智能化技術(shù)在水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化中的應(yīng)用研究與發(fā)展趨勢(shì)

摘要：智能化技術(shù)為現(xiàn)代科技帶來了質(zhì)的變化，隨著智能化設(shè)施設(shè)備的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也開始應(yīng)用智能化技術(shù)。該文重點(diǎn)探討水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化中，在耕地整地、種植、田間管理環(huán)節(jié)的智能化技術(shù)應(yīng)用情況，分析探討未來智能化技術(shù)在水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化中的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：智能化技術(shù)；水稻；機(jī)械化；發(fā)展趨勢(shì)水稻作為重要的谷物類糧食，深受中國(guó)百姓喜愛。傳統(tǒng)的水稻種植依托人力完成翻耕、整地、種植一直到收割一系列過程，隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，水稻的生產(chǎn)方式發(fā)生改變，機(jī)械化的應(yīng)用水平越來越高，不僅提升了應(yīng)用效率，也為水稻的發(fā)展提供了更廣闊的空間。但是由于水稻工序繁多，目前中國(guó)耕、種、收階段的綜合機(jī)械化利用率為83.70%，還未能將機(jī)械化覆蓋水稻種植全環(huán)節(jié)。并且各個(gè)環(huán)節(jié)的機(jī)械化作業(yè)率不統(tǒng)一，智能化技術(shù)在水稻機(jī)械化種植中的應(yīng)用發(fā)展相對(duì)緩慢，為此探討智能化技術(shù)在水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化中的應(yīng)用具有必要性。

1耕地整地階段1.1

深耕智能調(diào)節(jié)技術(shù)水稻機(jī)械化種植中出現(xiàn)的深耕不均勻問題，關(guān)鍵在于拖拉機(jī)懸掛系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上應(yīng)結(jié)合電液一體化技術(shù)，重視對(duì)深耕自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)的研究。例如：將傳感器應(yīng)用其中，結(jié)合拖拉機(jī)提升臂距離、地面機(jī)械工具，達(dá)到對(duì)拖拉機(jī)高度、俯仰角的控制，實(shí)現(xiàn)三點(diǎn)懸掛結(jié)構(gòu)，能夠精確的調(diào)整深耕的精度。水稻田種植過程中耕地深度的條件依賴拖拉機(jī)懸掛作業(yè)的形式，但由于水田作業(yè)環(huán)境較為復(fù)雜，在拖拉機(jī)工作中需要同步考慮水田地形不同的變化、拖拉機(jī)工作中滑移率以及傳感器應(yīng)用性質(zhì)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)中震動(dòng)等多種因素的影響。1.2

自動(dòng)平地技術(shù)水稻作業(yè)當(dāng)中的自動(dòng)平地就是對(duì)需要種植水稻的地塊進(jìn)行平整作業(yè)。在這一過程中應(yīng)用智能化技術(shù)主要解決平整作業(yè)的精度過低的問題。目前國(guó)外有公司采用FieldLevel-Ⅱ系統(tǒng)對(duì)農(nóng)田的地勢(shì)進(jìn)行分析，結(jié)合系統(tǒng)的差異自動(dòng)調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)，達(dá)到控制農(nóng)業(yè)機(jī)械升降、保持水稻用地平整的效果?，F(xiàn)階段在水稻生產(chǎn)中，國(guó)內(nèi)已經(jīng)開始使用激光控制水田大漿平地機(jī)，確保水田耕作平整。盡管中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化技術(shù)、智能化技術(shù)應(yīng)用較晚，但在深耕智能檢測(cè)和自動(dòng)化方面有著豐富的研究，只是尚未形成規(guī)?；?。未來在研究中將其與智能化機(jī)械、無人機(jī)等聯(lián)系起來有利于快速采集地形地勢(shì)，制定智能化的耕地平整策略，能夠保證在水田種植前、打漿、壓實(shí)、開溝、施肥各項(xiàng)作業(yè)有序進(jìn)行，這樣不僅提升了水稻作業(yè)的效率和質(zhì)量，也提升了整個(gè)水稻種植的智能化水平。2水稻種植2.1

