时间：2022-06-11 18:00:53
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1 技术背景
随着电子技术及信息化的飞速发展，计算机控制与管理技术的运用已广泛深入到各个领域。智能灌溉控制器，是为了提高灌溉效率并实现信息化智能管理而发展起来的一款电子产品。考虑中国土壤面积广、人多、地形复杂以及人文特点，绝大部分的土地无法实现智能灌溉。为了实现准确计量和有效管理，广大农村可采取简单可行的节水灌溉控制措施。此举不仅具有广阔的市场前景，而且具有不可估量的社会价值。
2 农业灌溉智能控制的现状
农业灌溉用水一直主要考虑收取电费，对用水量没有概念。用户灌溉前，需找电工记录电表读数，灌溉后再记录一次，向村里缴纳电费即可。这样既浪费了人力资源及大量的时间，又不准确，且不便于统计管理，尤其对于科学灌溉和信息化管理毫无作用。鉴于此，市面上出现了各种IC卡预付费电表，当用户IC卡内金额足够的时候，刷卡时候预付费电表通过内部控制电路发出开泵指令，启动井泵开始灌溉；当用户主动刷卡停泵或是IC卡内金额不足时，电表发出停泵指令，停止井泵运行。虽然方便了电费的收取，一定程度起到了管理的目的，但是经笔者调查，用户普遍反映设备故障率较高维护不及时，影响用户使用；管理系统只记录了售电情况，管理系统不完善，没有受到上级管理者的认同和推广。
3 农业节水灌溉信息化系统的研究与发展
3.1 精细型信息化系统
此系统需要提前收录该村所有用户的用户名、所有地块信息（包含地块的位置、面积以及种植作物类型）和灌溉方式，并写入智能控制器内。使用过程中，用户通过IC卡识别出自己的资料，并选定地块及作物后启动井泵开始灌溉，同时开始计量电量，当用户再次刷卡时结束灌溉，控制器存储该用户此次的记录信息。由管理员定期利用智能掌上电脑（下文简称PDA），通过蓝牙的无线通讯，将控制器内存储的所有记录信息传送到PDA内。再通过USB数据线将PDA连接到PC机上，在管理软件中导入所有的记录信息，统计出每月的总用水量及每种作物的灌溉时间及用水量，经由GPRS无线传送给上级管理部门。如下图1所示。
图1 节水灌溉信息化系统
此款设备操作明了，记录信息详尽，但也存在一些不足：（1）控制箱的设计存在一定问题；（2）前期所提供数据量太大，村里管理员用到的数据量很小，且上级管理部门目前也不具备全面管理所有地区灌溉资料的力量；（3）控制器内存储的信息过多，设备老化快；（4）控制器与PDA之间是双向操作，对设备的寿命及稳定性都造成不利影响；（5）蓝牙传输不够稳定且速度太慢，不够人性化。
3.2 简单实用型信息化系统
考虑精细型操作过于复杂，在第二代产品的研发过程中，将人性化设计和有效管理放在了第一位。用户直接刷卡进行灌溉，控制器自动存储灌溉的起始时间、终止时间、用户信息、使用电量；管理员利用PDA通过红外技术将控制器内的灌溉信息抄取到PDA内；再将PDA与村级管理平台PC机连接，信息导入管理软件中；由GPRS无线传输给上层管理平台。
改进点：（1）控制器内部芯片也进行了升级，确保了设备的稳定性和寿命；（2）控制器只通过村庄编码来识别用户卡，简化了操作方法，保证灌溉记录的完整性和准确性；（3）在管理软件上，针对机井录入了相对的灌溉面积及作物种类，统计灌溉时间、用电量，通过水电转换系数来变换成相对的用水量，满足用户需求；（4）将蓝牙传输改为红外传输，确保了数据传输的稳定性和完整性。（5）改进了控制箱的设计，将进线孔全部封闭。
经过一段时间的运行，设备返修率仅为5%，且满足上级管理部门的基本需求。在定期维护时候，又发现了一些新问题：（1）灌溉记录的抄取需要人为操作，且抄取时间不定，不能同时满足各级管理者的不同需求；（2）通过估算水电转换系数，来计算用水量，误差太大。
3.3 实用拓展型信息化系统
在此基础上，经过笔者公司相关专业人员的研究，应管理部门的新需求，在北京顺义区又展开一个新项目，在简单实用型的基础上，又开发了控制器与超声波水表之间的无线数据传输、控制器与村级管理PC机的无线传输两种新功能，以及健全信息化系统。（1）设备的使用环境条件较好，配备了超声波水表，可以将水表读数直接无线数传给灌溉控制器，在用户使用过程中实时显示灌溉的用水量以及用电量，保证了用水量及用电量数据的准确性，同时为水电系数计算提供了参考数据；（2）控制器可以直接将灌溉记录定时通过无线组网方式无线传输给村级管理平台的PC机，并由PC机通过GPRS传输到上级管理平台。（3）在管理平台上，细化了机井的各种信息，并关联了用户的地块面积、作物类型，由管理员记录到软件管理平台上。可以随时按照用户名、机井来统计总的用水量、用电量，使得管理更加智能化。
设备运行良好，维护率很低，且管理简单，受到了用户、村级管理员和上级管理部门的好评！
目前在大兴、顺义多地大力推广该系统的使用。电子化、信息化、智能化、网络化是管理系统的发展必然趋势，提高无线传输的稳定性、更人性化的处理用户误操作导致的设备故障，以及更恰当的迎合上级管理部门的需求，才能最终实现节水灌溉控制及信息化管理系统的全面推广。
参考文献：
[1]姜吉顺，张亮，赵艳雷.农田灌溉节能节水智能控制系统的研究[J].中国农村水利水电，2013（5）.
[2]国务院.关于实行最严格水资源管理制度的意见[Z].国发，2012，（3）号.
本文通过对国内外智能化节水灌溉技术的研究及应用现状分析，分析了我国智能化节水灌溉技术的发展现状及其存在问题，并阐述了在我国发展智能化节水灌溉技术的必要性，这将对节约用水、提高作物产量，促进我国现代化节水农业的发展具有十分重要的意义。
我国水资源总量丰富，但人均占有量不足世界人均值的1/4，作为农业大国，农业用水占据全国总用水量的70%以上，日益严重的水环境污染和水资源浪费，更加剧了水资源的缺乏，使得用水矛盾更加凸显。随着水资源的日趋紧张，世界各国都在积极探索行之有效的节水措施[1]。
喷灌法、微灌法、渗灌法等，都是为解决水资源不足、提高灌溉水利用效率而发展起来的现代化的高效节水措施[2-3]。然而与节水农业发达的国家相比，我国的喷灌、滴灌占有效灌溉面积的比例极低，且自动化、智能化程度不高，这与我国水资源严重紧缺的形势不相适应。
1 国外智能化节水灌溉技术的研究
智能化灌溉是为了能更加高效的利用水资源，达到最优的节水增产目标，把生物学、人工智能、微电子等多种高新技术结合到节水灌溉技术中，按照不同作物对水的需求量不同进行不同水量的灌溉。
其中智能化灌溉控制器是智能灌溉的核心，能根据降雨量、当前温度、历史用水情况，以及土壤含水量等要素，自动调整灌溉运行时间[4]。
随着现代工业向农业的渗透和微电子技术的应用，国外的设施农业也不断地向智能化方向发展[5]。雨鸟公司、摩托罗拉等几家公司在20世纪80年代成功研制了智能化中央计算机灌溉控制系统，并且随着计算机硬件、软件的飞速发展，该系统也得到了越来越多的应用。
国外节水灌溉技术发展较早，已经形成了一定的规模，加上他们利用先进的电子计算机技术实现了对灌溉控制的自动化管理。其中又以美国、以色列、澳大利亚等几个国家最为突出。
美国瓦尔蒙特工业股份有限公司和ARS公司联合开发的一种红外湿度计能够自动读取作物叶面湿度，并将其反馈给中央控制器，然后通过电脑对灌溉系统发出灌水的指令;以色列极度缺水，通过全国铺设管道输水来降低输水损失，并大量采用喷灌、滴灌技术，通过家庭计算机和无线控制技术对灌溉实行自动化的管理使得其灌溉水有效利用系数达0.9以上[6-7]。
