無人農用機械的應用前景和發展趨勢分析

如克亞木·木沙江

（新疆博爾塔拉蒙古自治州農業農村機械化發展中心，新疆 博爾塔拉 833400）

隨著科學技術和社會的不斷發展，我國農業科技水平也正快速提升，從而推動了農業機械自動化和智能化水平的不斷提高。農用機械自動化、無人智能化的發展，不僅幫助農業生產人員解放了勞動力，提高了生產效益，而且提高了農產品的生產質量。作為一個農業機械生產大國，我國農業機械裝備的發展已經初具規模，自動化生產也越來越普及。但在農業機械產品無人化，特別是智能農用機械產品方面，國外的農用機械產品仍優于國內，我國農用機械產品和國外還存在著比較大的差距。隨著農村人口不斷向城市遷移，以及城市化的不斷發展，我國農業種植人口和種植資源將會越來越少，因此，實現農業機械的無人化和信息化是我國未來農業機械發展的必然趨勢，也是我國農業發展的重要方向。

1 國外無人化農機設備與技術的發展概況

由于國外的科學技術發展相對國內更早，北美、西歐、澳洲等一些發達地區在農業生產中使用農業機械自動化設備的現象已經非常普遍，發達國家在無人化農機方面有著豐富的技術經驗和農機設備基礎，因此其無人化農業的發展水平很高。美國的一些大型農場已經開始使用自動導航技術來操縱拖拉機和聯合收割機等機械，到2022 年，美國95%以上的農場都將配備自動駕駛系統。2016 年，約翰迪爾、凱斯紐荷蘭公司也相繼推出無人駕駛概念拖拉機等創新產品，利用裝有感應監測系統的裝置，實現對障礙物的自動控制，同時操作平臺可以遠程控制、監控和調度，實現24 小時無人作業，但目前該產品還在商業探索階段。日本、韓國等面積不大的經濟發達國家，由于受土地和勞動力等條件的限制，無人化農機裝備的發展仍處于起步的階段，不過以日本久保田為代表的企業已在2018 年推出了可以實現自動駕駛的水稻收割機和農用拖拉機，這一產品的推出不僅解放了傳統農機手，也提高了農業機械的工作效率，日本井關和洋馬公司也計劃推出類似的自動駕駛設備[1]。

2 國內無人化農機設備與技術的發展情況

中國一拖集團有限公司于2016 年對外發布東方紅無人駕駛拖拉機，并展示了其在田間實地工作的應用效果。當時的東方紅無人駕駛拖拉機配有國3 發動機、電動控制懸掛和一系列控制系統，而后為促進我國無人駕駛農業機械設備的發展和進步，組織開展了以整地、插秧等關鍵作業環節為重點的農機無人駕駛“大練兵”活動，引起了中央電視臺等媒體的廣泛關注。常規插秧機需要幾個人共同操作，其中1 個人負責駕駛，另外2 個人負責放置秧盤，而應用無人駕駛技術后，需要的勞動力由3 人減少到1 人，每季度可節省人工成本約5 000 元左右。

由于勞動力緊張、勞動力成本上升，我國開始大力發展農機無人作業。我國是個農業大國，但是國內糧食供給還不能滿足實際需求，每年還需要從國外進口大量農產品，雖然目前我國農業機械自動化發展很快，但是大部分土地還是分散在各地，且規模較小，大型農機無法有效發揮作用，一般都需要雇傭更多的勞動力來彌補，而近年來，農業生產的勞動力急劇減少，導致人力成本不斷上升，促進了農業機械無人化發展?？茖W技術改變了人們的生活方式，提升人們的生活質量，自動化為人們提供了服務，從而實現了勞動力的自給自足，這也是我國重視發展無人駕駛技術的關鍵原因[2]。

圖1 國外高端農機類型在我國的占有量

3 農機發展的關鍵技術

我國農業機械化發展與國外相比，還存在著較大的差距（見圖1），國家目前正在努力通過人工智能和互聯網的發展推進農業機械的綜合水平，使農業機械產品進一步升級，用最短的時間縮小和國外農業機械品牌的差距。從目前來看，無人農機主要有兩個發展方向，分別是大型自動化農機和小型農機機器人，大型自動化農機主要是對大型拖拉機和收獲機進行無人化升級改造，而小型農機機器人則是研發體積更小、操作更加靈活、多功能可控制的小機器，將這些小機器運送放置到農田里，將自動進行農業作業。農機智能化是實現無人作業的基本條件，但發展智能化技術和裝備將增加投入成本。

