農業(yè)機械化情況2020年第14期

　　編者按：無人化農業(yè)將機械化與信息化技術深度融合,，以全過程智能化管理、精準化作業(yè)為核心,，通過大數(shù)據(jù)指導生產(chǎn)運行,，不斷提高土水肥種藥及人力資源利用效率，是現(xiàn)代農業(yè)的一個重要發(fā)展方向,。農業(yè)農村部農機化司與農機鑒定總站,、推廣總站圍繞無人化農業(yè)開展專題調研，形成了《國內外無人化農業(yè)發(fā)展狀況》,，現(xiàn)予刊發(fā),，供各地參考。

國內外無人化農業(yè)發(fā)展狀況

　　近年來,，數(shù)字化、自動化,、智能化技術在農業(yè)領域應用步伐加快,，機械化生產(chǎn)與信息化技術深度融合，初步形成了無人化農業(yè)概念,，引發(fā)社會廣泛關注,。無人化農業(yè)系統(tǒng)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,，以全過程智能化管理,、精準化作業(yè)為核心，通過大數(shù)據(jù)指導生產(chǎn)運行，能夠實現(xiàn)節(jié)本,、高效,、精準、綠色,，形成類似于無人工廠的農業(yè)生產(chǎn)方式,，是現(xiàn)代農業(yè)的一個重要發(fā)展方向?？傮w上看,，發(fā)達國家無人化農業(yè)研發(fā)起步早，在一些領域和環(huán)節(jié)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,、無人化大田種植：大田種植作業(yè)工況條件復雜，實現(xiàn)無人化作業(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)開始應用自動化裝備開展農業(yè)生產(chǎn),，具備了較為廣泛的技術和裝備基礎，但對發(fā)展無人化農業(yè)還沒有明顯需求,。美國大中型農場都應用自動導航駕駛系統(tǒng)來實現(xiàn)拖拉機,、聯(lián)合收割機等自動化作業(yè)，預計2019年美國農機自動導航駕駛系統(tǒng)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,，能夠偵測并避開障礙物，具備遠程配置,、監(jiān)測及操作功能,，在生產(chǎn)平臺的管理和調度下可實現(xiàn)全天候無人作業(yè)，不過目前并未商業(yè)化應用,。

　　日本,、韓國等生產(chǎn)規(guī)模較小的國家和地區(qū)，農業(yè)生產(chǎn)受勞動力因素制約，剛開始推廣應用自動化農機產(chǎn)品,，無人化農機裝備尚處萌芽階段,。日本主要農機企業(yè)基于“1個機手、2臺機器”設想,，推出了帶有高精度衛(wèi)星定位導航功能和遙控功能的自動化農機產(chǎn)品,。2018年6月以來，久保田公司先后上市了帶有自動駕駛功能的水稻收獲機,、拖拉機,，以減輕機手長時間作業(yè)體力負擔、提高農機作業(yè)精度,。井關,、洋馬等企業(yè)也在計劃上市類似產(chǎn)品，擴大相關技術推廣應用規(guī)模,。

　　我國大田種植自動化農機裝備在技術創(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，在裝備質量,、機具種類,、智能化水平上發(fā)展升級趨勢加快?？傮w來看,，我國農機自動導航駕駛系統(tǒng)已經(jīng)在大田種植中開始規(guī)模化推廣應用,，裝配方式由購買后自行加裝向出廠前標配發(fā)展,，受技術成熟度、決策模型精度,、機具質量和使用成本等方面制約,，我國自動化農機正處于單機自動化作業(yè)向多機協(xié)同智能化作業(yè)發(fā)展的階段，無人化農機應用逐漸興起,。

　　近兩年,，我國無人化農機創(chuàng)新產(chǎn)品相繼面市。“東方紅”“歐豹”無人駕駛拖拉機,、“谷神”無人駕駛聯(lián)合收割機已開展試驗和作業(yè)示范,，還實現(xiàn)了收割機與運糧車的主從導航無人駕駛；“豐疆”高速無人駕駛插秧機實現(xiàn)了水田原地掉頭對行,、秧盤自動提升等功能，已在多地投入水稻插秧生產(chǎn)實踐,。黑龍江,、新疆、江蘇、山東等多個糧棉主產(chǎn)省份相繼開展了全過程無人化農業(yè)生產(chǎn)試驗,。以新疆生產(chǎn)建設兵團為例,，其數(shù)字農業(yè)試點建設項目已經(jīng)形成了棉花耕、種,、管,、收全程數(shù)字化生產(chǎn)管理模式，應用農機自動駕駛裝備和無人化農機取得了顯著效果,，降低了農機作業(yè)駕駛難度和勞動強度,，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?shù)孛藁ǚN植全部使用衛(wèi)星導航自動駕駛技術,，在夜間或能見度較差的天氣作業(yè)也可做到準確對行，整個作業(yè)季每臺機具較手動駕駛平均多播種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(jié)肥15%,、單產(chǎn)增加5%左右,。

　　值得注意的是，在無人化大田種植領域,，我國植保無人飛機發(fā)展一枝獨秀,，受到世界關注。近年來,，農用無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)航空植保領域。國際上,，美國,、日本的航空植保技術較為發(fā)達。日本應用油動單旋翼機型較早,，在作業(yè)管理,、發(fā)動機技術等方面處于國際領先。美國農用飛機以有人駕駛固定翼飛機為主,，能夠實現(xiàn)高效作業(yè),，無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,。

