大田無人農業發展現狀與實現路徑

徐 峰，朱慧琴，程勝男，彭俊明

(農業農村部農業機械試驗鑒定總站，北京100122)

0 引言

近年來，智能化、信息化技術在農業領域應用步伐加快，無人農業蓬勃發展。在2020年新冠疫情防控春耕備耕關鍵時期，無人農業技術發揮了其絕對優勢，對減少農業生產人員聚集，有效防控農村疫情擴散起到了重要作用，保證了在重大災情下農業生產和農產品保供不受影響。

無人農業是指通過應用物聯網、大數據、人工智能、5G和機器人等新一代信息技術，在人工不進入農場的情況下，實現對設施、裝備和機械等遠程控制、全程自動控制或機器人自主控制，完成全程無人化作業的生產模式。無人農業技術由生產信息采集設施、生產作業裝備和生產管理平臺3部分組成，以全過程智能化管理、精準化作業為核心，以智能感知、決策和執行為基本技術方案，通過對農業生產各要素的數據化，實現智能化決策、可視化管理和無人化操作。

1 發展大田無人農業的必要性

我國糧食作物、經濟作物等大田農業相比歐美等發達國家，種植習慣更加傳統、地形地貌更加復雜、種植模式更加多樣、機藝融合難度更大，農業基礎薄弱、生產效率低、競爭力差，保障國家糧食安全壓力大，迫切需要推進無人農業生產根本性變革，提升農業種植科學化、規模化水平，增強農業競爭力，保障國家糧食安全[1]。

1.1 農業現代化發展的“加速器”

目前，農業機械化雖然一定程度上解放了生產力，但還需要大量的農村勞動力駕駛操作機器、輔助人員全程跟機。在無人農場，用腦力勞動代替體力勞動的智能化管理模式，人力要素從土地耕作中、辛苦勞作中徹底解放出來，破解農村勞動力不足難題。無人農業能大幅度提高農業生產率、資源利用率和土地產出率，促使綜合資源得到最大化利用。實現農業生產方式的變革，是提升農業生產科學化水平的重要技術手段。同時，智能農機、無人農業也帶來了農業機械化服務和管理方式的巨大變革，實現由人工向智能管理服務方向的迭代轉變，有利于助推農業、農村現代化。智能農機提高了機手駕駛的舒適性和操作的方便性，讓機手成為體面的職業，吸引更多高學歷人才回流農村，造就一批高素質職業農民，讓農業成為有奔頭的產業，讓農民成為有吸引力的職業，讓農村成為富有活力的家園，加快改變“三農”面貌[2]。

1.2 農業可持續發展的“催化劑”

無人農業實現經營效率的最大化和產品品質的最優化，促進農業生產提質增效和降低成本，確保糧食穩產增產、農產品品質及農業綠色發展。在實踐中，無人駕駛技術有效解決了農機作業中出現的“播不直、接不上茬”，以及起壟作業不直、中耕傷苗和植保重噴漏噴的老大難問題，土地利用率可提高0.5%～1.0%，作業質量大幅提高。新疆棉花種植使用自動駕駛技術，原先僅能播種10行的地塊可播11行，土地利用率提高了2.5%，單產增加5%。河北等地小麥生產全程智能化試驗示范結果顯示，可減少用工25%、節水20%、減少農藥30%和節約燃油消耗10%，大大提高了機械化生產經濟效益。在收割季節，機械精準度越高對農作物的損傷就越小，自動駕駛農機精度在2.5 cm，農作物產量減損約3%，燃油消耗節約10%左右。當前，糧食機械化收獲損失率備受社會關注，加裝智能減損監測裝置的自動駕駛收割機，確保在最佳行駛速度下收割損失率最低，可使機械化收獲損失降低10%以上[3]。

1.3 農機化和農機裝備轉型升級的“助推器”

2020年全國主要農作物耕種收綜合機械化率已達71%。小麥、玉米和稻谷3種大田類作物基本實現機械化，我國農業機械化已進入全程全面高質高效發展的關鍵時期。大田農業機械化如何突破目前的發展瓶頸進入新的發展階段，加快無人農業發展無疑是重要的破解之法和路徑選擇。大力發展無人農業和智能農機有助于破除農機化轉型升級的制約因素，推動農機智能化、作業精準化和操作無人化等技術，以及先進適用農機裝備的普及應用，成為農業機械化轉型升級發展的重要舉措。同步引領農機生產企業創新研發能力和制造水平，提高農機裝備信息化、智能化程度，實現從農機生產大國向農機生產強國邁進[4]。

