2020-09-17
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近年來(lái)，數字化、自動(dòng)化、智能化技術(shù)在農業(yè)領(lǐng)域應用步伐加快，機械化生產(chǎn)與信息化技術(shù)深度融合，初步形成了無(wú)人化農業(yè)概念，引發(fā)社會(huì )廣泛關(guān)注。無(wú)人化農業(yè)系統包括生產(chǎn)信息采集設施、生產(chǎn)作業(yè)裝備和生產(chǎn)管理平臺等三大組成部分，以全過(guò)程智能化管理、精準化作業(yè)為核心，通過(guò)大數據指導生產(chǎn)運行，能夠實(shí)現節本、高效、精準、綠色，形成類(lèi)似于無(wú)人工廠(chǎng)的農業(yè)生產(chǎn)方式，是現代農業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展方向?？傮w上看，發(fā)達國家無(wú)人化農業(yè)研發(fā)起步早，在一些領(lǐng)域和環(huán)節雖有推廣，但應用還不廣泛。我國在這方面起步較晚，發(fā)展速度較快。
一、無(wú)人化大田種植：大田種植作業(yè)工況條件復雜，實(shí)現無(wú)人化作業(yè)難度較大。北美、西歐具備基礎但需求不緊迫，日韓處于萌芽階段，我國正逐步興起。
北美、西歐、澳洲等地發(fā)達國家已經(jīng)開(kāi)始應用自動(dòng)化裝備開(kāi)展農業(yè)生產(chǎn)，具備了較為廣泛的技術(shù)和裝備基礎，但對發(fā)展無(wú)人化農業(yè)還沒(méi)有明顯需求。美國大中型農場(chǎng)都應用自動(dòng)導航駕駛系統來(lái)實(shí)現拖拉機、聯(lián)合收割機等自動(dòng)化作業(yè)，預計2019年美國農機自動(dòng)導航駕駛系統普及率將達到90%。在產(chǎn)品創(chuàng )新方面，約翰迪爾、凱斯紐荷蘭在2016年分別都推出了無(wú)人化概念拖拉機及配套農具，這種拖拉機配備全方位感應和探測裝置，能夠偵測并避開(kāi)障礙物，具備遠程配置、監測及操作功能，在生產(chǎn)平臺的管理和調度下可實(shí)現全天候無(wú)人作業(yè)，不過(guò)目前并未商業(yè)化應用。
日本、韓國等生產(chǎn)規模較小的國家和地區，農業(yè)生產(chǎn)受勞動(dòng)力因素制約，剛開(kāi)始推廣應用自動(dòng)化農機產(chǎn)品，無(wú)人化農機裝備尚處萌芽階段。日本主要農機企業(yè)基于“1個(gè)機手、2臺機器”設想，推出了帶有高精度衛星定位導航功能和遙控功能的自動(dòng)化農機產(chǎn)品。2018年6月以來(lái)，久保田公司先后上市了帶有自動(dòng)駕駛功能的水稻收獲機、拖拉機，以減輕機手長(cháng)時(shí)間作業(yè)體力負擔、提高農機作業(yè)精度。井關(guān)、洋馬等企業(yè)也在計劃上市類(lèi)似產(chǎn)品，擴大相關(guān)技術(shù)推廣應用規模。
我國大田種植自動(dòng)化農機裝備在技術(shù)創(chuàng )新、制造水平和產(chǎn)品可靠性等方面與發(fā)達國家有一定的差距，在裝備質(zhì)量、機具種類(lèi)、智能化水平上發(fā)展升級趨勢加快?？傮w來(lái)看，我國農機自動(dòng)導航駕駛系統已經(jīng)在大田種植中開(kāi)始規?；茝V應用，裝配方式由購買(mǎi)后自行加裝向出廠(chǎng)前標配發(fā)展，受技術(shù)成熟度、決策模型精度、機具質(zhì)量和使用成本等方面制約，我國自動(dòng)化農機正處于單機自動(dòng)化作業(yè)向多機協(xié)同智能化作業(yè)發(fā)展的階段，無(wú)人化農機應用逐漸興起。
