○浙江省杭州市蕭山區(qū)農(nóng)機(jī)水利技術(shù)推廣中心 李鑒方

浙江農(nóng)林大學(xué)光機(jī)電工程學(xué)院 馬宇飛 黃佳男 赫廣元 雷良育

隨著傳感器技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)正朝著數(shù)字農(nóng)機(jī)的方向發(fā)展。數(shù)字農(nóng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)精確化、遠(yuǎn)程化操作，徹底改變傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)的作業(yè)模式，極大提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力。杭州市蕭山區(qū)政府通過政策扶持、項(xiàng)目帶動(dòng)、示范引領(lǐng)、培訓(xùn)推動(dòng)等措施，推動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械往數(shù)字化方向發(fā)展。經(jīng)過多年發(fā)展，基于傳感器技術(shù)和農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)字農(nóng)機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了一定應(yīng)用。

一、數(shù)字農(nóng)機(jī)技術(shù)概述

數(shù)字化技術(shù)是指將信息通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)形式的一種高科技技術(shù)。數(shù)字農(nóng)機(jī)技術(shù)則是將數(shù)字化技術(shù)運(yùn)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械中，按照人類的生產(chǎn)需求，將農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)中涉及的對(duì)象和全過程實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和可視化的表達(dá)、設(shè)計(jì)、控制和管理的一種技術(shù)。

將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)中，可使農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)更加現(xiàn)代化和自動(dòng)化，極大地提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的科技水平。結(jié)合3s技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)、環(huán)境數(shù)據(jù)采集等技術(shù)，建立數(shù)字農(nóng)機(jī)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)的網(wǎng)絡(luò)化管理，各級(jí)管理部門可通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)掌握作業(yè)農(nóng)機(jī)的相關(guān)信息，查詢農(nóng)田地理信息、土壤信息以及農(nóng)作物情況信息，提高農(nóng)機(jī)管理水平和生產(chǎn)效率。同時(shí)集成大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，利用智能算法為用戶提供精準(zhǔn)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)智能化管理。數(shù)字農(nóng)機(jī)系統(tǒng)主要技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 數(shù)字農(nóng)機(jī)系統(tǒng)主要技術(shù)架構(gòu)

二、應(yīng)用情況

到2020年底，蕭山區(qū)農(nóng)機(jī)總動(dòng)力達(dá)36.64萬(wàn)千瓦，農(nóng)機(jī)服務(wù)總收入達(dá)3.05億元，全區(qū)基本形成了以市場(chǎng)化為導(dǎo)向、政府宏觀調(diào)控的農(nóng)機(jī)化服務(wù)體系。糧食、蔬菜、花卉、茶葉、畜牧等產(chǎn)業(yè)已基本實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化生產(chǎn)。蕭山區(qū)大力發(fā)展先進(jìn)高效的數(shù)字農(nóng)機(jī)裝備，推廣應(yīng)用5G、遙感、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)，進(jìn)一步提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

1.蔬菜種苗智能分級(jí)分揀機(jī)。目前絕大多數(shù)的蔬菜種苗分級(jí)分揀工作都是由人工完成，效率低下且分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。蕭山舒蘭農(nóng)業(yè)（蔬菜）使用蔬菜種苗智能分級(jí)分揀機(jī)實(shí)現(xiàn)了在種苗培育期，根據(jù)種苗生長(zhǎng)情況進(jìn)行嚴(yán)格分級(jí)，同時(shí)對(duì)弱苗病苗進(jìn)行剔除，提高了種苗一致性，保證種苗移栽質(zhì)量。蔬菜種苗智能分級(jí)分揀機(jī)主要使用了機(jī)器視覺技術(shù)和PLC控制技術(shù)，利用機(jī)器視覺采集穴盤種苗圖像，經(jīng)計(jì)算機(jī)程序處理，運(yùn)用目標(biāo)區(qū)域像素統(tǒng)計(jì)的方法，根據(jù)幼苗生長(zhǎng)狀況（葉數(shù)、株高等）進(jìn)行分級(jí)。蔬菜種苗智能分級(jí)分揀機(jī)如圖2所示。

圖2 蔬菜種苗智能分級(jí)分揀機(jī)