2 國內外無人農業發展狀況

2.1 發達國家無人農業發展情況

無人農業在世界各國有著十分廣泛的應用，按照應用領域主要包括無人大田作物、無人設施栽培和無人設施養殖。無人設施栽培主要應用于水果、蔬菜和花卉等作物的水肥、植保、采收、運輸、加工和包裝等環節。美國、日本和歐洲的技術最為先進，已實現了環境調控、水肥管理、采摘收獲和分級包裝的無人化、智能化，農業生產機器人技術也比較成熟。無人設施養殖主要應用于生豬、奶牛和蛋雞等畜禽養殖的環境控制、飼喂、擠奶、防疫和廢棄物處理等作業環節。發達國家已將信息化、智能化技術應用于畜牧養殖各個環節，技術比較成熟，實現了規模化應用[5]。

大田種植作業工況條件復雜，實現無人作業難度較大，各國發展都處于探索階段。北美、西歐具備基礎但需求不緊迫，對發展無人農業還沒有明顯需求。北美、澳洲等發達國家已經開始將智能農機裝備技術應用于農業生產，一些大中型農場都逐步使用自動導航駕駛系統來實現拖拉機、播種機、收割機和植保機械等無人作業，2020年美國農機安裝自動導航、無人駕駛系統普及率已經達到90%。日本、韓國等國家雖然農業生產規模較小、產值不高，但農業面臨著從業人口老齡化、從事農業生產人力成本高等問題，已逐步重視和發展無人農業，小型無人機、無人駕駛農機和智能農用機器人等智能農機裝備發展較快。

2.2 我國大田作物無人農業發展現狀

總體上看，發達國家無人農業技術研發起步早、技術強，但是大田作物無人農業發展和技術應用還不廣泛。我國雖然起步較晚，但是發展速度很快，近些年逐漸呈現出加速趕超的趨勢。我國信息技術水平可以和發達國家媲美，但是在無人農業的普及面、應用面還很窄，僅停留在示范型的展示范圍內，無人農機發展還處于半自動化的初級階段，呈現“三多三少”的局面[6]。

2.2.1試驗示范多，普及應用少

多個糧棉主產省份相繼開展了全過程無人農業生產試驗。新疆生產建設兵團數字農業項目已經形成了棉花全程數字化生產管理模式。國家糧食生產功能示范區江蘇省興化市建立了農業全過程無人作業試驗示范基地。山東理工大學與淄博禾豐種業建設的生態無人農場，可達到綠色生態化、農業生產的無人化和精準化種植。碧桂園農業控股有限公司與黑龍江省建三江管理局聯手在黑龍江二道河農場建設大型無人作業示范農場。華南農業大學水稻生產無人農場已經建成。但是目前由于設備成本普遍較高、成本回收周期較長、設備重復利用率低和壽命短、上下游銜接不暢、投入和產出不成正比、企業創新模式和商業模式適應性差等問題，導致大面積推廣應用還不成熟，對于單個農戶或其他地區推廣難度較大[7]。

2.2.2智能裝備多，集成技術少

我國大田無人化技術快速產業化。一是無人機技術廣泛應用。除了簡單的植保、播種和撒肥等作業外，還可以借助成像技術對作物進行生長評估、疾病監測和機械傳粉等。通過地面遙感進行控制，采集的數據及動態數據實時傳遞到地面工作站。二是智能農機方興未艾。北斗導航自動駕駛技術目前在無人農業中應用最廣泛、最成熟，搭載了全球衛星定位、電控液壓自動轉向、作業裝置自動控制、雷達視覺測量及遠程視頻傳輸等功能，實現了耕、種、管、收、運全程無人駕駛，實現了從“鐵牛”向“智牛”的華麗轉變。但是目前大多停留在智能裝備作業，處于無人農業“1.0”狀態，多機協同技術、全程無人化的技術集成還不成熟。

2.2.3信息技術多，基礎數據少

無人農業的基礎是海量數據的收集、分析與應用，通過大數據分析用于農業生產決策，并為智能設備開發、改進和自動作業等提供依據。目前，我國在北斗衛星導航系統、地理信息遙感技術、農用傳感器技術、物聯網技術、云計算及5G網絡等領域已經取得了較大成就；在信息采集、數據處理等方面技術已經比較成熟；在農業大棚、農機定位、倉儲管理和食品溯源等方面都取得了不錯的成績。但是在大田作物無人農業的融合推廣應用和農情信息采集方面還有較大空間，面臨基礎數據偏少、信息共享不便和資源整合困難等問題。

