摘要：围绕主要农作物机械化生产的各环节，分析了涉及技术、产品现状及应用场景，指出了当前生产实际中存在的问题，提出了今后进一步发展的应对措施及发展方向。

　　关键词：信息化；智能化；农业机械

　　近年来，国家出台了《关于加快推进农业机械化和农机装备产业转型升级的指导意见》《“十四五”全国农业机械化发展规划》《“十四五”全国农业农村信息化发展规划》，提出促进万物互联、大数据分析、移动互联网、智能化控制、北斗定位等信息技术在农机装备和耕、种、管、收等环节农业机械化上的应用。信息化技术在农业机械中的广泛应用对于提升农机作业质量、降低农业成本、促进生产增产增收、提升农业管理部门的管理和服务能力、实现可视化管理和科学化决策、提升示范区现代化生产管理水平有非常积极的促进作用。

　　1发展现状

　　农业机械是现代化农业发展的机械基础。随着计算机科学、芯片传感器、信息处理控制技术和导航定位技术在农业工程领域的广泛应用，农业机械的电子装备技术、总线通信技术、管理调度决策支持技术与接口技术迅速发展，涌现出了激光平地机、拖拉机辅助驾驶系统、播种监控/控制装置、变量喷药机等一批先进实用的技术装备，有力地促进了农业生产的智能化、现代化、规模化发展。

　　1.1自动驾驶拖拉机

　　国外自动驾驶技术起步于20世纪90年代，现已较为成熟。天宝、半球、拓普康等公司推出的农业装备自动导航技术产品，皆属行业先进行列。我国于新世纪初开始研究农业装备自动驾驶系统，中国农业大学、西北农林科技大学、江苏大学、华南农业大学等高校从各个方面进行了自动驾驶技术的研究，东方红、雷沃等企业陆续推出了自己的产品，最近几年，因为卫星定位系统的完善与商业化运作，上海华测、上海联适、农芯科技等企业各自开发了各种自动导航产品，在黑龙江以及我国西部等地实现了批量化应用，累计投入使用量超过了20多万套，极大地提高了我国农业机械化的智能水平。

　　目前，智能导航的拖拉机作业已经可完成直线、曲线、地头转弯的驾驶控制，使用激光雷达的可以做到规避障碍。国内自动驾驶拖拉机仍面临着传感器可靠性差、融合率低、控制精度低、技术单一、先进控制算法应用较少、智能化程度偏低等方面的问题。

　　1.2播种

　　在传统播种机作业过程中，机手由于未能实时了解机具的实际作业状态，容易出现重播、漏播、堵塞等情况，直接影响播种效率与质量。早在20世纪中期，欧美发达国家就针对重播、漏播等状况开展了检测技术研究，目前已广泛应用卫星定位系统、专家智能及遥感等技术，实现精准、变量、高效、智能化耕种。我国于20世纪末开始播种机监控系统研究，近些年与国外产品差距逐渐变小。播种机的数据检测主要包括种箱料位、种子堵漏与流量、播深等，主要采用光电传感器、压电传感器、电容传感器、视觉图像进行检测。其中，红外传感器技术常用于检测种子流量；激光传感器能精准地对种子漏播监测；光纤传感器能对种子流量进行检测；压电传感器多用于堵塞检测，但在高速工况下，检测效果不理想。

　　作业机构的控制主要包括排种器驱动控制、播种深度控制、播种量和播种行控制。在排种器驱动控制方面，目前美国以及欧洲等国已大量运用电驱排种器，国内大型作业播种机排种器的驱动方式还是地轮驱动，量产级电驱排种系统还在初期阶段。在播种深度控制方面，目前，国外高端播种机可以实时地通过液压型控制、压力传感器控制和气压系统主动调节控制播深，我国目前播种机还主要依靠限深轮、压力弹簧和平行连杆机构进行模仿，播种深度的准确度和一致性有很大的提高空间。