2.智能農(nóng)機(jī)（大田作業(yè)）。智能農(nóng)機(jī)正被逐步用于大田作業(yè)中，例如智能拖拉機(jī)、智能插秧機(jī)、智能整地機(jī)、智能噴藥機(jī)、智能播種機(jī)等，這些機(jī)具利用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)、傳感器技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了在指定農(nóng)田區(qū)域無(wú)人操作情況下的自動(dòng)行駛作業(yè)。近年來(lái)，蕭山區(qū)大力鼓勵(lì)“機(jī)器換人”的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)向，并加大區(qū)級(jí)農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼政策，以一款售價(jià)為5萬(wàn)元的農(nóng)用無(wú)人機(jī)為例，在蕭山區(qū)通過中央和省市區(qū)聯(lián)動(dòng)補(bǔ)貼高達(dá)80%，農(nóng)戶僅需出資1萬(wàn)元。

3.智能化水肥一體機(jī)。智能化水肥一體機(jī)基于信息技術(shù)、傳感技術(shù)、微灌技術(shù)以及自動(dòng)控制等技術(shù)，將灌溉和施肥結(jié)合起來(lái)，通過計(jì)算機(jī)對(duì)施肥量、灌溉時(shí)間、灌溉頻率等參數(shù)的控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉施肥，將肥液直接輸送到達(dá)作物的根系，肥料的利用效率提高，肥料深層流失的現(xiàn)象也能夠得到遏制，同時(shí)還保護(hù)地下水免受肥料及化學(xué)藥劑的污染。系統(tǒng)利用灌水器將水以滴灌滲透的形式直接作用到作物的根系中，不僅降低了作物與作物之間水分的蒸發(fā)量而且還減少土壤深層水的滲漏量，最大限度減少了水分的損失，灌溉水的利用效率大大提高。如蕭山區(qū)艾維園藝使用水肥一體機(jī)實(shí)現(xiàn)了蘭花栽培過程中的精準(zhǔn)施肥灌溉，提高了蘭花的品質(zhì)，增強(qiáng)了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益得到大幅提升。智能化水肥一體機(jī)如圖3所示。

圖3 智能化水肥一體機(jī)

4.數(shù)字化生物質(zhì)顆粒熱風(fēng)爐。普通生物質(zhì)熱風(fēng)爐通過燃燒生物質(zhì)產(chǎn)生熱量，和空氣進(jìn)行熱交換產(chǎn)生熱風(fēng)，熱量轉(zhuǎn)化效率低，并產(chǎn)生大量的廢氣污染。為了響應(yīng)國(guó)家提出的“互聯(lián)網(wǎng)+”政策，杭州世榮農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司將遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)及恒溫控制模塊成功安裝到產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)裝備的數(shù)字化。恒溫控制模塊會(huì)在恒定溫度（±5℃之間）對(duì)供料系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)溫度高低情況減少或增加供料。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)使得監(jiān)控平臺(tái)及工程師手機(jī)可實(shí)時(shí)了解作業(yè)情況與報(bào)警信息，并通過系統(tǒng)自檢功能確定問題部位，便于相關(guān)人員能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、處理問題。除此之外，該設(shè)備還運(yùn)用了燃燒廢氣零排放處理技術(shù)，將排出的煙氣通過過濾、補(bǔ)氧、廢氣回收，經(jīng)過燃燒室二次燃燒，循環(huán)利用，做到零排放、零污染。數(shù)字化生物顆粒熱風(fēng)爐如圖4所示。

圖4 數(shù)字化生物質(zhì)顆粒熱風(fēng)爐

5.數(shù)字化水產(chǎn)養(yǎng)殖。數(shù)字化水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)是水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的完美融合。蕭山區(qū)杭州萬(wàn)爵農(nóng)業(yè)（水產(chǎn)）便在水產(chǎn)養(yǎng)殖中運(yùn)用了數(shù)字化水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)，通過使用多種智能傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)殖水質(zhì)、水溫、含氧量和光線等重要環(huán)境因素的監(jiān)測(cè)，控制系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后控制相應(yīng)農(nóng)機(jī)設(shè)備作業(yè)，降低水產(chǎn)養(yǎng)殖風(fēng)險(xiǎn)。例如運(yùn)用溶解氧檢測(cè)儀檢測(cè)水中溶解氧，當(dāng)氧含量低于水產(chǎn)品存活正常值時(shí)，控制系統(tǒng)控制葉輪增氧機(jī)進(jìn)行增氧做作業(yè)。葉輪增氧機(jī)如圖5所示。