2 国内智能化节水灌溉技术研究现状
我国的节水农业根据我国国情，在科技工作者不断地推陈创新中形成了自己的特色和优势，但在现代化的信息技术、现代工业、人工智能的利用上与发达国家相比依旧存在差距。在农业节水灌溉技术上缺乏竞争力。
自1990年起科技部通过863计划，我国就开始实施农业节水智能化示范区的工程建设，近些年来智能化节水灌溉已有所发展。
北京市第1个农村节水灌溉计量信息化管理的示范区通州区，于2010年建成实现了村级农业用水的智能化计量管理[8];云南省昭通市昭阳区的智能化灌溉苹果园，利用电磁阀实现了对园内滴管、微喷设施的远程控制[9];
唐山市丰南区的智能井房建设更是做到了计算机与遥感技术、传感器等的结合，联系农业部土壤墒情、气候预报，做到了更加精准的农业灌溉[10]。这些智能化的灌溉及管理措施给当地供水部门的工作带来了便利的同时也极大地提高了农业用水的效率，也实现了农业的增产增收。
虽然智能化节水灌溉在我国已有所探索并在局部地区开始应用，但这些只是局部小范围的，而且靠大量的财政扶持，尚没有形成一个完整的产业体系，也没有做到大范围的推广。
3 智能化节水灌溉的必要性与趋势
2012年国务院办公厅印发的《国家农业节水纲要(2012-2020年)》[11]给出了到2020年农田灌溉水有效利用系数达0.55以上发展目标。截止2013年底，我国高效节水灌溉面积为1.42×107hm2[12]，根据相关部门预测，到2030年底我国缺水量将高达1300～2600亿m3，其中农业缺水量达500～700亿m3。
而且我国水资源分布极不均匀，在地域上南多北少、东多西少，在时间上雨季旱季明显，占耕地面积60%以上的北方水资源量只有20%左右。
“十三五”规划中，我国要新增高效节水灌溉面积0.067亿hm2，农田有效灌溉面积达0.67亿hm2以上。如何解决缺水与灌溉面积增加之间的矛盾，来缓解水资源紧缺的问题，实现作物高产稳产，这就需要在灌溉系统中合理地推广自动化控制，并逐步提高节水灌溉的智能化水平。
就目前而言，我国智能化节水灌溉技术还处于初级发展阶段。与节水农业发达的国家相比，我国农业节水灌溉现有水平不高，在引进的自动化控制器中大多不能适应中国的实际情况，不仅如此，高昂的价格更是阻碍了在我国的推广[14-16]。
在国家对农业发展要求和农业用水紧缺的矛盾中，高效的、自动化、智能化的节水方式应该成为我国农业节水灌溉的发展目标。而发展的相对滞后也带来了潜在的巨大市场。
4 结束语
水资源短缺与水污染严重是世界性问题，农业是用水大户，如何解决农业用水浪费、提高灌溉水利用率是世界各国面临的共同问题。在现代工业的支撑下，现代农业节水灌溉技术也在向着智能化方向发展。
1.1智能化农机的内涵
智能化农机是指装备有中央处理芯片（CPU）和各种各样的传感器或无线通讯系统的现代化农机，其特点是加装在农业机械上的微型计算机对传感器传回的各种信号进行逻辑运算、传导、传递，进而在动态作业环境下发出适宜指令驱动农业机械来完成正确的动作，由此实现农业生产和管理的智能化。智能化农机所要达到的目的是实现工作效率化、作业标准化、农机舒适化、人机交互人性化、操作傻瓜化等。目前智能化农业机械装备已成为当今世界农业装备发展的新潮流，是近几年来国际上农业科学研究的热点之一。
1.2智能化农机的优点
智能化农机是应用计算机技术、电控技术和人工智能等技术装备农业机械的高新技术产品，与传统的功能性农机相比具有以下几个方面优点：
（1）功能强大。智能化农机由于装备了智能化控制系统，不但能完成传统农机的耕作、收获、灌溉和病虫害防治等作业，还可进行土壤信息采集、农作物产量信息采集等工作，进而为精准农业的实施提供技术支撑。
（2）结构紧凑、通用性强。由于中央处理芯片的功能越来越强大，因此智能化农机的结构变得更加紧凑、通用性更强。通常只需改变部分软件，就能改变判断基准，变更动作顺序，以适应不同的作业环境及作业对象对作业机械的功能要求。
（3）劳动强度低、作业效率高。智能化农机能根据作业的需求变化进行自动调整、控制，减少了许多人工操作，不仅降低了操作人员的劳动强度，而且还拥有很高的作业效率，一个人甚至可在办公室内通过计算机同时控制几台智能化农机完成不同的生产作业。
（4）安全性、可靠性高。智能化农机装有各种各样的传感器用于监视作业环境和作业状况，可根据作业环境和对象变化自动调整工作状态，并始终处于良好的技术状态下作业，加之具有自动保护功能，因而安全性和可靠性较传统农机高。
（5）节能、环保。由于智能化农机在良好的技术状态下进行各种作业，加之其作业效率高，因而能耗较低；同时智能化农机采用精准方式作业，不仅能大幅提高化肥和农药的利用率，而且能减少两者对农业生态环境的污染，降低农产品中的农药残留。
2国内外智能化农机的发展现状
自20世纪90年代中期，美国将卫星导航系统安装在农业机械上，从而开启了农业机械高科技、高性能、智能化的先河。目前欧、美、日等发达国家农业不仅已基本实现全面机械化，而且智能化农机应用也具有相当高的水平。虽然近年来，国内智能化农机有了较大发展，但总体上还处于研发阶段，智能化机具很少、智能化程度低，与国外发达国家的差距还很大。
2.1智能化动力机械
农业动力机械的智能化包括农用拖拉机、大型自走式农机（联合收获机械、植保机械）在行走、操控、人机工程等方面的智能化。利用GPS自动导航、图像识别技术、计算机总线通信技术等汽车航天技术来提高机器的操控性、机动性和人员作业舒适性。在上述机械驾驶室中，都有一台或数台计算机，具有统一标准设计的接口，用于与不同类型的农机具配套使用。与传统农机驾驶室中采用仪表盘显示作业参数不同的是，智能化农业动力机械安装有信息显示终端的人机交互界面，通过屏幕菜单操作者可任意选择显示机组中不同部分的终端信息，调用数据库信息，显示数据、图形、语音等多媒体信息。如美国研制成功一种激光拖拉机，利用激光导航装置，不仅能够精确地测定拖拉机所在位置及行驶方向，而且误差不超过25cm；英国开发的带有电子监测系统（EMS）的拖拉机具有故障诊断和工作状态液晶显示功能，通过EMS可严密地控制作业机具的耕作及播种的宽度、深度等。是德国的一款智能化甜菜收获机及其驾驶室内景。近年来，国内的福田、一拖等一些农机企业已意识到了农机“智能化”研发的重要性，开始着手研发智能化动力机械，并取得一定成效。据《中国农业机械化发展报告》显示，在国产东方红X￣804拖拉机上已经设计开发出载波相位差分全球定位系统（DGPS）自动导航控制系统，该系统使得拖拉机的自动化和智能化水平大大提高，成功实现拖拉机的无人驾驶。
2.2智能化作业机械
智能化（有时亦称变量）作业机械主要包括播种机、施肥机、整地机械、田间管理机等作业机具，其智能化应用如激光平地、变量施肥与喷药，以及机具作业状态的监控、故障报警等。
（1）智能化收获机械。联合收割机装备有各种传感器和GPS定位系统，既可收获各种粮食作物，又可实时测出作物的含水量、小区产量等技术参数，形成作物产量图，为处方农作提供技术支撑。如美国卫西•弗格森公司在联合收割机上安装了一种产量计量器，能在收割作物的同时，准确收集有关产量的信息，并绘成小区的产量分布图，农场主可利用产量分布图确定下一季的种植计划及种子、化肥和农药在不同小区的使用量；日本研制的自动控制半喂合收割机，其作业速度自动控制装置可利用发动机的转速检测行进速度、收割状态，通过变速机构，实现作业速度的自动控制，当喂入量过大时，作业速度会自动变慢。智能化粮食收获机械是当今国内智能化农机装备研究的重点和热点，目前已研制开发出实用化的大型智能化粮食收割机。如国机集团所属的中国农机院研制出智能型10kg/s通用性多功能谷物联合收割机，创造了中国收割机最大喂入量记录，并凭借自动化、智能化控制等先进技术，打破了国外技术垄断和市场垄断，可用于水稻、小麦、大豆等粮食作物收获；福田雷沃创新研发的基于GPS定位系统的精准农业远程信息化服务系统，能够对收割机故障进行远程实时诊断，并能指导维修作业。
