無人農(nóng)用機(jī)械的應(yīng)用前景和發(fā)展趨勢分析

如克亞木·木沙江

（新疆博爾塔拉蒙古自治州農(nóng)業(yè)農(nóng)村機(jī)械化發(fā)展中心，新疆 博爾塔拉 833400）

隨著科學(xué)技術(shù)和社會的不斷發(fā)展，我國農(nóng)業(yè)科技水平也正快速提升，從而推動了農(nóng)業(yè)機(jī)械自動化和智能化水平的不斷提高。農(nóng)用機(jī)械自動化、無人智能化的發(fā)展，不僅幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人員解放了勞動力，提高了生產(chǎn)效益，而且提高了農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。作為一個農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)大國，我國農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模，自動化生產(chǎn)也越來越普及。但在農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品無人化，特別是智能農(nóng)用機(jī)械產(chǎn)品方面，國外的農(nóng)用機(jī)械產(chǎn)品仍優(yōu)于國內(nèi)，我國農(nóng)用機(jī)械產(chǎn)品和國外還存在著比較大的差距。隨著農(nóng)村人口不斷向城市遷移，以及城市化的不斷發(fā)展，我國農(nóng)業(yè)種植人口和種植資源將會越來越少，因此，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的無人化和信息化是我國未來農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展的必然趨勢，也是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方向。

1 國外無人化農(nóng)機(jī)設(shè)備與技術(shù)的發(fā)展概況

由于國外的科學(xué)技術(shù)發(fā)展相對國內(nèi)更早，北美、西歐、澳洲等一些發(fā)達(dá)地區(qū)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用農(nóng)業(yè)機(jī)械自動化設(shè)備的現(xiàn)象已經(jīng)非常普遍，發(fā)達(dá)國家在無人化農(nóng)機(jī)方面有著豐富的技術(shù)經(jīng)驗和農(nóng)機(jī)設(shè)備基礎(chǔ)，因此其無人化農(nóng)業(yè)的發(fā)展水平很高。美國的一些大型農(nóng)場已經(jīng)開始使用自動導(dǎo)航技術(shù)來操縱拖拉機(jī)和聯(lián)合收割機(jī)等機(jī)械，到2022 年，美國95%以上的農(nóng)場都將配備自動駕駛系統(tǒng)。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(jī)等創(chuàng)新產(chǎn)品，利用裝有感應(yīng)監(jiān)測系統(tǒng)的裝置，實現(xiàn)對障礙物的自動控制，同時操作平臺可以遠(yuǎn)程控制、監(jiān)控和調(diào)度，實現(xiàn)24 小時無人作業(yè)，但目前該產(chǎn)品還在商業(yè)探索階段。日本、韓國等面積不大的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家，由于受土地和勞動力等條件的限制，無人化農(nóng)機(jī)裝備的發(fā)展仍處于起步的階段，不過以日本久保田為代表的企業(yè)已在2018 年推出了可以實現(xiàn)自動駕駛的水稻收割機(jī)和農(nóng)用拖拉機(jī)，這一產(chǎn)品的推出不僅解放了傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)手，也提高了農(nóng)業(yè)機(jī)械的工作效率，日本井關(guān)和洋馬公司也計劃推出類似的自動駕駛設(shè)備[1]。