　　1.3高效植保

　　2012年，无人机进入植保行业，有效地弥补了传统自走式机械难以解决的丘陵山区作业问题和受限于农作物种类及生长阶段开展作业的不足，实现了以翻倍的速度迅猛发展。然而，我国大量的植保机械装备仍然使用大容量和大雾滴喷雾的设计。在“十三五”期间，我国水稻、小麦、玉米的农药利用率分别为41.10%、40.16%、40.75%，仍明显落后于国外50%~60%的水平，依然面临着巨大的环境压力及农产品中农药残留超标的安全问题。20世纪90年代，欧美等发达国家提出精准农业概念，植保作业在能达到作物防治效果的前提下，使用尽可能少的农药。动态变量实施农药是达到精准施药的一种主要技术方式，随着各种传感器技术在喷雾机械中的广泛应用，美国、日本等发达国家生产的商业化精准植保机械设备已投入市场。我国在当下还是以高校和科研机构研究为主导，虽然取得了一定的研究成果，但仍面临着专用传感器自主化程度较低、装备轻型化程度不高、气象条件的结合研究不足等问题。

　　1.4水肥一体化

　　与传统灌溉和施肥技术对比，水肥一体化技术达到了水肥管理的革命性转变，可比常规施肥节约肥料50%～70%，比沟灌溉节约水量60%～70%。灌溉施肥技术国外研究较早，以色列、荷兰等国均已形成了灌溉施肥机系列产品，综合利用物联网技术、无线网络、自动控制、模糊逻辑控制等实现对农作物水肥灌溉的远程智能调控。2000年以来，我国的水肥一体化技术发展迅速，目前市场上产品主要以单体灌溉施肥机与管混式结构为主，利用可编程逻辑控制器（PLC）通过喷灌、滴灌、微喷灌、膜下滴灌等方式达到模糊控制农作物灌溉。近几年，国内的研究主要精力在农作物水肥利用率、作物生长、品质和质量提升、智能决策控制等灌溉系统的智慧和精准控制。但是，目前仍然主要依靠人工设定和控制层面，仍面临着控制逻辑的不优、自动化功能程度有待提高、土壤与作物生理信息检测系统不理想、水肥智能决策系统不足等问题。

　　1.5收获

　　目前，我国设计生产使用的谷物收割机以中、小型为主，喂入量8 kg/s以上的谷物联合收割机大部分还是依靠进口。国外大型农机企业，如科乐收、约翰迪尔、凯斯纽荷兰等生产的大型联合收获机都具备了整车智能控制系统。智能化已成为联合收获机进一步提升作业效率、提高作业质量新的发展方向。

　　联合收获机的主要工作部件由收割台、脱粒装置、分离清选装置组成。割台由分禾器、切割器、拨禾装置、输送装置组成。目前，国内主要基于图像处理、超声波测距以及选用多种传感器与PID、模糊控制调控割台纵向高度，对于拨禾轮转速及位置调整、输送搅龙转速和割刀频率等工作参数及多种作物兼收自适应性等方面的控制研究比较少。

　　脱粒分离系统直接影响着收获作业的谷粒损失和破碎。国外先进的谷物联合收割机的脱粒分离系统的结构以切流滚筒+键式逐稿器式为主流。大型谷物联合收割机的脱分系统主要选择轴流滚筒式，以便适应大喂入量的作业要求，按照不同的作物种类和情况，利用智能化控制系统调整滚筒转速、导向板角度、凹板脱粒间隙，达到最优的脱粒分离性能。

　　2存在的问题和下一步发展的建议

　　2.1智能化农机装备有待进一步发展

　　目前，我国农业传感器使用量只有世界的10%左右，且稳定性不高。尽管农机装备在耕种管收各生产环节已经取得了一定成果，但距离大幅提升作业质量和效率还有较大差距。农业机器人技术研发整体上处于学习模仿发达国家技术、试验室开发样机的阶段。国家应进一步加大对智能农机装备的重视程度与研发力度，突破无人驾驶、精准作业、远程监控等关键技术，推动智能农机装备在农业生产中的广泛应用，实现农业信息化与农业机械化的深度融合。