（2）智能化喷药机械。智能化喷药机械能提高农药利用率，减少对土壤、水体、农作物的污染，保护生态环境。如作为智能农机领域中的引领者，美国约翰迪尔公司生产的自走式精确喷雾机具有灵活高效、 作业精准等诸多优势；德国推出的一种莠草识别喷雾器，在田间作业时能借助专门的电子传感器来区分庄稼和杂草，只有当发现莠草时才喷出除莠剂，除莠剂使用量只有常规机械的10%甚至更低，减少了对环境的污染；俄罗斯研制的果园对靶喷雾机采用超声波测定树冠位置，实现对果树树冠的喷雾，大幅度减少或基本消除了农药喷到非靶标植物上的可能性，节省农药达50%，生产效率提高20%。国内对自动对靶喷雾等变量喷药技术进行了较深入的研究，结合生产实际开发了相应的机具。如将红外探测技术、自动控制技术应用于喷雾机上，研制出果园自动对靶喷雾机，较好地解决了现行果园病虫害防治存在的农药利用率低、污染环境等问题。2012年作为智能农机领域中的领导者，约翰迪尔4630自走式喷雾机在中国实现本土化生产，目前已广泛地应用于国内玉米、棉花、高粱和甘蔗等高秆作物的大面积、高效率和精准植保作业。
（3）智能化施肥机械。施肥机可以在施肥过程中，根据作物种类、土壤肥力、墒情等参数控制施肥量，提高肥料利用率。如美国Ag￣Chem仪器装配公司生产的施肥系统可进行干式或液态肥料的撒施，该系统通过电子地图内叠存的数据库处方，可同时分别对磷肥、钾肥和石灰的施用量进行调整；日本久保田株式会社推出的农业服务支援系统“久保田智能农业系统（KSAS）”，该系统的正式套餐中，联合收割机搭载了与KSAS对应的传感器，插秧机附带电动调节施肥量的功能，对应农机连动制作产量分析及施肥计划。国内山东省农机科研院、福田雷沃国际重工股份有限公司等单位研制出“2BYFZ￣4型智能玉米精密播种施肥机”，该机采用自主研发的种、肥专用传感器分别设计了种子检测与自动补种系统、化肥检测与自动疏通系统，以及基于CAN总线的专用控制器与触控软件系统等三个主要系统，其中前者能完成已播数、重播数、漏播数的计量和缺种、堵塞故障报警及自动补种，而后者能实现株距与施肥量的电动无级调节。
（4）智能化灌溉机械。灌溉机械的智能化不仅可大量节约用水，而且还能省工、省时。如美国瓦尔蒙特工业股份有限公司和ARS公司开发的智能红外湿度计，被安装在农田灌溉系统后，可每6s读取一次植物叶面湿度，当植物需水时，灌溉系统会及时通过计算机发出灌溉指令向农田中灌水；美国、以色列等国在大型平移式喷灌机械上加装GPS定位系统，结合存放在地理信息系统中的信息和数据，通过处方实现农作物的人工变量灌溉。此外，目前发达国家已实现喷水和施肥、喷药同步进行的一体化作业。国内将计算机与分布于农田内的各种传感器，如土壤水吸力、管道压力、流量、空气温度、空气湿度、雨量、太阳辐射、气压等传感器进行相连，实现数据采集自动化，同时对采集到的各种数据信息进行计算、分析，其结果不仅可作为确定精确的灌溉时间和最佳灌溉水量的依据，而且还可根据决策结果对灌溉设备进行自动控制与监测。
（5）智能化播种机械。智能化播种机械能根据播种期田块的土壤墒情、生产能力等条件的变化，精确调控播种机械的播种量、开沟深度、施肥量等作业参数。如美国依阿华州生产的“ACCU￣PLANT”的播种机控制系统可附加在各类播种机上，通过该系统调控播种机上的播种量计量装置，实现不同地块的播种量调整。另外，部分条播机还加装了同时撒施肥料、杀虫剂和除草剂的撒施装置，将这些装置的驱动机构与播种机计量装置连结在一起，能实现撒施量与播种量大小的同步调整与变化。国内研制了基于全球定位技术(GPS)的智能变量播种、施肥、旋耕复合机，并在一些农场投入使用。此类机械具有复式作业功能，可一次性完成耕整、播种、施肥等多种功能，适用于小麦、大豆、油菜等多种作物，并且操作简便，通过电脑触摸屏调控机具作业参数。
（6）智能化设施农业装备。目前欧美、日本等发达国家已形成温室成套装备，其温室结构、环境控制设施设备，以及室内作业机械装备的制造技术都非常成熟，并向高度自动化、智能化方向发展，并已建立不受或很少受自然影响的全新农业生产技术体系。如荷兰的温室能够常年稳定地生产蔬菜和花卉，黄瓜、番茄等作物的产量可以达到40～50kg/m2；设施农业中的植物工厂（plantfactory）则完全摆脱了自然环境对植物生长的影响，其产量可达到常规栽培的几十甚至上百倍，图3为植物工厂的内部情况。国内许多机构利用计算机技术、传感器技术、通讯技术研制出温室环境监测和自动控制系统，不仅可自动监测温室内的气候和土壤参数，而且还能自动控制温室内配置的所有设备的优化运行，如开窗、加温、降温、加湿、补光照、CO2补气、灌溉施肥、环流通气等；与此同时利用物联网、互联网、大数据和云计算等先进技术，研制远程监控系统，并能通过手机或计算机实现温室可视化远程监控。图4是基于物联网的控制大棚。
（7）农业机器人。在先进发达国家，农业机器人在农业生产的许多领域得到发展和应用。如美国明尼苏达州一家农业机械公司研究推出的施肥机器人（如图5所示），会从不同土壤的实际情况出发，适量施肥；法国发明了专门服务于葡萄园的机器人，它几乎能代替种植园工人的所有工作，包括修剪藤蔓、剪除嫩芽、监控土壤和藤蔓的健康状况等；美国波士顿研制出育苗机器人，工作人员只要在触摸屏上设定地点参数，机器人就能感应盆栽，并自动把它们移动到目的地；英国、日本研发了挤奶机器人，不仅能完成挤奶工作，还可在挤奶过程中检测奶质；澳大利亚发明了一种像牧羊犬的机器人（如图6所示），能在农场代替传统的放牧劳力。国内农业机器人起步晚、底子薄、投资规模小、发展速度缓慢，目前仍处于理论研究时期，距离实际应用还有许多难题需要解决，与发达国家相比，在可靠性、精度和效率等方面差距很大。尽管如此，国内农业机器人的研究目前也已取得了一定的成果，如中国农大研制出蔬菜嫁接机器人，南京农业大学、上海交通大学、西北农林科技大学、陕西科技大学等高校已成功研制出采摘草莓、黄瓜、茄子、番茄等水果蔬菜的农业机器人和用于除草的农业机器人；但总体上处于研究试验阶段，进入实用化的农业机器人则很少。
2.3智能化农机管理