2 國內(nèi)無人化農(nóng)機(jī)設(shè)備與技術(shù)的發(fā)展情況

中國一拖集團(tuán)有限公司于2016 年對外發(fā)布東方紅無人駕駛拖拉機(jī)，并展示了其在田間實地工作的應(yīng)用效果。當(dāng)時的東方紅無人駕駛拖拉機(jī)配有國3 發(fā)動機(jī)、電動控制懸掛和一系列控制系統(tǒng)，而后為促進(jìn)我國無人駕駛農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的發(fā)展和進(jìn)步，組織開展了以整地、插秧等關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)為重點(diǎn)的農(nóng)機(jī)無人駕駛“大練兵”活動，引起了中央電視臺等媒體的廣泛關(guān)注。常規(guī)插秧機(jī)需要幾個人共同操作，其中1 個人負(fù)責(zé)駕駛，另外2 個人負(fù)責(zé)放置秧盤，而應(yīng)用無人駕駛技術(shù)后，需要的勞動力由3 人減少到1 人，每季度可節(jié)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(fā)展農(nóng)機(jī)無人作業(yè)。我國是個農(nóng)業(yè)大國，但是國內(nèi)糧食供給還不能滿足實際需求，每年還需要從國外進(jìn)口大量農(nóng)產(chǎn)品，雖然目前我國農(nóng)業(yè)機(jī)械自動化發(fā)展很快，但是大部分土地還是分散在各地，且規(guī)模較小，大型農(nóng)機(jī)無法有效發(fā)揮作用，一般都需要雇傭更多的勞動力來彌補(bǔ)，而近年來，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的勞動力急劇減少，導(dǎo)致人力成本不斷上升，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械無人化發(fā)展。科學(xué)技術(shù)改變了人們的生活方式，提升人們的生活質(zhì)量，自動化為人們提供了服務(wù)，從而實現(xiàn)了勞動力的自給自足，這也是我國重視發(fā)展無人駕駛技術(shù)的關(guān)鍵原因[2]。

圖1 國外高端農(nóng)機(jī)類型在我國的占有量

3 農(nóng)機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)

我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)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(lián)網(wǎng)的發(fā)展推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的綜合水平，使農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)一步升級，用最短的時間縮小和國外農(nóng)業(yè)機(jī)械品牌的差距。從目前來看，無人農(nóng)機(jī)主要有兩個發(fā)展方向，分別是大型自動化農(nóng)機(jī)和小型農(nóng)機(jī)機(jī)器人，大型自動化農(nóng)機(jī)主要是對大型拖拉機(jī)和收獲機(jī)進(jìn)行無人化升級改造，而小型農(nóng)機(jī)機(jī)器人則是研發(fā)體積更小、操作更加靈活、多功能可控制的小機(jī)器，將這些小機(jī)器運(yùn)送放置到農(nóng)田里，將自動進(jìn)行農(nóng)業(yè)作業(yè)。農(nóng)機(jī)智能化是實現(xiàn)無人作業(yè)的基本條件，但發(fā)展智能化技術(shù)和裝備將增加投入成本。

近年來，國家頒布了很多關(guān)于提升農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展裝備的政策文件，將發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備作為國家的戰(zhàn)略目標(biāo)，農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的升級換代有利于提高國家農(nóng)業(yè)方面的發(fā)展水平，當(dāng)下最重要的目標(biāo)，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械無人化、信息化。農(nóng)業(yè)機(jī)械無人化主要通過應(yīng)用傳感器技術(shù)和導(dǎo)航定位技術(shù)，使拖拉機(jī)、收獲機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械實現(xiàn)作業(yè)自動化、智能化、精準(zhǔn)化甚至無人化，應(yīng)用最多的就是農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動駕駛。

農(nóng)業(yè)信息化是指通過傳感器技術(shù)收集與農(nóng)業(yè)有關(guān)的數(shù)據(jù)，再利用通信技術(shù)將傳感器中的每個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，最終形成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，將傳感器與和農(nóng)業(yè)環(huán)境、農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行互聯(lián)，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)就是利用了這一原理（見圖2）。農(nóng)業(yè)機(jī)械自動駕駛可以提高農(nóng)業(yè)作業(yè)的精度、延長工作時間、提升作物產(chǎn)量和增加生產(chǎn)規(guī)模，而農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)則可以實現(xiàn)科學(xué)耕種和收獲、實現(xiàn)精確作業(yè)、提高自動化效率、實施環(huán)境監(jiān)測、實現(xiàn)遠(yuǎn)程作業(yè)、有利于大數(shù)據(jù)分析和農(nóng)產(chǎn)品跟蹤等功能。根據(jù)目前的趨勢來看，農(nóng)業(yè)機(jī)械無人化與信息化是我國發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械，縮短與國外農(nóng)業(yè)機(jī)械水平的關(guān)鍵技術(shù)，是農(nóng)業(yè)機(jī)械升級的基礎(chǔ)，還能推動人工智能和“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展[3-4]。

