吳延勇

（漣水縣生產(chǎn)力促進(jìn)中心，江蘇漣水 223400）

0 引言

在智能化時代下，各種先進(jìn)的智能技術(shù)不斷涌現(xiàn)。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，農(nóng)機(jī)裝備通過應(yīng)用智能化技術(shù)，推動了智能化農(nóng)機(jī)控制平臺技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。智能化農(nóng)機(jī)控制平臺技術(shù)實際包含了諸多內(nèi)容，比如農(nóng)機(jī)智能導(dǎo)航、智慧化管理等。通過加強對智能化農(nóng)機(jī)控制平臺技術(shù)的應(yīng)用分析，對推動我國農(nóng)業(yè)實現(xiàn)現(xiàn)代化發(fā)展有著非常重要的意義。

1 智能農(nóng)機(jī)控制平臺技術(shù)的應(yīng)用價值

1.1 推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)裝備產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級

在當(dāng)下，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)裝備產(chǎn)業(yè)正處于關(guān)鍵轉(zhuǎn)型階段，而加強智能農(nóng)機(jī)控制平臺的應(yīng)用，可以顯著提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)裝置智能化水平，并能夠發(fā)揮先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的優(yōu)勢，帶動我國形成智能化農(nóng)機(jī)設(shè)備全面發(fā)展的產(chǎn)業(yè)局面，推動我國農(nóng)業(yè)裝備產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級與發(fā)展。

1.2 帶動我國綠色現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)步

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中，農(nóng)機(jī)設(shè)備是不容忽視的一項核心內(nèi)容。通過加強智能農(nóng)機(jī)控制平臺技術(shù)的應(yīng)用，可以進(jìn)一步提升我國農(nóng)機(jī)智慧化水平。同時，促進(jìn)智能農(nóng)機(jī)深入播種、施肥、采摘等多種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程機(jī)械化管理，不僅有利于提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，還能夠?qū)崿F(xiàn)各種農(nóng)業(yè)資源的高效化利用，減少了對環(huán)境的污染程度，以此來有效帶動我國高效綠色現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展與進(jìn)步。

1.3 降低了農(nóng)民勞動負(fù)擔(dān)

智能農(nóng)機(jī)控制平臺技術(shù)最大的功能價值在于可以提升農(nóng)機(jī)生產(chǎn)作業(yè)智能化、自動化水平，不斷減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人工干預(yù)，減輕了農(nóng)民的勞作負(fù)擔(dān)，徹底改變了傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)勞作模式，提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。在智能農(nóng)機(jī)平臺控制技術(shù)的幫助下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)將會變得越來越精準(zhǔn)化，對勞動力需求減少了70%～90%，降低了農(nóng)民勞動負(fù)擔(dān)，未來更有可能實現(xiàn)無人農(nóng)場。

1.4 提高農(nóng)機(jī)使用安全性與使用壽命

在智能農(nóng)機(jī)控制平臺技術(shù)中，包含了多種傳感器技術(shù)和監(jiān)測技術(shù)。從而可以有效監(jiān)控農(nóng)機(jī)設(shè)備的使用狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)農(nóng)機(jī)運行異常，還能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)機(jī)設(shè)備的故障自診斷與處理。針對一些嚴(yán)重故障問題，還能夠發(fā)出警報并自主停機(jī)，從而減少農(nóng)機(jī)故障對農(nóng)機(jī)設(shè)備的損害，有效保障農(nóng)機(jī)使用安全，延長農(nóng)機(jī)使用壽命。

2 智能農(nóng)機(jī)控制平臺技術(shù)構(gòu)建

2.1 農(nóng)機(jī)智能導(dǎo)航技術(shù)

農(nóng)機(jī)智能導(dǎo)航技術(shù)是實現(xiàn)農(nóng)機(jī)智能化控制的重要前提。在這一過程中，農(nóng)機(jī)智能導(dǎo)航主要包括以下兩大關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容：