农业机械性能发挥程度和使用率高低受许多条件限制，既受农机具的保有量、配置和状态的制约，又受作物生长情况、气候变化等因素影响。只有在一个农场或区域形成一个高效的农业生产管理网络，并实现农机具的智能化管理，才能充分发挥各种农业机械的效率与作用。农机具管理智能化包括机具配置、机具状态监控、实时调度和维修保养的智能化。如欧洲一些大农场已建立和使用农场办公室计算机与移动作业机械间通过无线通信进行数据交换的管理信息系统，通过该系统不仅能够制定详细的农事操作方案和机械作业计划，而且驾驶员还能根据作业机械显示的相关数据，调整机械作业的负荷与速度，确保机组能在较佳的工况下运行，与此同时利用作业过程采集的数据，通过系统运算和处理，能够实现如作业面积、耗油率、产量的计算、统计及友好的人机界面显示等智能化功能；日本洋马株式会社的农机“智能助手”，通过搭载在农业机械上的GPS天线和通信终端，农机能够自动发送位置、运转及保养方面的信息，并每天自动生成作业报告，还可实现监视防盗、运转状况管理、保养服务、突发问题自动通知与迅速应对等方面的功能，该“智能助手”不仅能自动支持农业机械作业，还可与第三方公司提供的农业云应用程序“facefarm生产履历”配合使用，进一步提高效率，目前“智能助手”已在日本全国推广应用。国内一些省份农机管理部门、高校与有关公司合作，利用“互联网+”实现了农机智能化管理。如宁波市农机总站与宁波移动合作建设“智慧农机”信息服务平台，该平台整合了无线通信、农机定位、地理信息、计算机控制等先进技术，能实现农机定位、农机调度、农机作业面积统计计算等功能，通过几年试点工作，现已取得较好成效；中国移动湖北公司为湖北省农机局研发了“农机宝”手机APP智能应用系统，为全省农机手免费提供农机作业电召信息、农机维修及加油站点位置服务等九大类手机智能应用服务；浙江大学正呈科技有限公司与江苏北斗卫星应用产业研究院联合开发的“北斗农机作业精细化管理平台”能为农机作业提供定位监控、指挥调度、面积统计、信息管理等智能化精细化管理服务，经浙江省一些县市农机管理部门使用，反映效果好，目前已进入加快示范推广阶段。
3我国智能化农机未来发展建议
加强以信息化技术为先导的智能化、自动化农机技术与装备的研发制造，既是转变农业生产方式的现实要求，也是农业现代化发展的客观需要；因而国家非常重视智能化农业机械装备技术发展，“十二五”期间，国家不仅在《高端装备制造业十二五发展规划》《农机工业十二五发展规划》要求重点发展农机自动化、信息化和智能化技术，以提高农机装备的控制水平和智能水平，而且启动了当今农业装备领域财政投入最大的国家863计划项目“智能化农机技术与装备”重大项目。另外，还将农业机械列为智能制造试点的十大领域之一。根据目前国内智能化农业机械的研发、制造和应用现状，应采取如下几方面措施加快智能化农业机械领域发展，以适应现代农业发展对先进适用农业机械的需要。
（1）积极营造发展智能化农业机械的良好氛围。目前国内对农机“智能化”理解偏差较大，尤其是许多农机企业过于关注眼前利益，因而对发展智能化农机并不完全认同。为此，需要强化宣传，营造良好氛围，提高对发展智能化农机重要性的认知，使社会各界尤其是农机企业认识到中国农机走“智能化”发展道路，既是我国从“农机大国”走向“农机强国”的必然选择，也是由我国未来现代农业生产和新时代人群的需求所决定的。
（2）加强现有智能化农业装备成果转化和示范推广。“十二五”实施的国家863计划项目“智能化农机技术与装备”重大项目，目前已在秧苗高速栽插与精密播种技术研究、瓜菜田间生产智能化关键技术与装备研究、茶园智能化关键技术与装备开发等方面取得了许多研究成果。为使上述智能化农机技术与装备对农业现代化的发展确实起到支撑作用，应加快建立若干以智能化技术为引领的智能农机装备产业化示范基地，推进成果的转化与应用。
二、现实意义
为了解决我国农业用水存在的水资源紧缺与水资源污染、浪费严重的突出矛盾以及节水灌溉管理体系有待加强完善的问题，应该更新观念，以现代化大农业的发展为中心，不断向节水灌溉、高效用水模型和绿色环保的研究领域扩展、加强作物需水规律和灌溉制度的研究、加强农田水利应用基础研究等措施，解决农业水资源短缺，保证农业、水利可持续发展。
三、研究目的
实现水稻用水灌溉的最优控制，为农田灌溉排水工程设计和运行管理提供科学依据，为农业可持续发展提供技术支撑，对现代化大农业发展起到引领和示范带动的作用。
四、系统功能
把田间多余灌溉用水排进蓄水池进行保存，最大限度地节约水资源。由于循环水中含有化肥、农药、养料，使之循环利用，做到不污染环境，节约农药、化肥、节约生产成本，绿色环保。水稻田间铺设灌水、排水管道，田间装设电动进水阀门和电动排水阀门、电磁流量计、水位计、水质检测等仪表，按照寒地水稻的全生育期的灌溉需水规程要求，做到灌溉水的自动循环利用，减轻劳动强度，降低人工成本。
五、系统理论基础
智能化循环节水灌溉项目以水稻叶龄诊断技术为理论基础，根据水稻不同叶龄时期的需水规律，分别制定出水稻各叶龄生育时期的灌溉控制策略。秧苗三叶一心开始插秧，田间保持花达水状态；4叶返青期，上护苗水3-5cm；分蘖期保持3-5cm水层，分蘖盛期即7叶期晾田控蘖5天左右；拔节期和孕穗期实行间歇灌溉，水层自然落干后，再灌水3-5cm；孕穗末期至始穗期可根据水稻长势适当晾田；抽穗、开花至蜡熟期继续实行间歇灌溉；水稻成熟前30天停止灌溉，等待收获。
六、系统工作过程
安装在灌水渠和排水渠上的智能灌溉控制装置接到系统决策指令后，通过控制灌水和排水电磁阀的开启和关闭，将蓄水池中的水流入格田或将格田内多余的灌溉水回收到蓄水池进行储存，供下次灌溉使用，从而实现自动化的循环灌溉。
由于天气高温、蒸发量大或其他原因造成格田内的水层深度低于水稻该叶龄期的水位临界值时，系统对传感器采集的数据进行分析诊断后，自动发出灌水指令，蓄水池中的水泵接到指令后立即启动，蓄水池中储存的灌溉水流向灌水渠，同时灌水渠的电磁阀自动打开，灌溉水进入到格田内。当格田内的水层深度达到系统预设值时，系统发出停止指令，蓄水池的水泵停止工作，灌水渠电磁阀自动关闭，停止灌溉。
由于栽培技术要求需要排水，或者是遇到较强的降雨造成格田内的水层深度高于水稻该叶龄期的水位临界值时，系统诊断后立即发出排水指令，排水渠电磁阀自动打开，田间多余的水通过排水渠流向蓄水池并储存起来。当格田内的水层深度降到系统预设值时，系统发出停止排水指令，排水渠电磁阀关闭，停止排水。
七、应用效果分析
1、 用水量监测
对系统灌溉监测数据统计分析，智能化循环节水灌溉用水量107m3/亩，其中排水量45m3/亩，需地下水62m3/亩，常规灌溉需地下水128m3/亩，全年省水66m3/亩。节约了水资源，实现农业可持续发展。
2、 节约肥料成本分析
分别在水稻插秧排水、分蘖、晒田排水和齐穗4个时期，采集水样。养分化验结果见下表1。
蓄水池全氮含量1.2mg/L，晒水池全氮含量0.34mg/L，差值为0.86mg/L，循环水二次利用水量45m3/亩，增加全氮养分含量38.7g/亩，可节约尿素0.09kg/亩；磷肥比较稳定，养分流失量很小，可忽略不计，速效钾流失量最高，按上述方法计算，可节约50%硫酸钾0.6kg/亩，通过智能化循环节水灌溉技术亩节约尿素0.09kg，50%硫酸钾0.6kg，节约肥料成本3.1元/亩。
2、 节约人工成本分析
应用该项技术实现灌溉管理的智能化、自动化控制，节约水稻生产灌溉田间管理人工费15元/亩。
引言
随着我国经济、社会的不断发展，我国对各种农产品的需求量也在不断增加，在这种情况下必须不断采取措施提高农业生产的效率和质量，满足我国对农产品日益增长的需求，推动我国经济、社会的平稳、可持续发展。
1在现代农业机械中应用智能化技术的意义