　　2.2信息化建设资金投入有待进一步加强

　　智能化农机装备大多价格较高，实际中多为规模较大的合作社零散购买单个生产环节机具，未形成智能化的全程机械化机具配置方案；另一方面，农机手整体文化水平较低，多数市县农机部门缺乏专门机构与技术人员，人才队伍专业技术储备不足，未能充分发挥智能化农机装备与管理信息系统的作用。目前，农机行业信息化建设的资金投入仍以政府财政为主，尚未形成新型的投融资体系。中央和地方财政应继续加大对农业机械化发展的投入力度，强化智能化农机装备购置补贴，深化基层农机部门与机手相关技术培训，持续推进智能化农机装备生产示范，探索建立多元化资金投入机制，吸引社会资本全面参与农业机械化发展。

　　2.3应用管理水平有待进一步提高

　　自2015年开展农机深松整地作业补助开始，基于北斗的农机作业监测终端逐步在农机生产作业环节进行应用，为耕种管收全程机械化作业服务，在作业补助资金的便捷核算、作业质量和作业效率的提升等方面发挥了重要的作用。然而，各地区对农机信息化发展的认识不同，建设和管理水平参差不齐；不少已建信息管理系统重视设施硬件建设，缺乏对软件应用的后期维护管理；部门地区的信息系统缺乏合理规划，甚至存在重复建设情况。后续发展中，应进一步加强规划，以合作社、农机手等一线生产的实际需求为出发点，围绕合作社运营管理、技术服务指导、生产调度、农田生产要素信息化管理等开展信息管理系统建设，充分发挥信息化技术对于农业机械化生产的推动作用。

　　参考文献：

　　[1]罗锡文.信息技术提升农业机械化水平[J].农业工程学报,2016,32(20):1-14.

　　[2]刘华伟.国内谷物联合收获机割台智能化现状与发展研究[J].中国农机化学报,2022,43(04):189-197.

　　[3]杨涛.农机自动驾驶系统研究进展与行业竞争环境分析[J].中国农机化学报,2021,42(11):222-231.

　　[4]徐广飞.拖拉机自动驾驶关键技术综述[J].中国农机化学报,2022,43(06):126-134.

　　[5]郭红星.谷物联合收获机清选系统研究现状[J].中国农机化学报,2020,41(06):26-36.

　　[6]陈书法.智能电控精量播种技术研究现状及展望[J].中国农机化学报,2022,43(12):5-12.

　　[7]孙春静.小麦精准施肥播种装置现状研究[J].中国农机化学报,2019,40(07):30-34.

　　[8]朱毅.播种机播种深度控制技术研究进展[J].中国农机化学报,2019,40(07):114-118.

　　[9]陈锦.播种机监控系统技术研究现状与展望[J].中国农机化学报,2023,44(06):161-167,175.

　　[10]储为文.我国植保机械化发展短板与提升对策分析[J].中国农机化学报,2021,42(01):46-51.

　　[11]彭长虹.植保无人驾驶航空器购置补贴分类分档与补贴额研究[J].中国农机化学报,2023,44(06):251-256.

　　[12]韩云.国内外果园水肥一体化设备研究进展及发展趋势[J].中国农机化学报,2020,41(08):191-195.

　　[13]何青海.水肥一体化系统首部研究现状与展望[J].中国农机化学报,2021,42(01):122-129.

　　[14]齐亚聪.变量喷雾靶标探测技术研究现状与展望[J].中国农机化学报,2022,43(06):83-89,149.

　　[15]张正中.国外谷物联合收割机脱粒分离系统发展现状与展望[J].中国农机化学报,2021,42(01):20-29.

　　[16]王丽丽.气流输送式播种机测控技术研究进展[J].中国农机化学报,2021,42(02):15-24.

　　[17]欧阳安.玉米全程机械化现状与装备研究进展[J].中国农机化学报,2022,43(06):207-214.

　　[18]陈蕾.我国设施种植业从机械化到智能化的发展及思考[J].中国农机化学报,2022,43(10):78-85.

　　[19]陈学庚.农业机械与信息技术融合发展现状与方向[J].智慧农业(中英文),2020(04):1-16.

　　[20]姚春生.农业机械化信息化融合研究[J].中国农机化学报,2017,38(08):1-8,54.