智能化农机装备在小麦生产中的应用

科技   2024-11-15 10:33   北京  


本文收录于《农业工程技术-农业信息化》2024年第4期,目次13


摘要:该文探讨了智能化农机装备在小麦生产中的应用及其对提高生产效率、减少资源浪费和促进环境可持续性的影响,介绍了智能化农机装备的概念和发展历程,详细分析了各种智能化农机装备,包括自动驾驶拖拉机、收割机、无人机、智能灌溉系统、机器人除草器和喷雾机以及土壤和气候传感器在小麦生产中的具体应用,旨在为农业科技的进步提供实证基础,并为政策制定者和从业者提供有关如何有效利用智能化农机装备以提高小麦生产效率和可持续性的参考和建议,以提升农业生产的智能化水平 。

关键词:智能化农机装备;小麦生产;智能灌溉系统;精准农业;可持续性

智能化农机装备利用最新的科技成果,如自动化技术、遥感技术、精准定位系统(GPS)和人工智能,使得农业生产更加精准、高效。这些技术不仅可以提高小麦的产量和质量,还可以在减少化学品使用、保护土壤健康和降低环境影响方面发挥重要作用。尽管智能化农机装备的潜力巨大,但其在小麦生产中的具体应用和效果还有待进一步探究。本文旨在通过分析智能化农机装备的不同类型、应用方式及其在实际小麦生产中的效果,为小麦生产的现代化提供科学依据和实践指导。

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智能化农机装备的概述


1.1   定义和分类

智能化农机装备指的是集成了先进技术,如自动化控制、遥感、全球定位系统(GPS)、人工智能(AI)和物联网(IoT)的农业机械和工具。这些装备旨在提高农业生产的效率、准确性和可持续性,同时减少人力需求和环境影响。智能化农机装备能够自动或半自动地执行各种农业操作,包括播种、施肥、灌溉、病虫害控制、收割和数据收集等。

智能化农机装备可以分为以下几个主要类别,见表1。



1.2   技术发展历程

智能化农机装备的技术发展其根源可追溯至20世纪初的农业机械化。在这个初期阶段,虽然技术相对原始,但机械化的耕作和收割设备的出现标志着现代农业的开始。这些早期的机械大大提高了农业生产的效率,为后续的技术进步奠定了基础。

随着时间的推移,特别是在1970年代至1990年代,农业机械经历了自动化和电子化的重大变革。这个时期见证了第一代自动驾驶拖拉机和电子监控系统的诞生,该创新发明不仅使农业作业更加精准,而且提高了作物管理的效率。

进入21世纪,随着计算机和互联网技术的快速发展,农业机械开始融入更多的高科技元素。如GPS和遥感技术的应用使得农民能够更精确地监控和管理作物,从而实现了更高效和可持续的农业生产。

最近,随着人工智能、大数据分析、物联网和机器学习技术的融合,智能化农机装备的发展达到了一个新的高度。现代的智能化农机装备不仅能够自动完成复杂的农业作业,还能进行数据分析和决策支持,大大提升了农业生产的智能化水平。