农业是我国社会、经济发展的重要支柱型产业，与我国人民的日常生活密切相关。我国农业发展历史十分悠久，距今已有数千年的历史。我国最早期的农业生产是依靠人力进行的，后来逐渐使用耕牛等牲畜进行农业生产，这种农业生产方式的效率非常低，人和牲畜的劳动强度也非常大。随着人类社会、经济的不断发展，在农业生产过程中逐渐出现收割机、播种机、脱粒机等农业机械，取代了传统的人工劳动，使得农业生产的效率得到了极大提高。随着我国信息化技术、机械化技术的不断发展，传统的农业生产方式已经无法满足我国农业生产的发展要求，迫切需要提高农业生产过程中的机械化水平、智能化水平，实现农业机械的自动化生产，解放传统的劳动力，减轻农民的负担，提高农业生产效率，提高农作物产量。近年来，我国农业机械化得到了十分迅猛的发展，各种农业机械逐渐走进广大农民的生活，对农业生产的发展发挥着重要的推动作用。目前我国农业机械的使用率在飞速提高，农业生产已经具有较高的机械化水平。在这种背景下，我国政府大力推动智慧农业的建设和发展，不断采取措施提高农业机械的智能化水平、自动化水平，希望能够依靠智能的农业机械来解放农村劳动力，提高农民收入水平，推动农村经济发展。2018年国务院提出，应当在农业机械中大力应用大数据、物联网、卫星定位等先进技术，顺应我国农业发展趋势，推动我国农业的不断发展。通过在现代农业机械中应用智能化技术，可以促使农业生产资源、劳动力利用率不断提高，减少农业生产对环境所造成的污染和破坏，在提高农业生产经济效益的同时还可以提高农业生产的环境效益，实现经济、环境、社会三者的协调、可持续发展。应用智能化技术的现代农业机械功能更加齐全，许多依靠人力难以解决的问题都能够得到有效解决，农业生产效率得到了极大提高［1］。与传统的农业机械相比，应用智能化技术的现代农业机械运行的安全性、可靠性更高，在运行过程中可以自动监控运行状态，实现对故障问题的自我诊断，当出现故障问题时可以及时通过系统进行预警，农民可以及时明确农业机械的故障问题，并对故障问题进行解决，避免故障问题进一步扩大而阻碍整体农业生产的顺利进行。此外，应用智能化技术的现代农业机械还可以对气候、环境信息进行实时监控，根据收集的气候、环境信息以及目前的实际产量对接下来的农业生产活动进行预测，根据农作物具体的生长情况、周边的环境因素制定下一阶段的农业生产计划，确保制定出的农业生产计划有着极高的科学性、合理性。
2现代农业机械中对智能化技术的应用
2.1新能源技术
在现代农业机械中应用新能源技术，主要是加强对风能、太阳能等的利用。太阳能作为环保、可再生的能源可以为现代农业机械的运行提供动力，并可应用到农业生产的病虫害防治、农作物的灌溉和种植等领域，可以推动农业生产效益的有效提高，减少农业生产过程中对环境所造成的污染。如，利用太阳能技术建立光电温室大棚，为大棚中各种农作物的生长提供电能、热能;利用太阳能技术研发诱虫灯等设备应用到农业生产当中，可以及时杀灭各种害虫，避免农作物出现病虫害问题。传统农业生产过程中大量使用农药、化肥所造成的农药残留、土壤肥力降低等问题也可以得到有效解决。此外，还可以利用太阳能技术构建太阳能制冷器、集热器、真空平板等设备，将太阳能转换成机械能、电能，为农业机械运行提供动力，太阳能制冷器可以降低农业机械运行温度，避免农业机械由于过热而引发一系列的故障问题，确保在高温天气下农业机械仍然可以稳定运行。对于风能的利用主要是构建风力发电设备将风能转换成电能，为农业机械运行提供充足的电力，有效降低农业机械的运行成本，提高农业生产的经济效益［2］。
2.2自动控制技术
在农业机械中应用自动控制技术，可以有效提高农业机械运行的自动化、智能化水平，构建完善的农业机械自动运行监控网络。可以将自动控制系统、电子监视系统安装到各种农业机械内部，在主要农业机械的驾驶室中安装智能显示屏并与其它农业机械的自动控制系统、电子监视系统相连接，实现对农业机械运行的实时监控。澳大利亚等国家依靠传感器技术构建了农作物自动监测与管控系统，能够及时收集光照强度、温度等环境数据，并将收集到的环境数据传输到计算机中，经过计算机的分析处理后传输到调节装置，调节装置根据计算机传输来的数据指令实现对农作物生长环境的自动调节。
2.3计算机视觉技术
在农业机械中应用计算机视觉技术，主要是依靠摄像机、计算机等设备对人的视觉功能进行模拟，代替人去识别、监控、测量不同的农业目标。田间作业环境比较复杂，环境因素众多，并且依靠人的视觉对农作物生长方向、位置等进行确定十分困难。而依靠计算机视觉技术可以无视复杂的田间作业环境，全面收集田间的各种环境因素，对农作物生长方向、位置进行迅速、准确地识别，后续还可以根据识别到的农作物生长方向、位置来对农业机械的运行路线进行规划，切实提高农业生产的效率和质量。计算机视觉技术还可以应用到农产品的检测工作中，只需要采集农产品的图像就可以对农产品进行精准检测，不需要和农产品产生接触，不会对农产品造成损坏。
2.4电子智能化技术
在现代农业机械中应用电子智能化技术，可以提高农业生产的精细化、精准化水平，实现农业生产各个环节的精准进行。西方发达国家在农业机械中应用先进的智能技术，并结合各种电子信息技术构建了智能化的农业机械控制系统，研发出各种能够智能采摘、收获、播种的机械设备。以色列利用电子智能化技术、自动控制技术研发出自动灌溉系统，能够自动进行灌溉，并自动对农业生产过程进行监控，灌溉的精准度得到了极大提升。德国研发出可以与智能手机相连接的电动小型拖拉机，大型农场主可以通过智能手机对电动小型拖拉机进行控制，对其驾驶室事先进行预热或制冷。
2.5GPS导航技术
GPS导航技术有着操作简单、成本低、效率高的优点，在农业机械中得到了极为广泛地应用。日本依靠GPS导航技术研发出无人驾驶的拖拉机，能够自动从仓库中驶入农场，并且这种无人驾驶拖拉机还应用了GPS测量技术，定位的精确度非常高，能够严格按照规定的路线运行。美国等国家在小型无人机等机械中应用了GPS导航技术，事先在导航系统中设置好小型无人机的飞行路线、速度、高度，通过小型无人机来进行农药的喷洒，农药喷洒的效率得到了极大提高，农药对农作物的穿透性也变得更强，效果得到了极大提升。
3推动农业机械智能化发展的措施
公司创始人张侃谕教授首先在国内提出“智慧农业”概念，并给出其确切的定义，带领公司成为国内在智慧农业领域内唯一拥有完整自主知识产权的农业科技企业。
公司主营业务
数字农业、智慧农业设备与系统提供；
节水灌溉与精准施肥的水肥一体化工程与技术服务；
先进农业栽培和养殖技术支持与服务；
现代农业园区规划与温室建设的整体解决方案。
温室建设及其自动化智能化的整体解决方案
邦伯公司把现代温室建造和智能栽培环境调控技术相结合，从温室建造和种植技术的结合点入手：
提高温室自动化水平，实现温室管理的省人化、智能化；
采用智能栽培专家库、决策辅助系统，实现温室环境调控和智能栽培，提高温室产品产量产值；
采用节能降耗，节水节肥技术，减少温室运行成本。
通过深入研究设施智能栽培技术和温室环境调控技术，直接为用户提供温室建设智能化、自动化的整体解决方案。
邦伯公司已为上海市嘉定区特种水产养殖试验场设计了基于水产物联网的刀鱼全人工繁育环境调控和监测系统的方案。
技术优势
温室建造运行与智能环境调控和智能栽培管理相结合的整体设计建设方案；
研究光合效率、干物质积累、呼吸消耗、干物质分配与产量形成等过程，建立数字的温室智能栽培管理专家系统；
通过研究温室栽培环境中的肥水需求规律，实现精准施肥灌溉一体化；
通过病虫害远程诊断网络技术平台，实现病虫种类识别、发生流行规律、防治决策方法和治理技术的查询。
方案解决过程
应用案例
已经为全国10多个省市（南至西沙、南沙群岛，北至吉林长春，西至甘肃、新疆），110多个农业园区和农业生产企业提供温室建设自动化智能化的解决方案和系统的工程服务。
主打产品
GSZK-01节水灌溉与精准施肥控制系统
GSZK-01节水灌溉与精准施肥控制系统具有高性价比的特点，节水节肥、省力省时、产量提高，专用于连栋温室、日光温室、温室大棚和大田的水肥一体化控制，是公司的主打系统之一。
产品特点
