世界农业机械电子信息化工程应用与实践

近年来，世界农业机械装备技术进入发展新阶段，各种集约化、大型化农业机械应用范围逐渐扩大，提高了农业生产效率、管理效能。中国为农业大国，需要时刻跟进世界农业机械发展进程，以电子信息化技术为落脚点，不断引进和开发新技术，为农业产业现代化转型提供支持和保障。

1世界农业机械电子信息化关键技术类型

1.1 ECU技术

ECU技术全称为电子控制单元，通常与GPS技术、CAN总线技术联合使用，能够在车载系统和基准站的支持下，提供各种自动控制服务，保证农业机械的高效运行。当前，该技术已经得到广泛应用，例如德国FENDT拖拉机、CLAAS谷物联合收割机均是典型的应用案例，其可实现的功能主要包含以下几类：（1）导航控制及辅助定位。农机前端装设有惯性单元，例如陀螺仪、加速度计等，能够对农业机械的角速度、加速度、姿态信息等进行检测反馈，进而控制农机，调整农机转向轮转角状态或显示定位信息和预期路径规划等，应用优势十分明显。（2）信息反馈及参数设置。可以在TCP/IP协议的支持下，对各类信息进行检测反馈，输出错误检测信息，支持参数调整设置等，增强了农业机械控制的灵活性。（3）状态记录。ECU单元运行过程中会产生大量的控制参数，农业机械设计时完全可以配备外置存储器，将各项信息技术交互内容记录下来，为农业机械电子信息系统的报错、维修提供原始依据。

1.2 CAN总线技术

ECU技术实现了机械控制自动化，提高了农业机械运行效率。但是单元通讯问题又成为了新的技术性难题，不同机械、不同单元模块之间亟需配备通用化、标准化的通讯接口，以确保系统的高效无故障运行。CAN协议正是在这种情况下大规模应用的，最初出现在德国BOSCH公司制造的汽车控制系统中，通讯控制效果极为优越，1986年后德国尝试将其引入到农机制造领域，首次出台了针对CAN2.0版本的农业机械总线标准（DIN9684），后来随着农业机械电子信息化工程的发展，欧洲各国均引入了该标准文件[1]。至20世纪90年代，国际标准化组织（ISO）积极推动了CAN总线技术与农业机械的融合发展，在原先的DIN9684基础上进行修订改正，生成了更加完整、系统的CAN总线设计标准，即便农户选购不同厂商机器，也同样可以实现不同单元模块的配套连接。

1.3机群调度技术

机群调度技术同样是世界农业机械电子信息化工程发展进程中极为关键的技术手段，它主要以网络通讯、大数据技术为依托，在欧洲多个国家均有应用。移动作业机械、无线广域通信是构成机群调度架构的重要因素，在机械?行过程中产生的所有数据内容均会实时传送至系统后台，通过农场办公室计算机实现可视化呈现，方便农场管理人员分析机群工作状态、工作性能。不同设备及机械信息同样会集成和整合在系统之中，方便农场管理者自由调度调整，提高农机配置效率，避免浪费和闲置。此外，随着现阶段专家系统技术快速发展，机群调度技术同样得到极大改善，可以辅助制定详细的农事操作方案，辅助绘制导航作业计划等，当农业机械出现故障后，也可以通过办公室计算机进行故障分析诊断。近年来，中国电子信息产业飞速发展，类似CABI、AGRIS等涉农数据库不断充实完善，使得农业机械跨系统资源整合成为可能，在实践中要加强引进和利用。

1.4其他技术

除了前述的ECU技术、CAN总线技术、机群调度技术外，世界农业机械电子信息化工程技术种类还有许多，例如GPS全球定位系统、GNSS卫星高精度定位技术等。前者多见于播种机、施肥机、联合收割机等设计制造中，可以实时传回田间信息，生成可视化地形地貌图，进而为播种收割路线规划提供支持，提升农业生产与管理效能。后者多用于农业机械的自动驾驶功能中，可以极大解放人力，推进全自动农业生产。此外，现代存储技术、影像采集技术等同样是世界农业机械电子信息化工程中必不可少的技术手段，可以用于拖拉机机载电脑设计、农场机务管理系统建设等场景中，实现对田间物理参数、图像影像的采集、识别和存储，采集到的影像通过液晶显示屏呈现出来，方便人为分析处理，提高参数调整时效性，对于关键数据还可以实时记录留存，磁存储、光存储、半导体存储、网络存储等均是可选方案，可靠性明显提升[2]。

2世界农业机械电子信息化工程应用思路

2.1应用于信息监测

电子信息技术功能强大、高效便捷，在世界农业机械发展进程中有着非常广阔的应用前景，信息监测是其中较为基础的功能类型，主要通过传感器设备装配实现。常见的传感器有温度、湿度、光敏传感器等，可以在农机行驶过程中，对种植地域土壤、环境温度进行实时监测，对光照强度等信息进行分析，传感器接收到相关参数内容后，通过CAN总线反馈给农场办公室计算机，辅助完成农业管理规划，辅助开展农业机械参数调节分析，进而提升播种管理、水肥管理等的合理性。装设于农机内部，还能够实时监控农机发动机系统、传动系统、收割及播种系统等的运行状态，及时发现和记录异常，所有信息汇总整合生成农业机械数据库，不仅可以为农业机械故障的排查和检修提供原始依据，保证农业机械优势性能发挥。

2.2应用于智能控制

电子信息技术是农业机械智能控制的重要前提，凭借电子信息技术，各类参数指标可以更快反馈到人机交互平台中，各类指令也能够更及时、准确地下发到农业机械中。现阶段，农业机械可实现的智能控制功能较多，例如精准喷药、精准施肥、精准收割等。日本、美国在该领域起步较早，农业机械智能控制也更加发达，其中，日本多采用小型智能化农机装备，可以在信息技术支持下实现全智能控制，美国则在农机制造过程中推广使用全球卫星定位系统，能够将田间作物状态实时传送回计算机系统中，经分析计算后馈回调整参数，进而实现“因点、因苗”的精准喷药、施肥管理。现阶段，中国基于电子信息的农业机械研发步伐加快，以东方红X-804拖拉机为代表的新型农机也已经出现并投产使用，其中装配了DGPS导航系统，可以实现农业机械路线的自动采集和控制，未来技术体系更加成熟和先进，还将进一步提高智能控制水平[3]。

2.3应用于农机制造

随着现代科技产业迅速发展，农业机械开发设计步伐明显加快，机械装备体积更大、效率更高，结构也更加精密复杂，若前期设计控制不到位，很容易发生故障隐患。而电子信息技术综合性能优良，在农业机械制造过程中，可以提供概念化设计、有限元分析、运动学仿真等诸多功能，借助三维立体平台，还能够选择工艺路线和加工方法，前期设计方案更加直观、具体，有助于提高设计效率、优化设计质量，在缩短前期结构分析周期和设计周期的同时，降低机械装备开发成本。当前，农业机械数据库不断健全完善，有关电子信息技术与农业机械融合应用的数据内容愈发多样，农机设计及制造人员还可以借助大数据技术，对已有案例参数进行数据清洗、分析、挖掘，在关联算法支持下总结故障特点、故障多发问题等，进而针对性地优化设计内容，改进电子信息化融合应用方案，提升农业机械制造效率。

3世界农业机械电子信息化工程引进推广对策

近年来，中国高度关注农业机械发展推广问题，积极倡导农机产业与世界农业机械相接轨

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