圖 2 基于北斗導(dǎo)航的農(nóng)機(jī)控制流程

4 無人化農(nóng)機(jī)的升級發(fā)展策略

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械無人化技術(shù)在世界范圍內(nèi)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)知識體系已經(jīng)不再適應(yīng)農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展需要。農(nóng)業(yè)機(jī)械的無人化和信息化，要求將自動化、信息化、傳感、智能化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，因此結(jié)合AI 與互聯(lián)網(wǎng)的模式，可以更好地服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

4.1 加強(qiáng)農(nóng)機(jī)領(lǐng)域的跨界人才培養(yǎng)

目前，農(nóng)機(jī)無人駕駛作為一個新興產(chǎn)業(yè)，其市場仍處于起步階段，無論是在企業(yè)內(nèi)部還是在市場中，都包括專業(yè)領(lǐng)域在內(nèi)的各種智能化農(nóng)機(jī)培訓(xùn)項目，但是目前還比較缺乏由完善的理論與實踐相結(jié)合的培訓(xùn)體系。教育教學(xué)資源不足，培訓(xùn)體系不完善，特別是人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)機(jī)械等領(lǐng)域的專業(yè)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)相對較少，即使是從事培訓(xùn)項目的企業(yè)和社會培訓(xùn)機(jī)構(gòu)，也很難形成系統(tǒng)的教學(xué)流程。對此，應(yīng)以系統(tǒng)整合為切入點(diǎn)，以科技創(chuàng)新為導(dǎo)向，以自主創(chuàng)新體系和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺建設(shè)為載體，構(gòu)建專業(yè)行為與社會能力相結(jié)合的人才培養(yǎng)體系和機(jī)制。訓(xùn)練體系、訓(xùn)練計劃要由淺入深，為人才提供一個跨越式發(fā)展的環(huán)境。首先，要有普及人工智能和網(wǎng)絡(luò)知識的基礎(chǔ)訓(xùn)練；其次，具備人工智能和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用能力的技術(shù)訓(xùn)練；最后，以市場為導(dǎo)向，結(jié)合企業(yè)自身發(fā)展需求，對企業(yè)員工進(jìn)行專業(yè)技術(shù)技能培訓(xùn)，使新興行業(yè)從教育訓(xùn)練轉(zhuǎn)向人才使用[5]。

4.2 利用人工智能和物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)產(chǎn)品跨界發(fā)展

盡管我國農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新還存在一些不足，但在AI 和互聯(lián)網(wǎng)方面的發(fā)展已經(jīng)排在世界前列。因此，發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的核心工作內(nèi)容是就是跨界互聯(lián)，利用我國的AI 和互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展優(yōu)勢，自覺引導(dǎo)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)跨界合作發(fā)展，同時整合傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)企業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)背景企業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈，使現(xiàn)代技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)更好地為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)服務(wù)，加快無人化和信息化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。現(xiàn)階段，國內(nèi)很多有互聯(lián)網(wǎng)背景的企業(yè)已經(jīng)參與現(xiàn)代農(nóng)機(jī)無人化產(chǎn)品的開發(fā)和研究，但仍需要其他互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的積極參與，尋找技術(shù)上的落腳點(diǎn)，促進(jìn)成果轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)落地，從而推動我國現(xiàn)代無人化農(nóng)機(jī)的發(fā)展。

5 結(jié)束語

文章重點(diǎn)分析了目前我國農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀，并提出了發(fā)展對策，指出農(nóng)業(yè)機(jī)械無人化、信息化技術(shù)是發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械的關(guān)鍵因素，而要使農(nóng)機(jī)產(chǎn)品開發(fā)更上一層樓，必須將人工智能和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合起來，對農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行升級換代，在產(chǎn)品發(fā)展和創(chuàng)新方面不斷縮短與國外農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展差距，最終實現(xiàn)彎道超車。