节水节肥——高效水肥灌溉和精准调控；
可迅速大面积灌溉和施肥；
根据土壤水分等相关参数自动反馈控制灌溉；
省人力、省时；
提高产量——投运该系统可增产30%～50%。
GFZP-20食用菌工厂化栽培控制与生产管理系统
GFZP-20食用菌工厂化栽培控制与生产管理系统针对食用菌工厂化生产，提供食用菌工厂化栽培全程智能控制系统。
产品特点
上、下位机的二层网络结构，集中监控与菇房现场控制相结合；
全数字的现场总线控制系统；
变风量变频调节的环境综合调控模型；
食用菌工厂化栽培全过程自控与管理；
各种菌类栽培数据库及栽培过程参数复用；
缩短食用菌培育时间，提高产量。
系统功能
该控制系统由中央集中监控计算机和多个嵌入式控制器组成，通过CAN现场总线构成分布式网络，可同时对多达16 个菇房进行生产监控。中央监控计算机集中管理菇房食用菌栽培生产过程控制和数据处理显示分析；控制器承担菇房的数据采集和控制任务，控制器具备小键盘和液晶显示器，完成菇房现场的控制参数设置和全程生产管理工作。
ZPSY-30组织培养室环境调控与种苗生产管理系统将环境自动控制与植物组培技术融合，实现了环境控制和植物种苗组培全程生产管理及信息追溯，属于邦伯公司的独创。
ZPSY-30组培室环境调控与种苗生产管理系统
产品特点
植物种苗组培、脱毒等生产过程和操作流程的全程自动化管理；
组培室楼群的温湿度、CO2、光照、菌落、空气流通量等环境参数的自动调控；
绿色食品的基于条形码、RFID射频识别技术的安全生产监测与追溯管理；
组培过程视频监控；
引言
由于国外的三次革命，这让世界一直不停地使用地球上的资源，以至于现如今很多淡水资源被污染，世界各地都面临着水资源缺乏，水资源减少的问题。同时，中国不止有着缺乏水资源的困惑，就园林灌溉而言，使用的人工的经济压力就很大。全世界也都在积极探求好的节水方法和途径，随着互联网的快速发展，自动化以及智能化时代就悄然来临了，一种现代灌溉技术应运而生。就现在而言，自动控制技术用于园林灌溉就是十分有效的节水技术，它使园林灌溉效率得到了提高。
一、园林灌溉
现如今空气一直都是有污染物的，我们要多多栽培绿植来保护地球。而园林不仅仅是美化地球的重要东西，它还是防止水土流失的必备武器以及净化空气的有利的手段。而园林的灌溉当然是为了使园林里的植物更好，更健康的茁长成长。传统的园林灌溉是使用人工背着连接水池的蓬头来对园林中的树木进行浇溉，这样的方式又浪费水资源又浪费人力，所以就有自动控制的节水系统出现了。在20世纪80年代，我国运用的园林灌溉技术就相对比较落后，但是国家一直努力的研究园林节水灌溉技术，现在运用的就是节水节劳并重的自动控制原理的园林灌溉技术，所谓的园林节水灌溉也就是指管道系统的安装和管道末端在发射器适当的水分和营养物质，均匀地输送到表面附近的土壤和灌溉方法的表面，特别是用于园林，以培育更高的作物经济价值。在下面我们将会详细讨论园林节水的原理和意义。
二、节水自动控制的原理以及意义
（一）节水自动控制系统的组成
园林节水灌溉系统自动控制的两个组成部分是控制系统以及灌溉系统。控制器、电磁阀就是控制系统的主要组成部分。下面，我将控制器、电磁阀的详细信息表述出来，同时，请大家注意到两者之间的重要联系。控制器是园林节水自动控制系统中最重要的组成部分，只要设置好灌溉开始时间，还有灌溉持续时间和灌溉循环都正确输入，控制器都可以控制灌溉程序不管电磁阀打开或关闭。在园林节水自动灌溉系统中，隔膜电磁阀是比较日常的，一般采用通过电控制电磁阀，但电磁阀还是依靠水压来打开或关闭它，所以电磁阀必须能承受水压必须打开或关闭比要求的最小工作压力要高。这两者之间的联系就是它们之间的电气信号通过普通埋地线传输，输出电压从控制器传来，然后再由电线传递到电磁阀。
（二）节水自动灌溉的意义
@林节水自动灌溉系统应该有三种灌溉（定时定量、条件控制、人工改变）方式，园林节水自动控制系统具有散布和记忆保存的多种控制方式，灌溉是可以带着施肥信息，还有机器对于室内外温室环境因素的实时监测，系统传感器开关选择和校正，现场电磁阀任意组组合，泵恒压变频调速等功能。还有就是这样的自动控制可以智能的灌溉园林，它可以被人称为节水、节肥的利器。除了以上的优点之外，园林节水自动控制系统可以有效的让植物与肥料想对应，然后精确的控制水和肥料的使用，不会造成多农药对土地的侵蚀，是植物长得更好更健康，还有就是让每份资源得到充分的利用，提高了产品质量以及社会资源利用率。
三、自动化技术在园林灌溉的应用
（一）智能化技术
针对自动化控制技术的园林节水的应用，我认为智能化技术是其中不可缺失的一份子。不仅仅是因为人工智能技术在节水灌溉中的应用前景广阔，还有就是智能化技术可用于使灌溉控制器及时并且准确地执行根据智能系统测量将环境控制在适合作物生长的范围内的参数。这样的话，当天气改变时，园林节水灌溉系统也会随之改变灌溉的水量和肥料的数量，从而使水资源和其他有效资源得到充分利用。
（二）电子化技术
园林节水自动控制灌溉系统本来就离不开电子化技术，因为园林自动灌溉可编程诊断控制器就是在电子化技术以及互联网控制技术的基础上开发的。就如今来看，通过电话（或手机）、移动网络、网络遥控或GSM通信方式连接，一些专业的控制器就可以传输数据信息。然后，园林节水自动控制系统就可以根据数据信息来分析园林应该的灌溉状况。针对自动控制技术的展望，如果电子技术能够更加让信息传递更简洁，更明确，再加上智能化技术的不断发展，那么将来人们更是省时省力。还有就是随着生物技术的发展，我们应该将卫星与生物技术相结合，在运用计算机自动控制系统与信息技术智能化，实现水资源更有效的利用，以及对园林的植物的增产。
四、自动灌溉的注意点
（一）独立控制灌溉
根据园林灌溉系统的设计要求和水源数量，确定控制点数量的合理性以及精确的确定需要的控制器数量。除此之外，设计园林节水自动控制系统的控制项目不仅仅要注意满足园林所有者的要求，还要适当考虑到控制整体的质量和功能（如控制扩展等）以及使用效果等一系列方面。电磁阀通常是在24V电源电压供电条件下打开，除了处于24v电压供电状态之中控制器的电磁阀处于关闭状态，而控制器也就相应的也处于被关闭状态。同时设置控制的深深埋于地底的水管时还要考虑到路面粗糙度的要求，然后通过垂直和水平控制系统的自动调平装置，使水管得设置面一直被保持在基准线的垂直和水平斜率上。
（二）节水的设计
在园林节水自动控制灌溉系统的设计应该注意以下三点：第一点，针对园林节水的灌溉设计。首先，灌溉这几中的控制器应该要基于那些设置好的时间和灌溉量来对园林中的植物进行灌溉和施肥，然后园林节水自动控制器就可以自动操作，无需人为干预。第二点，针对园林节水灌溉的循环设计。如果选择设置任意天数循环去灌溉园林，那么园林灌溉循环可以随着天气或园林主人的个人意愿来进行。第三点，针对园林节水的车轮灌溉组设计。通常情况下，园林节水自动化控制系统里的控制站是一个带轮灌组，它可以依照现实的天气和其他实际情况进行功能调整。
五、结论
现如今，全世界的水资源都是比较缺乏，特别是淡水资源不足于全世界的人们使用，所以我们在园林灌溉中我们要注意在园林节水灌溉中提高节水灌溉效率。而将自动控制技术应用于园林节水灌溉可以使水资源得到有效利用，同时还要将自动控制技术与智能化技术结合起来，让每份资源得到充分的利用，提高了产品质量以及社会资源利用率。
参考文献：
[1]曹成茂，夏萍，朱张青. 无线数据传输在节水灌溉自动控制中的应用[J]. 农业工程学报，2015，04：127-130.