第一，農(nóng)機(jī)智能導(dǎo)航姿態(tài)控制技術(shù)。從現(xiàn)實生產(chǎn)情況來看，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境比較復(fù)雜多變，很容易影響農(nóng)機(jī)作業(yè)工況。尤其是復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境會對農(nóng)機(jī)姿態(tài)測量精度帶來一定的影響，限制了農(nóng)機(jī)設(shè)備作用價值發(fā)揮。因此需要農(nóng)機(jī)智能導(dǎo)航技術(shù)，加強對農(nóng)機(jī)設(shè)備的控制，避免農(nóng)機(jī)設(shè)備在生產(chǎn)中“偏航”。比如，可將北斗與慣性傳感器結(jié)合在一起，設(shè)計了外部加速度補償?shù)目柭鼮V波智能算法。在這種智能算法的幫助下，可將農(nóng)機(jī)俯仰角2.00°誤差縮減至0.55°。不僅如此，該項智能算法的應(yīng)用，還有效提升了航向角測量精度。從最初的5.0°提升至0.3°，促使相應(yīng)的農(nóng)機(jī)設(shè)備更好地適應(yīng)復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境。為了彌補單個農(nóng)機(jī)傳感線精度較差的問題，可以采用多傳感器信息融合方式，有效集成不同傳感器優(yōu)勢，通過采用陀螺儀、加速度計以及電子羅盤，設(shè)計出了一種農(nóng)機(jī)航跡推算系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，搭配GNSS系統(tǒng)絕對定位功能，從而顯著提升了農(nóng)機(jī)導(dǎo)航定位測姿精度，能夠有效滿足農(nóng)機(jī)在復(fù)雜農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下的導(dǎo)航定位需求。

第二，農(nóng)機(jī)導(dǎo)航定位控制。在實際生產(chǎn)過程中，應(yīng)用智能化農(nóng)機(jī)設(shè)備，面臨不同的農(nóng)作物、不同的生產(chǎn)內(nèi)容以及不同的地塊，需要農(nóng)機(jī)自主規(guī)劃針對性的導(dǎo)航作業(yè)路徑。為了有效解決這一問題，在智能導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用方面，可以采用預(yù)瞄跟隨控制器、前視距離自適應(yīng)調(diào)節(jié)器等，搭建專門的農(nóng)機(jī)導(dǎo)航路徑跟蹤控制器。在這種智能導(dǎo)航路徑跟蹤控制器的幫助下，可以顯著提升農(nóng)機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)控制精度水平。比如，在一些水田中，智能農(nóng)機(jī)設(shè)備在生產(chǎn)過程中很容易出現(xiàn)嚴(yán)重的側(cè)滑、農(nóng)機(jī)俯仰姿態(tài)很容易出現(xiàn)頻繁的橫滾，從而導(dǎo)致農(nóng)機(jī)設(shè)備無法安裝正常的生產(chǎn)路徑開展作業(yè)，不利于農(nóng)業(yè)自動化生產(chǎn)水平提升。而在農(nóng)機(jī)導(dǎo)航復(fù)合路徑跟蹤控制器的幫助下，由于搭載了側(cè)滑估計補償裝置，因此可以有效抵御農(nóng)機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)水田抗側(cè)滑的干擾，確保農(nóng)機(jī)按照規(guī)劃好的路線前進(jìn)作業(yè)。與此同時，在當(dāng)下的一些農(nóng)機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)中，避障功能依然有待進(jìn)一步提升。在遇到障礙時，一些農(nóng)機(jī)設(shè)備很難及時做出反應(yīng)，迅速規(guī)避障礙，從而對農(nóng)機(jī)自動導(dǎo)航作業(yè)安全帶來了嚴(yán)重影響。為解決這一問題，可以采用激光雷達(dá)的農(nóng)田障礙物識別技術(shù)，同時應(yīng)用了作業(yè)路徑追蹤智能算法，實現(xiàn)對農(nóng)機(jī)作業(yè)路徑的實時跟蹤控制，在此基礎(chǔ)上，技術(shù)人員還開發(fā)了農(nóng)機(jī)自動避障技術(shù)，從而可以準(zhǔn)確識別農(nóng)機(jī)作業(yè)路線中的各種障礙物，并及時作出反應(yīng)，自動避開障礙物的同時，重新規(guī)劃新的路線，更好地保障農(nóng)機(jī)設(shè)備使用安全。

2.2 智能農(nóng)機(jī)智慧管理技術(shù)