水稻育秧移植育秧是水稻種植的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這對(duì)水稻增產(chǎn)、農(nóng)民增收有重要的影響。目前農(nóng)業(yè)機(jī)械化在水稻育秧過程中主要是生產(chǎn)線型，例如：精選機(jī)、催芽機(jī)對(duì)種子進(jìn)行提前處理，終止前將土壤、肥料都進(jìn)行攪拌，做好苗床準(zhǔn)備；采用播種覆土聯(lián)合的機(jī)器進(jìn)行播種并噴上農(nóng)藥化肥，做好育苗管理。目前應(yīng)用在育苗過程的智能化技術(shù)主要是秧盤精密播種性能檢測(cè)技術(shù)，這一技術(shù)的應(yīng)用目的是提高水稻播種的情況，采用光電傳感器、機(jī)器視覺，確保秧盤播種有效性，保障秧苗良好生長(zhǎng)環(huán)境。2.2

水稻缽苗移栽技術(shù)采用水稻缽苗移栽技術(shù)形式可以做到不傷根，不需要緩苗期，在日本已經(jīng)廣泛應(yīng)用，并研發(fā)出PZP-80型水稻全自動(dòng)缽苗移栽機(jī)器，主要工作方式是將一排缽苗放到傳送帶上，機(jī)器會(huì)將缽苗直接植入田間。這樣的機(jī)器設(shè)備采用的是輔助自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，同時(shí)能夠完成施肥、除草，實(shí)現(xiàn)插秧時(shí)候同時(shí)輔助多類型的作業(yè)。水稻種植的育苗階段應(yīng)用的智能化技術(shù)，多是集中在取種、播種等方面，多個(gè)應(yīng)用之間沒有緊密的聯(lián)系，也缺少即時(shí)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并沒在大面積水稻全自動(dòng)種植中得到有效的應(yīng)用。所以完善水稻栽培設(shè)備、確定農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、自動(dòng)、高效的移栽作業(yè)形式，這也是未來全自動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械重要的應(yīng)用方向。2.3

水稻直播水稻田直播作業(yè)形式包括機(jī)械化水直播和機(jī)械化旱直播兩種。目前南方地區(qū)在水稻種植的時(shí)候會(huì)采用水直播，如2BD型水稻精量穴直播機(jī)器、折疊式寬幅水道精量穴直播機(jī)器。而在黑龍江、寧夏、山東等地區(qū)都是采用的旱地直播形式，采用BDH型水稻精量旱穴直播。在水稻機(jī)械化種植中采用直播形式最為關(guān)鍵的控制播種量，因?yàn)椴シN過多造成種植成本的浪費(fèi)，播種過少導(dǎo)致成活率過少，影響增產(chǎn)。所以，水稻直播機(jī)械設(shè)備對(duì)排種器這一環(huán)節(jié)的設(shè)置最為關(guān)鍵，目前常用的是機(jī)械式和力氣式兩種排種機(jī)器形式，分別采用地輪驅(qū)動(dòng)、風(fēng)機(jī)氣流驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確排種。

3水稻田間管理3.1

節(jié)水灌溉水稻種植過程中的節(jié)水灌溉一般會(huì)采用噴灌或滴灌兩種形式。借助PLC設(shè)計(jì)水稻智能排水灌溉系統(tǒng)，首先設(shè)定好水稻田水位參數(shù)；進(jìn)而實(shí)施灌溉作業(yè)，灌溉的時(shí)候結(jié)合遙感、地理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化的水稻田灌溉管理。既能夠節(jié)省水資源，又提升了灌溉的效率。3.2

變量施肥由于水稻田的地質(zhì)特點(diǎn)，土壤的含水量過高，流動(dòng)性較強(qiáng)，所以對(duì)水稻種植的施肥都會(huì)采用肥料深耕的形式，把控水稻生長(zhǎng)肥力均勻。同時(shí)依靠變量施肥技術(shù)對(duì)肥力進(jìn)行準(zhǔn)確控制，也能控制水田的種植成本。現(xiàn)在對(duì)變量施肥技術(shù)多是以固態(tài)肥為基礎(chǔ)進(jìn)行研究的，例如2BD-30同步側(cè)位深施肥水稻精量穴直播機(jī)。液體肥便于吸收，可以實(shí)現(xiàn)水肥一體化管理，保證水稻種植業(yè)集約化、規(guī)?；F(xiàn)代化發(fā)展。所以水稻插秧過程中水肥一體化，同步施肥技術(shù)設(shè)備研發(fā)更加重要，有利于提高肥料的利用率，促進(jìn)水稻的生長(zhǎng)。3.3

