智能化技術在水稻生產(chǎn)全程機械化中的應用研究與發(fā)展趨勢

摘要：智能化技術為現(xiàn)代科技帶來了質(zhì)的變化，隨著智能化設施設備的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也開始應用智能化技術。該文重點探討水稻生產(chǎn)全程機械化中，在耕地整地、種植、田間管理環(huán)節(jié)的智能化技術應用情況，分析探討未來智能化技術在水稻生產(chǎn)全程機械化中的應用發(fā)展趨勢。關鍵詞：智能化技術；水稻；機械化；發(fā)展趨勢水稻作為重要的谷物類糧食，深受中國百姓喜愛。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)技術的發(fā)展，水稻的生產(chǎn)方式發(fā)生改變，機械化的應用水平越來越高，不僅提升了應用效率，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，目前中國耕、種、收階段的綜合機械化利用率為83.70%，還未能將機械化覆蓋水稻種植全環(huán)節(jié)。并且各個環(huán)節(jié)的機械化作業(yè)率不統(tǒng)一，智能化技術在水稻機械化種植中的應用發(fā)展相對緩慢，為此探討智能化技術在水稻生產(chǎn)全程機械化中的應用具有必要性。

1耕地整地階段1.1

深耕智能調(diào)節(jié)技術水稻機械化種植中出現(xiàn)的深耕不均勻問題，關鍵在于拖拉機懸掛系統(tǒng)，在此基礎上應結合電液一體化技術，重視對深耕自動調(diào)節(jié)技術的研究。例如：將傳感器應用其中，結合拖拉機提升臂距離、地面機械工具，達到對拖拉機高度、俯仰角的控制，實現(xiàn)三點懸掛結構，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懸掛作業(yè)的形式，但由于水田作業(yè)環(huán)境較為復雜，在拖拉機工作中需要同步考慮水田地形不同的變化、拖拉機工作中滑移率以及傳感器應用性質(zhì)、機械運動中震動等多種因素的影響。1.2

自動平地技術水稻作業(yè)當中的自動平地就是對需要種植水稻的地塊進行平整作業(yè)。在這一過程中應用智能化技術主要解決平整作業(yè)的精度過低的問題。目前國外有公司采用FieldLevel-Ⅱ系統(tǒng)對農(nóng)田的地勢進行分析，結合系統(tǒng)的差異自動調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)，達到控制農(nóng)業(yè)機械升降、保持水稻用地平整的效果?，F(xiàn)階段在水稻生產(chǎn)中，國內(nèi)已經(jīng)開始使用激光控制水田大漿平地機，確保水田耕作平整。盡管中國農(nóng)業(yè)機械的自動化技術、智能化技術應用較晚，但在深耕智能檢測和自動化方面有著豐富的研究，只是尚未形成規(guī)?；Ｎ磥碓谘芯恐袑⑵渑c智能化機械、無人機等聯(lián)系起來有利于快速采集地形地勢，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、開溝、施肥各項作業(yè)有序進行，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關鍵環(huán)節(jié)，這對水稻增產(chǎn)、農(nóng)民增收有重要的影響。目前農(nóng)業(yè)機械化在水稻育秧過程中主要是生產(chǎn)線型，例如：精選機、催芽機對種子進行提前處理，終止前將土壤、肥料都進行攪拌，做好苗床準備；采用播種覆土聯(lián)合的機器進行播種并噴上農(nóng)藥化肥，做好育苗管理。目前應用在育苗過程的智能化技術主要是秧盤精密播種性能檢測技術，這一技術的應用目的是提高水稻播種的情況，采用光電傳感器、機器視覺，確保秧盤播種有效性，保障秧苗良好生長環(huán)境。2.2

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

水稻直播水稻田直播作業(yè)形式包括機械化水直播和機械化旱直播兩種。目前南方地區(qū)在水稻種植的時候會采用水直播，如2BD型水稻精量穴直播機器、折疊式寬幅水道精量穴直播機器。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。在水稻機械化種植中采用直播形式最為關鍵的控制播種量，因為播種過多造成種植成本的浪費，播種過少導致成活率過少，影響增產(chǎn)。所以，水稻直播機械設備對排種器這一環(huán)節(jié)的設置最為關鍵，目前常用的是機械式和力氣式兩種排種機器形式，分別采用地輪驅(qū)動、風機氣流驅(qū)動實現(xiàn)準確排種。