近兩年，我國無(wú)人化農機創(chuàng )新產(chǎn)品相繼面市?！皷|方紅”“歐豹”無(wú)人駕駛拖拉機、“谷神”無(wú)人駕駛聯(lián)合收割機已開(kāi)展試驗和作業(yè)示范，還實(shí)現了收割機與運糧車(chē)的主從導航無(wú)人駕駛；“豐疆”高速無(wú)人駕駛插秧機實(shí)現了水田原地掉頭對行、秧盤(pán)自動(dòng)提升等功能，已在多地投入水稻插秧生產(chǎn)實(shí)踐。黑龍江、新疆、江蘇、山東等多個(gè)糧棉主產(chǎn)省份相繼開(kāi)展了全過(guò)程無(wú)人化農業(yè)生產(chǎn)試驗。以新疆生產(chǎn)建設兵團為例，其數字農業(yè)試點(diǎn)建設項目已經(jīng)形成了棉花耕、種、管、收全程數字化生產(chǎn)管理模式，應用農機自動(dòng)駕駛裝備和無(wú)人化農機取得了顯著(zhù)效果，降低了農機作業(yè)駕駛難度和勞動(dòng)強度，提升了作業(yè)效率，即使是新手駕駛員也能和老機手一樣作業(yè)又快又好。當地棉花種植全部使用衛星導航自動(dòng)駕駛技術(shù)，在夜間或能見(jiàn)度較差的天氣作業(yè)也可做到準確對行，整個(gè)作業(yè)季每臺機具較手動(dòng)駕駛平均多播種1000畝，原先人工駕駛播種10行的地塊采用自動(dòng)駕駛可播種11行，土地利用率可提高0.5%—2.5%，棉花精準施肥能夠節肥15%、單產(chǎn)增加5%左右。
值得注意的是，在無(wú)人化大田種植領(lǐng)域，我國植保無(wú)人飛機發(fā)展一枝獨秀，受到世界關(guān)注。近年來(lái)，農用無(wú)人飛機應用普及較快，可搭載植保、影像獲取、播種等多種裝置完成不同作業(yè)，主要應用在農業(yè)航空植保領(lǐng)域。國際上，美國、日本的航空植保技術(shù)較為發(fā)達。日本應用油動(dòng)單旋翼機型較早，在作業(yè)管理、發(fā)動(dòng)機技術(shù)等方面處于國際領(lǐng)先。美國農用飛機以有人駕駛固定翼飛機為主，能夠實(shí)現高效作業(yè)，無(wú)人飛機方面研究也比較多，但受安全限制在農業(yè)植保中鮮有應用。
我國植保無(wú)人飛機在裝備總量、作業(yè)面積上已經(jīng)發(fā)展到全球第一，還在不斷發(fā)展，飛控技術(shù)世界領(lǐng)先，但在噴施藥裝備和專(zhuān)用藥劑的研究方面還需加強。目前全國植保無(wú)人飛機保有量超過(guò)4萬(wàn)臺，2019年作業(yè)面積達1.3億畝，大疆、極飛等品牌的電動(dòng)多旋翼機型能夠精準導航、主動(dòng)避障、定量施藥，已經(jīng)能夠相對穩定、安全開(kāi)展規?；鳂I(yè)服務(wù)。
二、無(wú)人化設施栽培：主要應用于果菜、花卉育苗管理、水肥一體化、病蟲(chóng)害防治、采收運輸、加工包裝等環(huán)節。歐美日處于世界領(lǐng)先水平，我國整體水平不高。
歐美日等一些發(fā)達國家自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)技術(shù)研究與應用方面一直處于世界領(lǐng)先水平，已經(jīng)實(shí)現了環(huán)境調控自動(dòng)化、生產(chǎn)過(guò)程無(wú)人化、分級包裝智能化。在設施栽培中農業(yè)生產(chǎn)機器人也應用廣泛。日本在設施種植的育苗、嫁接、移栽、采摘、植保、施肥等環(huán)節有多種農業(yè)生產(chǎn)機器人。以色列、荷蘭、德國、英國、澳大利亞、瑞士、法國等國家均有針對本國特色農業(yè)生產(chǎn)的機器人研發(fā)，采摘機器人均有小規模使用。近年來(lái)美國、歐盟、日本、韓國等制定國家戰略將工業(yè)機器人加快應用于農業(yè)領(lǐng)域，農業(yè)機器人研發(fā)速度明顯加快。
我國設施農業(yè)機械化率僅30%左右。與發(fā)達國家相比，除環(huán)境調控系統外，設施栽培自動(dòng)化、智能化裝備整體水平不高，還存在一定的差距。我國具有自主知識產(chǎn)權的農業(yè)機器人大部分還停留在樣機階段，在精度、效率和可靠性方面和國外相比還存在一定的差距。以嫁接機器人為例，國內研發(fā)的產(chǎn)品還需要人機協(xié)同作業(yè)。