除草技術(shù)現(xiàn)階段，傳感器和人工智能在水稻田雜草管理中廣泛應(yīng)用，視覺識(shí)別技術(shù)也備受重視。如設(shè)計(jì)出除草機(jī)器人等應(yīng)用設(shè)備，有效提高了水稻田種植中除草的精度，減少對(duì)苗木的傷害。智能化技術(shù)、仿生化技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用技術(shù)研發(fā)較為深入，智能除草機(jī)械可通過對(duì)雜草感知、雜草識(shí)別等關(guān)鍵信息管理，有效控制除草機(jī)器，實(shí)現(xiàn)精確去除雜草。但是因?yàn)樗咎锏沫h(huán)境復(fù)雜，機(jī)械視覺除草技術(shù)應(yīng)用要進(jìn)一步與機(jī)械除草、化學(xué)除草、生物除草等技術(shù)結(jié)合起來，改善除草效率，這也是水稻田雜草管理的關(guān)鍵。3.4

病蟲害管理農(nóng)藥噴灑技術(shù)是病害蟲害管理的關(guān)鍵，集中在水田變量噴霧、高地隙寬幅噴霧兩個(gè)方向。這一技術(shù)的應(yīng)用能夠結(jié)合農(nóng)田的復(fù)雜環(huán)境、水稻種植的特點(diǎn)，實(shí)施專業(yè)化的農(nóng)藥噴射工作。同時(shí)現(xiàn)在無人機(jī)遙感影像技術(shù)對(duì)病蟲害管理有重要的影響，無人機(jī)、遙感成像應(yīng)用到水田管理的時(shí)候，遙控飛機(jī)可以看到高清圖像，進(jìn)而將獲得信息直接轉(zhuǎn)化為噴灑信息，有效清理害蟲，提高水稻產(chǎn)量。在精確分析水田病蟲害分布的基礎(chǔ)上，技術(shù)上傳、共享也能對(duì)區(qū)域病蟲害實(shí)時(shí)監(jiān)督控制，及早發(fā)現(xiàn)及早防治。4智能化技術(shù)在水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化中的應(yīng)用趨勢(shì)4.1

傳感器信息整合多傳感器信息融合發(fā)展，能夠進(jìn)一步探測(cè)傳感器檢測(cè)設(shè)備在水稻生產(chǎn)設(shè)備的應(yīng)用潛力。通過整合傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信、人工智能技術(shù)等，再結(jié)合土壤、水分、水稻長(zhǎng)勢(shì)等多種信息源的不同特點(diǎn)獲得相關(guān)信息。由此構(gòu)建一個(gè)多方位的水稻生產(chǎn)機(jī)械化信息數(shù)據(jù)庫(kù)，覆蓋水稻種植的耕地、整地、種植、田間管理等多個(gè)方面，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控水稻種植信息。此外將模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)器有效結(jié)合起來，提升多傳感器信息融合的性能，進(jìn)一步提高了水稻機(jī)械化生產(chǎn)的智能感知能力。4.2

智能裝備智能裝備的研發(fā)設(shè)計(jì)能夠有效提升監(jiān)測(cè)水平、控制精度，智能裝備也是農(nóng)機(jī)設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。若是能夠結(jié)合傳感信息在線控制水稻深耕、播種等環(huán)節(jié)，可達(dá)到農(nóng)業(yè)裝備參數(shù)實(shí)時(shí)獲取及一體化管理。智能技術(shù)與農(nóng)業(yè)水稻機(jī)械化的融合創(chuàng)新，確保了水稻種植高效、精準(zhǔn)、節(jié)能，提升了水稻耕地、播種、除草等環(huán)節(jié)的智能化水平。4.3

優(yōu)化智能算法結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)開發(fā)、變量播種、自動(dòng)控制系統(tǒng)，重點(diǎn)對(duì)播種插秧、深度施肥進(jìn)行集約化作業(yè)。研發(fā)多品種水稻相結(jié)合的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)排水施肥等過程智能控制算法的優(yōu)化，達(dá)到了降本增效、強(qiáng)化資源利用的目的，更好適應(yīng)規(guī)?；?、集約化的水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化趨勢(shì)。5結(jié)語水稻種植機(jī)械化的應(yīng)用對(duì)提升種植效率、降低人工勞動(dòng)成本具有積極的影響。將智能化技術(shù)融入水