　　我國植保無人飛機在裝備總量,、作業(yè)面積上已經(jīng)發(fā)展到全球第**,，還在不斷發(fā)展，飛控技術**領先,，但在噴施藥裝備和專用藥劑的研究方面還需加強,。目前全國植保無人飛機保有量超過4萬臺，2019年作業(yè)面積達1.3億畝,，大疆,、極飛等品牌的電動多旋翼機型能夠精準導航、主動避障,、定量施藥,，已經(jīng)能夠相對穩(wěn)定、安全開展規(guī)?；鳂I(yè)服務,。

　　二、無人化設施栽培：主要應用于果菜,、花卉育苗管理,、水肥一體化、病蟲害防治,、采收運輸,、加工包裝等環(huán)節(jié)。歐美日處于**領先水平,，我國整體水平不高,。

　　歐美日等一些發(fā)達國家自動化、智能化生產(chǎn)技術研究與應用方面一直處于**領先水平,，已經(jīng)實現(xiàn)了環(huán)境調控自動化,、生產(chǎn)過程無人化、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(jié)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(guī)模使用。近年來美國,、歐盟、日本,、韓國等制定國家戰(zhàn)略將工業(yè)機器人加快應用于農業(yè)領域,，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(tǒng)外，設施栽培自動化,、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，我國以無土栽培,、立體種植,、自動化管理為特征的植物工廠研發(fā)和產(chǎn)品水平較為先進，已有具備自主知識產(chǎn)權的成套技術設備,，并已打入國際市場,。比如，上海浦東智能種苗工廠實現(xiàn)了全程智能化生產(chǎn),。智能化栽培物流系統(tǒng)貫穿整個種苗工廠,，聯(lián)結了種苗組培車間、種苗培育車間,、種苗抑生控制車間和生產(chǎn)作業(yè)車間四個區(qū)域,，形成種苗自動輸送、定點作業(yè)的流水線生產(chǎn)模式,。與傳統(tǒng)集約化種苗基地相比,，勞動生產(chǎn)率和單位面積產(chǎn)能分別提高6倍以上。

　　三,、無人化設施養(yǎng)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(jié),。發(fā)達國家生豬、奶牛,、蛋雞養(yǎng)殖已有規(guī)?；瘧茫覈夹g裝備研發(fā)能力嚴重滯后,。

　　歐美等發(fā)達國家設施養(yǎng)殖機械自動化程度不斷提高,，信息化、智能化技術應用于畜牧養(yǎng)殖各個環(huán)節(jié),，已建成多種養(yǎng)殖環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)平臺,，形成了適合不同飼養(yǎng)規(guī)模和區(qū)域特點的生產(chǎn)模式，特別是生豬,、奶牛,、蛋雞養(yǎng)殖的少人化生產(chǎn)已有規(guī)模化應用,。

　　我國相關研究基礎薄弱,，裝備智能化程度不高，核心部件和高端產(chǎn)品依賴進口,，但無人化設施養(yǎng)殖發(fā)展勢頭強勁,。比如，重慶萬州奇昌種豬場是現(xiàn)代化規(guī)模種豬場,，集成應用自動喂料,、自動飲水、自動清糞,、自動環(huán)境控制技術,，由管理系統(tǒng)統(tǒng)一控制。豬場無臭味,、無污水排放,，豬糞尿完全有機肥發(fā)酵后用于果園生產(chǎn)。種豬場常年存欄600頭母豬,，年出欄1.5萬頭斷奶仔豬,，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(yǎng)殖場采用自動化籠養(yǎng)設備，包括自動化飲水系統(tǒng),、行車喂料系統(tǒng),、帶式清糞系統(tǒng)、自動化肉雞收集與輸送系統(tǒng),、舍內環(huán)境控制系統(tǒng)以及場內智能化管理平臺,，日常管理僅需30人即可飼養(yǎng)肉雞近70萬只,，有效提升了防疫水平、肉雞品質和養(yǎng)殖效率,。

　　從發(fā)展趨勢看,，無人化農業(yè)將主要應用在規(guī)模化種植,、設施栽培,、設施養(yǎng)殖領域，解決水田植保,、育苗嫁接、病死畜禽處理等作業(yè)環(huán)境差,、勞動強度大,、精準度要求高、安全風險防范難的有關問題,，市場需求潛力很大,。近年來，信息化,、智能化技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐加快,，一些產(chǎn)品應用成本下降90%，使無人化農業(yè)技術在生產(chǎn)中應用成為可能,。

　　目前,，我國無人化農業(yè)發(fā)展雖然具備了一定基礎，但大部分還處于探索階段,，技術成熟度和經(jīng)濟性仍有許多欠缺,，距離實現(xiàn)完全的無人化農業(yè)還需要經(jīng)歷一個長期演進過程。各地在貫徹《國務院關于加快推進農業(yè)機械化和農機裝備產(chǎn)業(yè)轉型升級的指導意見》(國發(fā)〔2018〕42號)過程中,，要對無人化農業(yè)技術與裝備研發(fā)應用予以高度關注,，在政策、科技,、項目,、標準等方面積極謀劃，深入推進機械化,、信息化融合,，促進農業(yè)機械化高質量發(fā)展，努力為農業(yè)現(xiàn)代化提供新動能,。

　　(執(zhí)筆人：王國占侯方安車宇)