(nóng)機自主作業(yè)的關(guān)鍵。

無人農(nóng)場的關(guān)鍵技術(shù)在于智能感知、智能導(dǎo)航與智能決策等方面。農(nóng)業(yè)裝備的作業(yè)環(huán)境是復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境，農(nóng)機自主作業(yè)對裝備的信息感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)有更高的要求。設(shè)計結(jié)合農(nóng)機自身傳感器對作業(yè)環(huán)境信息進行路徑規(guī)劃的算法，解決導(dǎo)航?jīng)Q策的魯棒性和抗干擾性，開發(fā)多機協(xié)同作業(yè)任務(wù)分配算法，為農(nóng)機的自主作業(yè)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。利用衛(wèi)星遙感、無人機拍照、車載多功能傳感器等技術(shù)實現(xiàn)作物土壤探測、農(nóng)作物長勢與病蟲害等信息的實時動態(tài)監(jiān)測。依托無人農(nóng)場智慧管理云平臺，通過信息化手段，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械裝備的生產(chǎn)指揮調(diào)度和生產(chǎn)要素的全面管理。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理的全程無人化，能大大提高勞動生產(chǎn)效率，改善人力勞作的農(nóng)業(yè)模式。

為加快信息化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械上的應(yīng)用，建議依托聯(lián)盟、學(xué)/協(xié)會等團體和組織，建立對農(nóng)業(yè)智能裝備領(lǐng)域常用術(shù)語和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、安全標(biāo)準(zhǔn)、服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系；對農(nóng)機裝備上的智能監(jiān)控終端、編寫數(shù)據(jù)接口規(guī)范、無線通訊協(xié)議等農(nóng)機裝備的共性通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)先集中發(fā)布實施。

大力建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綜合示范基地，多鼓勵國內(nèi)外大型農(nóng)機企業(yè)入駐，對農(nóng)機信息化產(chǎn)業(yè)鏈中關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)給予資金支持，促進行業(yè)的快速技術(shù)革新。加強對農(nóng)業(yè)機械管理人員的培訓(xùn)和專業(yè)技術(shù)指導(dǎo)，可以有效地青貯飼料攪拌機加快農(nóng)業(yè)機械信息化的建設(shè)，重點培養(yǎng)適合農(nóng)業(yè)機械化信息建設(shè)的專業(yè)性人才，從而全面促進農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)的自動化和智能化水平。

發(fā)達國家的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程都伴隨著農(nóng)業(yè)機械化的快速發(fā)展，從農(nóng)業(yè)機械化開始實行到基本實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化要經(jīng)歷20~30年的時間。目前發(fā)達國家的農(nóng)機產(chǎn)品需求向著成套化、自動化和精準(zhǔn)智能化方向發(fā)展。

中國農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展已經(jīng)呈現(xiàn)出農(nóng)作物薄弱環(huán)節(jié)機械化快速推進、農(nóng)機農(nóng)藝快速融合、智能裝備研發(fā)穩(wěn)步推進及農(nóng)業(yè)機械信息化發(fā)展等新的特點，但與發(fā)達國家的發(fā)展相比，國內(nèi)農(nóng)機的技術(shù)性、效率性、持續(xù)性等方面沒有達到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要，農(nóng)業(yè)機械與信息技術(shù)融合不足，總體仍存在一些不平衡、不充分的問題。

中國地形地貌復(fù)雜，種植結(jié)構(gòu)多樣，農(nóng)業(yè)人口眾多，目前的農(nóng)業(yè)發(fā)展方向是既要精細化耕作保證糧食安全，又要借助高效農(nóng)機降低農(nóng)業(yè)成本。信息技術(shù)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的新動力，對轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展方式有重要推動作用。農(nóng)業(yè)機械與信息技術(shù)融合是今后中國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)建設(shè)和發(fā)展的重點，中國應(yīng)不斷提高農(nóng)業(yè)機械信息化發(fā)展的能力和水平，促進農(nóng)業(yè)機械與信息技術(shù)的進一步融合，推進農(nóng)業(yè)機械化和農(nóng)機裝備產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，將其作為推進農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化建設(shè)的重要內(nèi)容。通過農(nóng)業(yè)機械與信息技術(shù)的高度融合，形成規(guī)?；?、集約化的生產(chǎn)模式，使信息化成為推動農(nóng)業(yè)機械效益增長的重要手段，推進農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收。

作者：陳學(xué)庚、溫浩軍、張偉榮、潘佛雛、趙巖

來源：智慧農(nóng)業(yè)

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農(nóng)機大全網(wǎng)（www.iwpwp.com）發(fā)布·(2022-07-13 08:22:51)