3水稻田間管理3.1

節(jié)水灌溉水稻種植過程中的節(jié)水灌溉一般會采用噴灌或滴灌兩種形式。借助PLC設計水稻智能排水灌溉系統(tǒng)，首先設定好水稻田水位參數(shù)；進而實施灌溉作業(yè)，灌溉的時候結合遙感、地理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡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，土壤的含水量過高，流動性較強，所以對水稻種植的施肥都會采用肥料深耕的形式，把控水稻生長肥力均勻。同時依靠變量施肥技術對肥力進行準確控制，也能控制水田的種植成本?，F(xiàn)在對變量施肥技術多是以固態(tài)肥為基礎進行研究的，例如2BD-30同步側(cè)位深施肥水稻精量穴直播機。液體肥便于吸收，可以實現(xiàn)水肥一體化管理，保證水稻種植業(yè)集約化、規(guī)?；?、現(xiàn)代化發(fā)展。所以水稻插秧過程中水肥一體化，同步施肥技術設備研發(fā)更加重要，有利于提高肥料的利用率，促進水稻的生長。3.3

除草技術現(xiàn)階段，傳感器和人工智能在水稻田雜草管理中廣泛應用，視覺識別技術也備受重視。如設計出除草機器人等應用設備，有效提高了水稻田種植中除草的精度，減少對苗木的傷害。智能化技術、仿生化技術的聯(lián)合應用技術研發(fā)較為深入，智能除草機械可通過對雜草感知、雜草識別等關鍵信息管理，有效控制除草機器，實現(xiàn)精確去除雜草。但是因為水稻田的環(huán)境復雜，機械視覺除草技術應用要進一步與機械除草、化學除草、生物除草等技術結合起來，改善除草效率，這也是水稻田雜草管理的關鍵。3.4

病蟲害管理農(nóng)藥噴灑技術是病害蟲害管理的關鍵，集中在水田變量噴霧、高地隙寬幅噴霧兩個方向。這一技術的應用能夠結合農(nóng)田的復雜環(huán)境、水稻種植的特點，實施專業(yè)化的農(nóng)藥噴射工作。同時現(xiàn)在無人機遙感影像技術對病蟲害管理有重要的影響，無人機、遙感成像應用到水田管理的時候，遙控飛機可以看到高清圖像，進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上，技術上傳、共享也能對區(qū)域病蟲害實時監(jiān)督控制，及早發(fā)現(xiàn)及早防治。4智能化技術在水稻生產(chǎn)全程機械化中的應用趨勢4.1

傳感器信息整合多傳感器信息融合發(fā)展，能夠進一步探測傳感器檢測設備在水稻生產(chǎn)設備的應用潛力。通過整合傳感技術、數(shù)據(jù)處理技術、網(wǎng)絡通信、人工智能技術等，再結合土壤、水分、水稻長勢等多種信息源的不同特點獲得相關信息。由此構建一個多方位的水稻生產(chǎn)機械化信息數(shù)據(jù)庫，覆蓋水稻種植的耕地、整地、種植、田間管理等多個方面，實現(xiàn)實時監(jiān)控水稻種植信息。此外將模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡、支持向量機器有效結合起來，提升多傳感器信息融合的性能，進一步提高了水稻機械化生產(chǎn)的智能感知能力。4.2

智能裝備智能裝備的研發(fā)設計能夠有效提升監(jiān)測水平、控制精度，智能裝備也是農(nóng)機設備優(yōu)化設計的重點環(huán)節(jié)。若是能夠結合傳感信息在線控制水稻深耕、播種等環(huán)節(jié)，可達到農(nóng)業(yè)裝備參數(shù)實時獲取及一體化管理。智能技術與農(nóng)業(yè)水稻機械化的融合創(chuàng)新，確保了水稻種植高效、精準、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)化智能算法結合神經(jīng)網(wǎng)絡開發(fā)、變量播種、自動控制系統(tǒng)，重點對播種插秧、深度施肥進行集約化作業(yè)。研發(fā)多品種水稻相結合的監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)排水施肥等過程智能控制算法的優(yōu)化，達到了降本增效、強化資源利用的目的，更好適應規(guī)?；?、集約化的水稻生產(chǎn)全程機械化趨勢。5結語水稻種植機械化的應用對提升種植效率、降低人工勞動成本具有積極的影響。將智能化技術融入水