在智能農(nóng)機(jī)控制平臺技術(shù)中，也包括智能農(nóng)機(jī)智慧化管理技術(shù)。該項管理技術(shù)內(nèi)容包括遠(yuǎn)程監(jiān)控農(nóng)機(jī)生產(chǎn)作業(yè)的位置、生產(chǎn)速度等，同時還會了解農(nóng)機(jī)作業(yè)具體的工況以及允許狀態(tài)，實現(xiàn)對農(nóng)機(jī)故障的遠(yuǎn)程預(yù)警、指導(dǎo)維修與調(diào)度。在當(dāng)下，很多智能化農(nóng)機(jī)之中均配置了GNSS裝置。在該項裝置的幫助下，可以采集農(nóng)機(jī)生產(chǎn)作業(yè)的各種信息，并通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳至農(nóng)機(jī)管理控制中心。不僅如此，還能夠支持農(nóng)機(jī)在生產(chǎn)作業(yè)時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)記錄查看、回放等功能。在一些智能化農(nóng)機(jī)中，還裝載有質(zhì)量監(jiān)控傳感器，因此可以實現(xiàn)農(nóng)機(jī)生產(chǎn)作業(yè)質(zhì)量數(shù)據(jù)信息的傳輸，從而便于管理人員了解農(nóng)機(jī)生產(chǎn)作業(yè)質(zhì)量水平。在智能化農(nóng)機(jī)中，還安裝有各種傳感器裝置，這些傳感器可以實時采集農(nóng)機(jī)運行信息，比如農(nóng)機(jī)拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)運行參數(shù)、行駛速度等。又如農(nóng)業(yè)收獲機(jī)的割臺高度、脫粒滾筒的轉(zhuǎn)速等信息。這些智能農(nóng)機(jī)工況信息也會上傳至農(nóng)機(jī)管理控制中心。在控制中心，可以將實際采集的生產(chǎn)工況信息與數(shù)據(jù)庫信息進(jìn)行對比。一旦發(fā)現(xiàn)信息差異較大，可以及時發(fā)現(xiàn)農(nóng)機(jī)生產(chǎn)運行工況的異常，然后向農(nóng)機(jī)駕駛員或無人農(nóng)場管理中心發(fā)出預(yù)警信息。在對比過程中，發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)收獲智能化農(nóng)機(jī)的脫粒滾筒轉(zhuǎn)速顯著下降，控制中心會及時發(fā)出預(yù)警，并建議降低收獲機(jī)前進(jìn)速度避免發(fā)生堵塞造成嚴(yán)重的停機(jī)故障。在智能化農(nóng)機(jī)生產(chǎn)過程中，如果發(fā)現(xiàn)較大的故障問題，則會遠(yuǎn)程通知附近的維修站人員，及時趕往農(nóng)場進(jìn)行維護(hù)。如，在溫室大棚中，一些智能農(nóng)機(jī)裝置系統(tǒng)也得到了廣泛應(yīng)用。尤其是在大棚種植生產(chǎn)領(lǐng)域，通過在溫室內(nèi)配置自動化照明系統(tǒng)、自動化溫濕度控制系統(tǒng)、自動化噴灌系統(tǒng)等（如圖1所示），從而實現(xiàn)溫室大棚自動化生產(chǎn)種植管理。如今隨著信息智能技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器視覺技術(shù)在溫室大棚智能農(nóng)機(jī)系統(tǒng)之中也逐漸得到了應(yīng)用。該項技術(shù)可以在智能計算機(jī)的幫助下，模擬人的視覺功能，同時在人工智能技術(shù)的支持下，模仿人腦功能，實現(xiàn)大棚中農(nóng)作物圖像的提取計算分析，以此來判斷農(nóng)作物的長勢情況，并結(jié)合判斷結(jié)果，控制溫濕度系統(tǒng)、灌溉系統(tǒng)等，自動調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度、濕度，實現(xiàn)溫室農(nóng)作物生產(chǎn)自動化管理，顯著提升了大棚種植生產(chǎn)管理效率。

總而言之，在上述各種先進(jìn)設(shè)備裝置的幫助下，可以實現(xiàn)對農(nóng)機(jī)生產(chǎn)作業(yè)遠(yuǎn)程智慧化管理，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平。

2.3 數(shù)字底盤技術(shù)