由于历史、观念和技术等方面的原因， 我国传统农业机械与发达国家相比有很大差距，已远远不能适应农业的科技进步。近些年来， 自动化的研究逐渐被人们所认识， 自动控制在农业上的应用越来越受到重视。例如，把计算机技术、微处理技术、传感与检测技术、信息处理技术结合起来， 应用于传统农业机械， 极大地促进了产品性能的提高。我国农业部门总结了一些地区的农业自动化先进经验（如台湾地区的农业生产自动化、渔业生产自动化、畜牧业生产自动化及农产品贸易自动化）的开发与应用情况， 同时也汲取了国外一些国家的先进经验、技术，如日本的四行半喂人联合收割机是计算机控制的自动化装置在半喂人联合收割机中的应用，英国通过对施肥机散播肥料的动力测量来控制肥料的精确使用量。这些技术和方法是我国农业机械的自动化装置得到了补充和新的发展，从而形成了一系列适合我国农业特点的自动化控制技术。
1.已有的农业机械及装置的部分自动化控制
自动化技术提高了已有农业机械及装置的作业性能和操作性能。浙江省把自动化技术应用于茶叶机械上，成功研制出6CRK-55型可编程控制加压茶叶揉捻机，它利用计算机控制电功加压机构，能根据茶叶的具体情况编制最佳揉捻程序实现揉捻过程的自动控制，是机电一体化技术在茶叶机械上的首次成功应用。
1.1应用于拖拉机
在农用拖拉机上已广泛使用了机械油压式三点联结的位调节和力调节系统装置， 现又在开发和采用性能更完善的电子油压式三点联结装置。
1.2应用于施肥播种机
根据行驶速度和检测种子粒数来确定播种量是否符合要求的装置， 以及将马铃薯种子割成瓣后播种的装置等。
1.3应用于谷物干燥机
不受外界条件干扰， 能自动维持热风温度的装置停电或干燥机过热引起火灾时，自动掐断燃料供给的装置。
2.微灌自动控制技术
我国从20世纪年50代就开始进行节水灌溉的研究与推广据统计。到1992年，全国共有节水灌溉工程面积0.133亿m2，其中喷灌面积80万m2， 农业节水工程取得了巨大的进展。灌溉管理自动化是发展高效农业的重要手段，高效农业和精细农业要求必须实现水资源的高效利用。采用遥感遥测等新技术监测土壤墒性和作物生长情况，对灌溉用水进行动态监测预报，实现灌溉用水管理的自动化和动态管理。在微灌技术领域，我国先后研制和改进了等流量滴灌设备、微喷灌设备、微灌带、孔口滴头、压力补偿式滴头、折射式和旋转式微喷头、过滤器和进排气阀等设备，总结出了一套基本适合我国国情的微灌设计参数和计算方法，建立了一批新的试验示范基地。在一些地区实现了自动化灌溉系统，可以长时间地自动启闭水泵和自动按一定的轮灌顺序进行灌溉。这种系统中应用了灌水器、土壤水分传感器、温度传感器、压力传感器、水位传感器和雨量传感器、电线等。
中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2014）04-0109-01
一、问题的提出
智能化农机装备技术专业是我院适应黑龙江垦区率先实现农业现代化对现代农机人才的需求而开设的，在全国高职院校为首家。它与传统的农业机械化专业的区别在于培养目标的定位，即培养适应农机现代化生产、建设、管理、服务第一线需要的，掌握农业机械图样、机械材料、农业机械构造与原理、农业机械管理、农业机械营销等专业知识，具备现智能化农机信息技术、电子技术，机、电、液、信一体化专业素质，掌握智能化农机使用、维护、保养、检修、安装调试、机械故障检测、诊断等职业能力，面向农业生产企业智能化农机运用、维修、售后服务等岗位从事农业机械的使用维护、检测维修、营销、安装调试以及农机管理工作的高端技能型专门人才。智能化农机装备技术专业人才是在推行“精确农业”战略中需要优先解决的问题。支持“精确农业”的若干重要农业机械，如带产量图自动生成的用于水稻、小麦、玉米和大豆收获的谷物联合收割机等，可以适应不同的农业机械装备、种植特点，不同作物和更为精确的上述各环节的智能化技术的应用，是现代农业机械化人才培养的重点。
智能化农机装备技术专业核心课程包括智能化农机驾驶与维护保养、智能化作业机械使用与维护保养、农机液压系统检修、农机化新技术、农机电器系统维修、农机检测技术等。这些专业核心课程具有很强的实践性和应用性，它的教学目的是让学生掌握理论知识的同时，必须学会使用与维护。但目前高职院校甚至本科院校同类专业的校内现场教学条件有限，大部分仅限于农机机械基础、底盘拆装与维护、柴油机拆装与维护等专业基础课程的校内现场教学。同时考虑季节、气候、土壤、种植种类等因素影响，专业核心课程更适宜于校外现场教学。
二、校外现场教学模式的实施
1.现场教学模式概念的界定
现场教学模式是指课堂设在工作现场或模拟工作现场，将课程中抽象化、概括化的理论知识以现场实景、实事、事物的形式展现给学生，直观地进行讲解和具体演练，促使学生在实际的体验和活动中学习抽象的知识，培养实际工作能力的一种教学模式。高职智能化农机装备技术专业核心课程校外现场教学模式，是将该专业核心课程设置在农场农机智能化控制室或田间，将抽象农业机械智能化类课程的基本理论知识转化成学生直观可触的真实场景，在农业生产智能化控制室或农业生产现场开展教学活动，让学生直观现代智能化农业机械的基本特点、类型和操作与维护过程，并身临其境进行教学演练，达到学习知识、培养能力的双重目的。
2.校企合作开发并实施专业核心课程教学
课程开发应充分考虑实现教学与生产同步、实习与就业同步。校企共同制订课程的教学计划、课程标准。学生的基础理论课和专业理论课由学校负责完成，专业课程实践、生产实习、顶岗实习在企业完成，课程实施过程以工学结合、顶岗实训为主。
开发的课程应具备的特点：
一是课程结构模块化。以智能化农业机械装备技术专业实际工作岗位（群）需求分析为基础，其课程体系、课程内容均来自于实际工作任务模块，从而建立了以工作体系为基础的课程内容体系；
二是课程内容综合化。主要体现在理论知识与实践知识的综合，职业技能与职业态度、情感的综合；
三是课程实施一体化。主要体现在实施主体、教学过程、教学场所等三方面的变化。也就是融“教、学、做”为一体，构建以合作为主体的新型师生、师徒、生生关系，实现教室与生产现场、实训设备与现场机械、教具与工具三者结合；
四是课程评价开放化。除了进行校内评价之外，还引入企业及社会的评价，实际实施过程中以企业评价为主。评价内容上，在充分考查学生专业技能的同时，还必须融入对学生沟通能力、团队合作意识、职业道德等考核，并以此综合评价。
通过校企合作，现已经开发了智能化农机驾驶与维护保养、智能化作业机械使用与维护保养、农机液压系统检修、农机化新技术、农机电器系统维修、农机检测技术等六门课程，并对六门课程共同实施的关于智能化技术内容进行整合，形成八个教学模块：
2.1基于GPS、GIS在农业机械田间导航、作业面积计量、引导定位作业和空间数据定位采样的应用技术；
2.2基于与作物收获机械配套的产量传感技术与带产量图自动生成系统软件的应用技术；
2.3基于实施定位处方农作物生产和控制的施肥、施药、浇水、精播和栽植的移动作业机械技术；
2.4基于自走式农田土壤、病虫草害和作物苗情定位信息采集机械装备技术应用；
2.5基于大中型拖拉机和自走型农业机械智能化技术状态实时诊断、监控与显示装置技术的应用；
2.6基于农机作业信息高效处理、存储、传输、通信技术及其总线与接口的标准化处理技术；
2.7基于GPS、GIS有关技术用于支持农业机械社会化服务管理系统的应用；
2.8基于GPS接收机的智能化节水灌溉机械、植保机械和播种机械技术的应用。
三、校外现场教学模式的实践意义
1.提升教学质量，促进教师职业能力的提升
校外现场教学模式是将智能化农机装备技术专业核心课程通过模块化教学在生产现场进行，改变了以往从知识到知识的传统教学模式，摒弃了实验室或校内模拟实训教学的不足，提高了学生学习的积极性，更好地完成了学生从徒弟向师傅的转换。现场教学使课堂教学更具开放性和创新性，极大地调动了教师工作的积极性，便于提升教师职业能力，加快双师素质教师的培养。
2.提高学习效率，加快学生职业能力的成长
校外现场教学模式将学生完全至于真实的生产与工作环境中，使课堂上抽象的智能化技术得以具体体现，提高了学生学习的积极性、主动性和创造性，有利于全面促进学生职业能力的提升。同时，现场教学模式的实施，不仅培养了学生发现问题和解决问题的能力，也培养了他们分享与合作的团队精神。
中图分类号：F407文献标识码： A 文章编号：
引言
受历史、观念、技术等原因影响，我国传统农业机械远不能适应现代高效农业的发展，人们对农业机械自动化的认识和应用越来越重视，农业机械自动化控制技术在降低农业成本、提高劳动生产率的同时又减少了劳动强度、增加了劳动舒适性，农业生产高效率、高精度的机械化、自动化方向是农业发展的必然选择。本文对当前农业生产中机械自动化化控制技术应用现状进行了总结分析，结合农业自动化要求及技术，进一步探讨了我国农业机械自动化发展趋势。
1 农业机械自动化现状