三、存在的問題

近年來(lái)蕭山區(qū)數(shù)字農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，但在數(shù)字農(nóng)機(jī)應(yīng)用方面仍然存在數(shù)字農(nóng)機(jī)推廣受阻、數(shù)字農(nóng)機(jī)使用率差異大、專業(yè)技術(shù)人才不足、數(shù)據(jù)整合程度不夠等問題。

1.數(shù)字農(nóng)機(jī)推廣受阻。近年來(lái)蕭山區(qū)不斷加大數(shù)字農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼，部分補(bǔ)貼甚至達(dá)到了80%，但數(shù)字農(nóng)機(jī)推廣步伐仍舊緩慢。主要原因在于農(nóng)民并不想荒廢投資的傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)而去購(gòu)買價(jià)格高昂的數(shù)字農(nóng)機(jī)，盡管其補(bǔ)貼力度已經(jīng)非常大。其次普通農(nóng)民對(duì)于數(shù)字農(nóng)機(jī)感到陌生又新奇，在使用方面仍存在較多疑慮，比如能否短時(shí)間收回成本，使用故障率高低等。

2.數(shù)字農(nóng)機(jī)使用率差異大。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)不同單位數(shù)字農(nóng)機(jī)使用率差異很大。在一些大型農(nóng)場(chǎng)數(shù)字農(nóng)機(jī)得到了很好的使用，數(shù)字農(nóng)機(jī)的使用可以顯著得提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)效益。與之相反的是小型農(nóng)場(chǎng)或農(nóng)民個(gè)體對(duì)數(shù)字農(nóng)機(jī)使用率相對(duì)較低，一方面是小型農(nóng)場(chǎng)或農(nóng)民個(gè)體的作業(yè)量相對(duì)較小，作業(yè)一般都可由傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)完成，數(shù)字農(nóng)機(jī)優(yōu)勢(shì)并不顯著；另一方面，數(shù)字農(nóng)機(jī)的使用及維護(hù)相對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)花費(fèi)較大，對(duì)于小型農(nóng)場(chǎng)或農(nóng)民個(gè)體負(fù)擔(dān)較大。

3.專業(yè)技術(shù)人才不足。數(shù)字經(jīng)濟(jì)作為杭州的支柱產(chǎn)業(yè)，其重點(diǎn)在于做大做強(qiáng)電子商務(wù)、智能安防、互聯(lián)網(wǎng)金融、高端制造等優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，數(shù)字農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)相比較而言吸引力較低，導(dǎo)致從事農(nóng)業(yè)機(jī)械化方面的“數(shù)字人才”較少。要想促進(jìn)數(shù)字農(nóng)機(jī)發(fā)展，政府就必須重視人才的引進(jìn)，提高數(shù)字農(nóng)機(jī)行業(yè)吸引力。

4.數(shù)據(jù)整合程度不夠。與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息例如土壤、氣候、基礎(chǔ)設(shè)施等均由不同部門獨(dú)立統(tǒng)計(jì)，各部門之間沒有能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信息整合聯(lián)動(dòng)，更好提升數(shù)據(jù)價(jià)值。此外，鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級(jí)的農(nóng)機(jī)站數(shù)據(jù)及相關(guān)分析報(bào)告也是長(zhǎng)期“內(nèi)部掌握”，未能與同級(jí)農(nóng)機(jī)站進(jìn)行很好的資源共享，共同對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題進(jìn)行深入分析。

四、發(fā)展對(duì)策與思路

農(nóng)業(yè)機(jī)械的數(shù)字化發(fā)展必定是我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)，為了解決上述存在的問題以及進(jìn)一步促進(jìn)數(shù)字農(nóng)機(jī)的發(fā)展，提出了具體的發(fā)展對(duì)策與思路。