2022年11月，在重慶召開的2022中國農(nóng)業(yè)機(jī)械與零部件行業(yè)峰會上，國家智能農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟趙剡水理事長發(fā)布了《智能農(nóng)機(jī)技術(shù)路線圖報告》（以下簡稱《報告》），趙剡水理事長以智慧農(nóng)業(yè)為核心，明確指出當(dāng)下的智能化農(nóng)機(jī)對自動化、信息化、智能化要求在不斷提升。其中在報告中，針對智能農(nóng)機(jī)設(shè)備，提出了數(shù)字底盤智能化控制技術(shù)。相較于傳統(tǒng)的智能設(shè)備底盤，數(shù)字底盤為純電動驅(qū)動，且具有智能駕駛控制功能。該底盤的智能化控制主要表現(xiàn)為在車載中央的計算機(jī)能夠以駕駛員意圖為依據(jù)，實現(xiàn)智能化控制決策。不僅響應(yīng)速度非常快，而且有著非常高的控制精度，可實現(xiàn)數(shù)字底盤智能化控制。我國與發(fā)達(dá)國家的拖拉機(jī)底盤控制對比如表1所示，從表1可知，在變速器方面，我國拖拉機(jī)設(shè)備主要采用了嚙合套同步器進(jìn)行換擋。而歐美發(fā)達(dá)國家采用了動力換擋、CVT。在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方面，我國拖拉機(jī)主要采用機(jī)械式、開心式全液壓轉(zhuǎn)向。而歐美發(fā)達(dá)國家采用了閉心式負(fù)載敏感全液壓轉(zhuǎn)向。在駕駛室方面，我國與歐美發(fā)達(dá)國家之間的差距更加明顯。比如，歐美發(fā)達(dá)國家主要采用了三級駕駛室，具體模式為正壓＋氣溶膠過濾。還有一些智能農(nóng)機(jī)駕駛室采用了四級駕駛室，正壓＋氣味氣霧過濾，一般屬于果園農(nóng)場專用。但在我國，拖拉機(jī)駕駛室依然以二級普通舒適性的駕駛室為主。關(guān)于數(shù)字底盤發(fā)展有如下預(yù)測：2025年后，數(shù)字底盤將采用中央控制方式，通信系統(tǒng)采用內(nèi)部以太網(wǎng)＋外部5G通信技術(shù)，數(shù)字底盤驅(qū)動能源為純電動或者純電－燃料電池。同時，數(shù)字底盤的行走系統(tǒng)有望實現(xiàn)離地間隙可調(diào)、機(jī)身自調(diào)平等智能化控制，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也會大規(guī)模應(yīng)用，顯著提升拖拉機(jī)數(shù)字底盤的智能化控制功能。

表1 拖拉機(jī)數(shù)字底盤國內(nèi)外對比

3 智能農(nóng)機(jī)控制平臺技術(shù)應(yīng)用發(fā)展前景

智能農(nóng)機(jī)控制平臺技術(shù)為推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)發(fā)展提供了強大的技術(shù)支持，同時對未來智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向也會帶來一定的影響，因此發(fā)展前景非常的廣闊。當(dāng)下正處于“十四五”發(fā)展時期，同時也是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)農(nóng)場現(xiàn)代化發(fā)展的關(guān)鍵時期，國家發(fā)布了一系列政策，為智能化農(nóng)機(jī)控制平臺技術(shù)研發(fā)提供了巨大的發(fā)展空間。在大力推動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展建設(shè)的過程中，通過促進(jìn)智能化農(nóng)機(jī)控制平臺技術(shù)應(yīng)用推廣，能夠有效解決未來誰來種地的難題，同時成功將廣大農(nóng)民從繁重的體力勞動中解放出來，改變以往“面朝黃土背朝天”的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)種植的精準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)化、自動化、規(guī)?；a(chǎn)管理。從當(dāng)前情況來看，我國智能化農(nóng)機(jī)控制平臺技術(shù)發(fā)展速度在不斷提升，在農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航等領(lǐng)域已經(jīng)取得了顯著的成果。比如，如今我國農(nóng)業(yè)已經(jīng)成功研制出了無人駕駛旋耕機(jī)、無人駕駛播種機(jī)、無人駕駛插秧機(jī)等。在未來，隨著平臺數(shù)據(jù)處理分析、智能決策能力的進(jìn)一步提升，智能化農(nóng)機(jī)控制平臺技術(shù)將更加智能，并在推動現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中發(fā)揮出更大作用價值。

4 結(jié)語

智能化農(nóng)機(jī)控制平臺技術(shù)在推動現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中發(fā)揮著非常重要的價值。因此必須提高對智能化農(nóng)機(jī)控制平臺技術(shù)應(yīng)用的重視程度，推動相關(guān)先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)，才能帶動我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化水平提升。