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具体应用


2.1   自动驾驶拖拉机和收割机

自动驾驶拖拉机和收割机通过先进的导航系统(如GPS)可以实现高度精确的行驶路径,减少了小麦田间作业中的重叠和遗漏,显著提高了作业效率。在播种小麦过程中,自动驾驶系统确保小麦种子均匀、精确地分布在预定位置,不仅节省了时间,还提高了种植密度和土地利用率。同样,在收割时,这些系统能精确调整机器位置,确保每一区域的小麦都得到有效收割[1]。
2.2   无人机
无人机在作物监测方面的应用极为广泛。通过搭载高分辨率相机和其他传感器,无人机能够从空中获取小麦农田的详细影像。这些影像对于评估小麦的长势、密度、色泽等方面至关重要。与传统的地面监测相比,无人机提供了一种快速、高效且成本较低的监测方法。它能够覆盖大面积的小麦农田,提供实时数据,帮助农民及时发现问题,如病虫害的发生或水分不足的情况。此外,通过特定波段的遥感技术,如近红外线(NIR)传感器,无人机能够探测小麦的健康状况,监测小麦的生长状况,评估是否有营养不足或病害的迹象。例如,受到病害影响的小麦会在特定波段的光谱中显示出不同的反射特性。通过分析这些数据,农民可以及时采取相应的管理措施,如调整灌溉计划或施用适当的植保产品。另外,通过精确的数据收集和分析,无人机有助于实现更加精细化的小麦农田管理。例如,无人机可以用于精确地映射土壤质量、含水量和小麦生长情况,从而指导农民进行更有针对性的施肥、灌溉和病虫害控制。
2.3   智能灌溉系统
智能灌溉系统通过集成先进技术,如土壤湿度传感器、自动控制机制和气象数据分析,显著提高了小麦种植过程中水资源利用效率问题,减少了水资源的浪费。这些系统能够精确测量土壤的湿度和小麦的水分需求,确保仅在必要时进行灌溉,并精确控制所用的水量。此外,智能灌溉系统还能根据天气条件自动调整灌溉计划,避免在雨天或湿度较高的情况下进行不必要的灌溉,从而防止过度灌溉和水资源的浪费。智能灌溉系统的应用不仅提高了灌溉效率,而且对于维持土壤健康和防止根部疾病的发生至关重要。在小麦种植的山区丘陵缺水地域,智能灌溉系统成为了现代可持续农业不可或缺的一部分,其重要性在未来更加突出。
2.4   机器人除草器和喷雾机
智能化的机器人除草器和喷雾机在小麦生产中发挥着重要作用,特别是在减少化学品使用和提高处理精度方面。这些设备通过先进的传感器和人工智能算法,能够精确识别小麦生产过程中的杂草和病虫害,从而实现有针对性的除草和喷药[2]。这种精准定位的能力使得农药和除草剂的使用量大大减少,既降低了小麦生产的成本,也减少了对环境和人类健康的潜在危害。此外,机器人除草器和喷雾机的使用还提高了农药施用的一致性和准确性,减少了因人工施药导致的不均匀和过量问题。这不仅提高了农药的有效性,还有助于防止药剂抗性的发展。
2.5   土壤和气象传感器
土壤和气象传感器通过收集小麦生产过程中的关键数据,为小麦精准生产提供数据基础。土壤传感器能够监测土壤的多种参数,如湿度、温度、pH值和营养成分含量,这些数据对于指导小麦生产过程中精确的灌溉、施肥和土壤管理至关重要。气象传感器则监测环境条件,如温度、湿度、降雨量和风速,这些信息有助于农民做出更明智的管理决策,如小麦最佳播种时间、病虫害预防和小麦收割时间的确定。这些传感器所提供的实时数据能够帮助农民优化小麦实践,增加产量,同时降低资源浪费和环境影响。
2.6   遥感技术和精准施肥
遥感技术和精准施肥技术在提高小麦生产效率方面发挥着重要作用,通过这些技术的综合应用,小麦生产变得更加高效和可持续。遥感技术,特别是通过卫星或无人机搭载的传感器,能够提供小麦田的详细影像和数据,包括小麦生长情况、土壤湿度、营养水平等关键信息,对于精准农业至关重要[3]。基于这些信息,精准施肥技术能够实现更加有针对性的施肥策略。例如,通过分析遥感数据,可以确定哪些小麦田营养缺乏,从而仅在需要的地方施加适量的肥料。这种精确的管理不仅提高了肥料的使用效率,还减少了过量施肥带来的环境风险。此外,精准施肥还有助于提高小麦的质量和产量。
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结语


智能化农机装备在小麦生产中的应用为提高农业生产效率、优化资源利用、减少环境影响提供了有效途径。随着技术的不断进步和创新,智能农机有望在未来发挥更大的作用,为实现农业生产可持续提供强有力的支持。



参考文献:

[1]孙飞.卫星定位技术在农机作业中的应用[J].数字农业与智能农机, 2022(1): 105-107.

[2]王佳宇.人工智能在农机装备智能化中的应用[J].农业工程技术, 2022, 42(6): 47. 

[3]张飞飞,胡刘东,王鹏,等.未来感知系统在农机上的应用[J].拖拉机与农用运输车, 2020, 47(5): 4-6.



作者单位:山东省滨州市邹平市九户镇人民政府


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http://www.nygcjs.cn/cn/article/doi/10.16815/j.cnki.11-5446/s.2024.11.013




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