1.強(qiáng)化數(shù)字農(nóng)機(jī)頂層設(shè)計(jì)。全面貫徹落實(shí)《浙江省數(shù)字鄉(xiāng)村建設(shè)實(shí)施方案》和《杭州市數(shù)字鄉(xiāng)村建設(shè)實(shí)施方案》文件精神，加快推進(jìn)蕭山區(qū)數(shù)字鄉(xiāng)村建設(shè)。把發(fā)展數(shù)字農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)作為數(shù)字鄉(xiāng)村建設(shè)的重要內(nèi)容，強(qiáng)化整體規(guī)劃和頂層設(shè)計(jì)，完善體系架構(gòu)和總體框架。突出政府引導(dǎo)和市場(chǎng)需求導(dǎo)向，以需求促建設(shè)，以建設(shè)促應(yīng)用，以應(yīng)用促創(chuàng)新，推動(dòng)數(shù)字農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2.組建高業(yè)務(wù)素質(zhì)的數(shù)字農(nóng)機(jī)技術(shù)推廣服務(wù)隊(duì)伍。組建高業(yè)務(wù)素質(zhì)的數(shù)字農(nóng)機(jī)推廣服務(wù)隊(duì)伍對(duì)于數(shù)字農(nóng)機(jī)發(fā)展至關(guān)重要。要加大專業(yè)技術(shù)人員對(duì)數(shù)字農(nóng)機(jī)的宣傳推廣，尤其是鄉(xiāng)、村級(jí)別，讓農(nóng)民清楚數(shù)字農(nóng)機(jī)相對(duì)于傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)的巨大優(yōu)勢(shì)，了解數(shù)字農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼政策，消除農(nóng)民疑慮。對(duì)于購(gòu)買數(shù)字農(nóng)機(jī)的農(nóng)民要提供完善的配套服務(wù)，例如定時(shí)對(duì)購(gòu)買者進(jìn)行培訓(xùn)，以便于更好使用數(shù)字農(nóng)機(jī)；其次可以對(duì)數(shù)字農(nóng)機(jī)作業(yè)出現(xiàn)的故障提供及時(shí)的無(wú)償維護(hù)。

3.加強(qiáng)數(shù)字農(nóng)機(jī)技術(shù)人才培養(yǎng)。加強(qiáng)數(shù)字農(nóng)機(jī)的復(fù)合型人才培養(yǎng)，強(qiáng)化浙江大學(xué)等高等院校與涉農(nóng)企業(yè)的校企合作，鼓勵(lì)在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智能監(jiān)測(cè)、大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域有所作為的高素質(zhì)人才投身數(shù)字農(nóng)機(jī)事業(yè)中，鼓勵(lì)創(chuàng)建現(xiàn)代化涉農(nóng)企業(yè)、投資創(chuàng)辦數(shù)字農(nóng)機(jī)服務(wù)組織、農(nóng)產(chǎn)品電商企業(yè)。

4.建立集體農(nóng)業(yè)，提高數(shù)字農(nóng)機(jī)使用率。小型農(nóng)場(chǎng)和農(nóng)民個(gè)體數(shù)字農(nóng)機(jī)使用率不高的根本原因在于相對(duì)于他們而言數(shù)字農(nóng)機(jī)性價(jià)比不高。為解決此問題，可以在同一區(qū)域建立同一農(nóng)產(chǎn)品的集體農(nóng)業(yè)，增強(qiáng)與大型農(nóng)場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，在此基礎(chǔ)上使用數(shù)字農(nóng)機(jī)可以顯著體現(xiàn)其更高效的勞動(dòng)生產(chǎn)力。

5.開拓市場(chǎng)，市場(chǎng)是數(shù)字農(nóng)機(jī)發(fā)展的根本。市場(chǎng)是數(shù)字農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的根本動(dòng)力。要加強(qiáng)研發(fā)能力和多樣化供給能力，提升服務(wù)質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量，擴(kuò)大競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，滿足社會(huì)多樣化的需求，積極開拓國(guó)內(nèi)和國(guó)外新興市場(chǎng)。強(qiáng)化以需求促創(chuàng)新，以創(chuàng)新促發(fā)展的理念。

數(shù)字農(nóng)機(jī)應(yīng)用的普及能極大解放農(nóng)村勞動(dòng)生產(chǎn)力，提高生產(chǎn)效率，對(duì)于促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展具有重要意義。