近年來，國家頒布了很多關于提升農業機械發展裝備的政策文件，將發展農業機械裝備作為國家的戰略目標，農業機械產品的升級換代有利于提高國家農業方面的發展水平，當下最重要的目標，是實現農業機械無人化、信息化。農業機械無人化主要通過應用傳感器技術和導航定位技術，使拖拉機、收獲機等農業機械實現作業自動化、智能化、精準化甚至無人化，應用最多的就是農業機械的自動駕駛。

農業信息化是指通過傳感器技術收集與農業有關的數據，再利用通信技術將傳感器中的每個節點進行連接，最終形成監控網絡，將傳感器與和農業環境、農業機械進行互聯，農業物聯網就是利用了這一原理（見圖2）。農業機械自動駕駛可以提高農業作業的精度、延長工作時間、提升作物產量和增加生產規模，而農業物聯網則可以實現科學耕種和收獲、實現精確作業、提高自動化效率、實施環境監測、實現遠程作業、有利于大數據分析和農產品跟蹤等功能。根據目前的趨勢來看，農業機械無人化與信息化是我國發展農業機械，縮短與國外農業機械水平的關鍵技術，是農業機械升級的基礎，還能推動人工智能和“互聯網+”的發展[3-4]。

圖 2 基于北斗導航的農機控制流程

4 無人化農機的升級發展策略

隨著現代農業機械無人化技術在世界范圍內的迅速發展，傳統的農業知識體系已經不再適應農業機械的發展需要。農業機械的無人化和信息化，要求將自動化、信息化、傳感、智能化、網絡化技術有機結合起來，因此結合AI 與互聯網的模式，可以更好地服務于農業生產。

4.1 加強農機領域的跨界人才培養

目前，農機無人駕駛作為一個新興產業，其市場仍處于起步階段，無論是在企業內部還是在市場中，都包括專業領域在內的各種智能化農機培訓項目，但是目前還比較缺乏由完善的理論與實踐相結合的培訓體系。教育教學資源不足，培訓體系不完善，特別是人工智能、互聯網、現代農業和農業機械等領域的專業培訓機構相對較少，即使是從事培訓項目的企業和社會培訓機構，也很難形成系統的教學流程。對此，應以系統整合為切入點，以科技創新為導向，以自主創新體系和創新創業平臺建設為載體，構建專業行為與社會能力相結合的人才培養體系和機制。訓練體系、訓練計劃要由淺入深，為人才提供一個跨越式發展的環境。首先，要有普及人工智能和網絡知識的基礎訓練；其次，具備人工智能和網絡應用能力的技術訓練；最后，以市場為導向，結合企業自身發展需求，對企業員工進行專業技術技能培訓，使新興行業從教育訓練轉向人才使用[5]。

4.2 利用人工智能和物聯網實現產品跨界發展

盡管我國農機產品的技術創新還存在一些不足，但在AI 和互聯網方面的發展已經排在世界前列。因此，發展農業機械裝備的核心工作內容是就是跨界互聯，利用我國的AI 和互聯網發展優勢，自覺引導企業和科研機構跨界合作發展，同時整合傳統農機企業和互聯網背景企業的產業鏈，使現代技術和互聯網更好地為現代農業服務，加快無人化和信息化現代農業的創新發展?，F階段，國內很多有互聯網背景的企業已經參與現代農機無人化產品的開發和研究，但仍需要其他互聯網企業的積極參與，尋找技術上的落腳點，促進成果轉化，實現產業落地，從而推動我國現代無人化農機的發展。

5 結束語

文章重點分析了目前我國農業機械的發展現狀，并提出了發展對策，指出農業機械無人化、信息化技術是發展農業機械的關鍵因素，而要使農機產品開發更上一層樓，必須將人工智能和網絡技術結合起來，對農業機械產品進行升級換代，在產品發展和創新方面不斷縮短與國外農業機械的發展差距，最終實現彎道超車。