值得欣喜的是，我國以無(wú)土栽培、立體種植、自動(dòng)化管理為特征的植物工廠(chǎng)研發(fā)和產(chǎn)品水平較為先進(jìn)，已有具備自主知識產(chǎn)權的成套技術(shù)設備，并已打入國際市場(chǎng)。比如，上海浦東智能種苗工廠(chǎng)實(shí)現了全程智能化生產(chǎn)。智能化栽培物流系統貫穿整個(gè)種苗工廠(chǎng)，聯(lián)結了種苗組培車(chē)間、種苗培育車(chē)間、種苗抑生控制車(chē)間和生產(chǎn)作業(yè)車(chē)間四個(gè)區域，形成種苗自動(dòng)輸送、定點(diǎn)作業(yè)的流水線(xiàn)生產(chǎn)模式。與傳統集約化種苗基地相比，勞動(dòng)生產(chǎn)率和單位面積產(chǎn)能分別提高6倍以上。
三、無(wú)人化設施養殖：主要應用于環(huán)境控制、飼喂、擠奶、防疫、廢棄物處理等作業(yè)環(huán)節。發(fā)達國家生豬、奶牛、蛋雞養殖已有規?；瘧?，我國技術(shù)裝備研發(fā)能力嚴重滯后。
歐美等發(fā)達國家設施養殖機械自動(dòng)化程度不斷提高，信息化、智能化技術(shù)應用于畜牧養殖各個(gè)環(huán)節，已建成多種養殖環(huán)境自動(dòng)監控系統平臺，形成了適合不同飼養規模和區域特點(diǎn)的生產(chǎn)模式，特別是生豬、奶牛、蛋雞養殖的少人化生產(chǎn)已有規?；瘧?。
我國相關(guān)研究基礎薄弱，裝備智能化程度不高，核心部件和高端產(chǎn)品依賴(lài)進(jìn)口，但無(wú)人化設施養殖發(fā)展勢頭強勁。比如，重慶萬(wàn)州奇昌種豬場(chǎng)是現代化規模種豬場(chǎng)，集成應用自動(dòng)喂料、自動(dòng)飲水、自動(dòng)清糞、自動(dòng)環(huán)境控制技術(shù)，由管理系統統一控制。豬場(chǎng)無(wú)臭味、無(wú)污水排放，豬糞尿完全有機肥發(fā)酵后用于果園生產(chǎn)。種豬場(chǎng)常年存欄600頭母豬，年出欄1.5萬(wàn)頭斷奶仔豬，除了接生和照顧哺乳期小豬外，僅需6人即可保障日常正常運行。又比如，山東民和牧業(yè)股份的少人化肉雞智能養殖場(chǎng)采用自動(dòng)化籠養設備，包括自動(dòng)化飲水系統、行車(chē)喂料系統、帶式清糞系統、自動(dòng)化肉雞收集與輸送系統、舍內環(huán)境控制系統以及場(chǎng)內智能化管理平臺，日常管理僅需30人即可飼養肉雞近70萬(wàn)只，有效提升了防疫水平、肉雞品質(zhì)和養殖效率。
從發(fā)展趨勢看，無(wú)人化農業(yè)將主要應用在規?；N植、設施栽培、設施養殖領(lǐng)域，解決水田植保、育苗嫁接、病死畜禽處理等作業(yè)環(huán)境差、勞動(dòng)強度大、精準度要求高、安全風(fēng)險防范難的有關(guān)問(wèn)題，市場(chǎng)需求潛力很大。近年來(lái)，信息化、智能化技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐加快，一些產(chǎn)品應用成本下降90%，使無(wú)人化農業(yè)技術(shù)在生產(chǎn)中應用成為可能。
目前，我國無(wú)人化農業(yè)發(fā)展雖然具備了一定基礎，但大部分還處于探索階段，技術(shù)成熟度和經(jīng)濟性仍有許多欠缺，距離實(shí)現完全的無(wú)人化農業(yè)還需要經(jīng)歷一個(gè)長(cháng)期演進(jìn)過(guò)程。各地在貫徹《國務(wù)院關(guān)于加快推進(jìn)農業(yè)機械化和農機裝備產(chǎn)業(yè)轉型升級的指導意見(jiàn)》（國發(fā)〔2018〕42號）過(guò)程中，要對無(wú)人化農業(yè)技術(shù)與裝備研發(fā)應用予以高度關(guān)注，在政策、科技、項目、標準等方面積極謀劃，深入推進(jìn)機械化、信息化融合，促進(jìn)農業(yè)機械化高質(zhì)量發(fā)展，努力為農業(yè)現代化提供新動(dòng)能。（來(lái)源：中國農業(yè)機械化信息網(wǎng)）