农业生产自动化、机械化和高效率的发展，是当前农业发展的必然道路，农业机械自动化控制技术在农业现代化进程中无可替代的作用和地位已被人们所认识，并得到了广泛推广。农业机械自动化控制生产降低了农民劳动强度，解决了劳动力不足问题，同时大大提高了劳动生产率和劳动过程的舒适性。建国初期，我国农业主要依靠人力和畜力进行劳动耕作，农业机械化水平低，还未达到1%，全国农业机械装备仅达到8.01万千瓦动力，只有117台农用拖拉机，而像联合收割机、农用载重汽车等大型农业机械在农业建设中基本为空白，半个世纪后，我国农业机械用量较以往增长了上千倍甚至数万倍，很多农业设备如畜牧业机械、农副产品加工机械、林业、农田作业、农田基本建设等迅速增长，农田管理机达到了4万台，温室面积为69亿平方米等。进入21世纪，随着农业机械化装备水平稳步发展、农田机械化作业水平显著提高，农机机械自动化服务领域得到了拓展，农机作业正以先进的自动化控制技术向市场化和社会服务方向发展。
1.1农业机械和装备的部分自动化控制
当前，我国现有一部分农业机械和装备的作业性能和操作性能已实现了自动化控制技术，其中农业运用较为广泛的有：安装使用机械油压式三点联结的位调节和力调节系统装置的农用拖拉机，并将完成更为完善的电子油压式三点联结装置；通过对播种机行驶速度和种子粒数的控制来实现合理播种的自动化控制技术，设计出自动切割马铃薯种块技术装置并加以应用；谷物干燥机的自动化，使自动维持热风温度的装置免受了外界条件干扰，遇突然断电或干燥机过热引发火灾时，即可自动掐断燃料供给。浙江省盛产茶叶，茶园面积约占全国茶园总面积10%，茶叶产值约占全国茶叶总量的1/4，历年采茶、制茶出现用工荒现象，2012年春季部分茶业公司开始走机械自动化茶叶生产线道路，茶叶从茶园采摘至最后进入专卖店全程实现机械智能化操作，与人工采茶和炒茶相比，自动化生产线优势更加明显，除了节省人工成本、减少生产过程中与工人接触产生的污染之外，干茶产量有了大幅度提高，较传统机械提高了10倍。
1.2精准农业中的自动控制技术应用
精准农业是集全球定位系统、地理信息技术、计算机控制技术以及专家和决策指示系统为一体的、为实现农业生产过程中的定位、定量、定时，需要精耕细作的分散农业。电子技术、微电子技术和通信技术紧密结合后，以现代方式完成精准农业的自动化监控和管理，可以改善数据采集、信息传输精度差、速度慢等现象。我国精细化农业设施主要以温室等为主，采用渠系、泵站、灌水等自动化监控与管理技术，实施精准水肥管理，提高水资源和肥料资源的利用率，从而降低了农业成本、提高作物产量和品质等。
1.3 微灌自动控制技术应用
节水灌溉工程自动化管理是发展高效农业的重要手段，可实现高效、精细化农业的水资源的充分利用。在节水灌溉技术领域里，我国先后研制开发并改进了微喷灌设备、微灌带、等流量滴灌设备、压力补偿式滴头等设备，不断总结适合我国国情的微灌设计参数和计算方法，建立试验示范基地，实现部分地区的自动化灌溉系统，可通过自动启闭水泵依照一定的轮灌顺序长时间的进行灌溉。2010年7月塔城地区采用滴灌最新技术的万亩现代化农业示范基地项目第一期工程建成并投入使用，由计算机整理分析和设定控制程序，通过“加压滴灌施肥系统”，按设定程序无线遥控干、支管上电脑阀门，按轮灌组分区实施灌溉、施肥和打药等，整个过程均为自动化控制操作。
1.4 智能化技术应用
随着智能化技术的发展，各种农业机器人或智能化系统的实用化不断涌向并逐渐应用于农业自动化控制中，在一些需要大量人力、精力开展的精细化作业如蔬菜、花卉种植以及牲畜养殖等农副业特别需要机器人、人工智能技术的应用。
2 发展趋势
随着机械自动化在农业发展中的渗透，我国农机工业有了巨大的发展势头，传统农业正在逐步迈向现代化的农业，农业基础设施建设投入力度进一步加大，农业机械自动化正促使农民尽快摆脱繁重的体力劳动，农业农机化需求增强。但目前我国农业机械自动化发展水平与其他发达国家相比仍有一定的差距，农业机械自动化产品研制、开发技术相对落后，产品质量和品种不能满足快速发展的农业生产需求等。面对这些推动和实现农业机械化工程技术的挑战和长远课题，只有不断加强自动化控制技术创新，加快农业机械新产品开发应用，着力促进农业自动化控制技术乡智能化技术迈进。
2.1 提高农业机械自动化技术
我国是农业生产大国，旨在提高粮食作物全程机械化技术和经济作物关键环节的机械化技术。当前，我国各地已基本实现了小麦生产的全程机械化，今后主要为提高水稻生产中工厂化育秧、高速插秧、半喂入水稻联合收割技术等技术；提高不同地区、不同行距的玉米联合收割技术并广泛推广应用；进一步提高经济作物种植、管理、收获等关键期机械化技术等。由于农业机械工作环境均较为恶劣，所以对农机产品的耐久性要求更为严格，尤其对于自动化机械装置，其内安装使用了半导体集成电路和微处理机等电子产品，提高其产品的可靠性和耐久性相当重要。
2.2合理开发机械自动化模式
随着农村劳动力的转移，农业规模扩大，农技服务组织的发展及市场竞争的加强，规模化农业生产对先进、适用、安全，具有高科技含量且操作方便的大型农业机械需求将不断增加，相对于技术含量较低的中小型机械来说，这种自动化控制技术机械的开发、引进和生产是今后升级换代农机自动化技术的重要内容。同时，还应着眼于精细化农业生产，充分考虑作物和土壤，开发适合精细生产实际、价格合理、适合小规模农户生产模式需要的中小型、多功能自动化农业机械。
2.3 促进农业机械智能化发展
由国内外农机业发展经验表明，要缩小我国与世界农业发达国家在农业机械装备上的差距，必须在农机智能化上下功夫，而我国农机技术的突飞猛进，将为实现农业生产的自动化和智能化打下基础。可通过优化设计驾驶室、驾驶座、方向动力控制等来减轻机手的劳动强度，加大操作舒适性，实现农机系统按钮操作；加大智能化控制科技含量，可通过仪表装置随时了解农机生产、安全等技术指标及使用状态，发挥农业机械的最大能效等。
参考文献
我国当前最基本的民生产业，会受到农产品质量的直接性影响。在我国农业不断发展的过程中首先要保障农产品数量，也应该将农业产品的质量以及品质进行改善，并且将农业产业的主要结构调整好，这样可以改善环境污染、资源严重不足、利用率低、生产效益低下等问题，才能促进农业长期健康发展。由此可知，研究农业物联网技术具有十分重要的意义。
1 农业物联网技术
1.1 产生农业物联网的背景分析
当前，在我国农业科技生产中，农业信息技术是其中十分重要的内容，现在我国农业的发展方向，主要的就是实现“农业现代化以及信息化融合”的目标，“农业物联网”实质上就是借助相关的智能传感设备对农业种植环境及操作过程进行实时监控，同时借助相关的数据采集设备中无线网络系统将各个数据向信息控制中心传送，这样可以对农作物在生长过程中所需要的各个环境条件（如：土壤温度、含水量、湿度、光照、病虫发生情况以及温度等）进行智能监测控制，并且做到及时灌溉和技术防治，也有助于达到自动检测生态新型农业种植的效果。
1.2 在农业种植环境中物联网技术的应用
在农业种植环境中物联网技术的应用，主要是体现在以下两个方面：（1）第一个方面，就是实现物联网有效监管农产品的质量安全。在应用农业物联网技术的过程中，常常会有效地应用着很多其他技术，例如：网络平台技术、物联网中间件、传感器网络、条形码、电子标识等，这样可以实现农产品生产、交易信息、储运的实时监控以及透明化，这样也更加有助于实现农产品全程的管控追溯，有效地保障农产品的质量安全。（2）实现物联网智能化管理农业种植，在种植过程中，安装智能控制的系统，这样可以实时监测整个农作物种植环境中所需参数，按照参数变化状况总结最佳生产农作物的环境条件，把握农作物生产的环境要求，在无线传感器节点应用中获取生物信息的方法，掌握更多有效地精准调控温室的科学依据[2]。
2 农业物联网种植环境监控系统设计
2.1 监控农业物联网种植环境系统的主要技术
在控制系统监控农业种植环境的过程中，会有效地应用物联网技术，其中主要的技术有两个方面：第一个方面，就是在感知层采集以及感知无线数据；第二个方面，就是借助远程智能化控制网络传输层的计算机来分析收集的数据，对作物生长过程中必需的水分、温度以及空气等进行有效的控制，这样更加有助于创造更加精准的农业种植方式[3]。
2.2 构建监控农业物联网种植环境的系统
在我国农业种植的环境中应用的关键技术就是物联网技术，这样就能够适时有效地监控种植农业作物的主要环境，其中比较重要的部分就是：感知层：采集以及感知相关的数据，达到种植农业作物环境中科学合理的光照、空气湿度、空气温度、土壤湿度，以及将实时感知自动灌溉系统的数值向ZigBee 协调器节点上进行传输；实时感知自动灌溉系统的应用主要是有效地将出现的相关数据采集，并且进行信息处理以及存储，甚至是按照下达的控制指令，有效地为客户提供的决策以及分析的主要依据，这样客户就能够随时随地借助电脑等终端进行信息数据的查询[4]。
2.3 构建监控农业种植环境的系统