3 無人農業實現路徑

3.1 加快技術集成示范，分區分級梯次遞進

在示范作物上，重點開展小麥、玉米、水稻和棉花等主要農作物生產的無人作業試驗示范，分類建設示范推廣高標準基地。在示范區域上，選擇農業社會化程度高、土地規模化經營好和農業機械化發展成熟的地區先行推廣，在糧食生產全程機械化示范縣中率先建設一批智能農機、無人農機“示范農場”。其他代表性地區分級、分期、分步建立無人農場，如東北地區選擇耕作面積大的農墾、在西南地區選擇淺丘陵。在示范環節上，協調推進耕、種、管、收、儲、運等環節的無人化生產，努力形成可復制、可推廣的經驗和成果。

3.2 加大科技攻關力度，重點突破階次漸進

加強無人農業理論體系、技術體系和產業體系建設，統籌技術研發、人才建設和產品開發。科技、財政部門應予重點支持，推動國家和省部級重點研發計劃專項向無人農業基礎研究、關鍵技術和裝備研發等方面傾斜，建立無人農業國家科技創新平臺，加大協同攻關力度，著力突破專用傳感器、精準算法、智能作業和管理平臺等關鍵、核心關鍵技術。推動建立產學研推深度融合的無人農業技術創新體系，促進智能農機、無人農業技術成果轉化。

3.3 建立政策支持體系，立體扶持驅動躍進

無人農業屬于戰略性新興產業，商業化應用模式和可持續發展機制還不成熟，需要建立支持無人農業發展的政策體系，加快制定包括政府補貼、金融支持、減免稅收、重大項目投資和土地優惠等一攬子支持政策，刺激和帶動民營資本進入，促進無人農業產業化發展。制定無人農業建設標準和工作指引，積極爭取財政、金融等部門支持，推進大田作物無人農業的基礎設施建設、改造。推進無人農業的基礎設施建設。加大農機購置補貼政策支持力度，將更多先進適用無人農業技術裝備納入農機購置補貼范圍，拓展作業質量監測、遠程控制平臺和農業信息采集裝置等新產品補貼試點范圍，積極探索成套智能農機裝備補貼路徑，試點開展無人農業生產作業補貼[8-9]。

3.4 提升公共服務能力，技術支撐引領邁進

加強無人農業裝備及技術配套標準制訂，設立相關的信息接口標準體系，使無人農業服務規范化、標準化，逐步建立以智能化為主導、以精準作業為核心的具有中國特色和市場競爭力的無人農機和無人農藝、標準體系，通過標準技術引領無人農業高質量發展。加快智能裝備、無人駕駛、北斗導航、精準作業監測和農業信息采集等智能化、信息化裝備和平臺的技術指標、鑒定檢測方法研究，加快相關產品和系統鑒定大綱的制定，逐步建立無人農業農機裝備技術的試驗鑒定技術模式，提升試驗鑒定供給能力。將更多無人農業技術列入農業農村部重大引領性技術，明確農業農機推廣機構對無人農業的組織培訓、推廣應用等工作，建立科學的技術推廣試驗示范工作方案，形成生產模式，起到示范和引領作用。依托農機合作社等新型農業經營主體打造集成應用先進裝備技術的樣板，引導農機社會化服務應用智能農機和農機作業管理信息平臺[10]。

3.5 加強組織規劃引導，統籌資源協同推進

無人農業是一項系統工程，涉及農機農藝、機械化信息化融合，需要農機和農業方面的政府部門、生產企業、推廣機構、行業協會和科研院所等多方密切協作，圍繞無人農場技術研究、轉化、生產、推廣、應用和服務等環節，做好頂層設計，強化無人農業的宏觀指導和統籌協調。加快推進高標準農田建設，吸收宜機化、無人農業建設要求，加快土地流轉實現規模化經營，為無人農業創造一個良好發展環境。整合并逐步完善農業信息平臺，實現農業數據共享，擴寬信息服務面，協調農業信息機構做好智能農機系統與現有農業信息系統的接入、運維等工作。探索完善市場化運行模式，構建以科技創新為牽引、生產企業為主體、市場需求為目標的無人農業協作發展模式。

4 結束語

目前，我國無人農業發展雖然取得一些經驗、形成了一定技術積累，但大部分都屬于試驗示范的探索階段，技術還不太成熟，智能化程度偏低，應用成本偏高，還處于一個無人農業發展的初級階段。需要緊緊抓住智能農業、無人農業發展的戰略機遇期，匯集行業系統、生產企業、科研機構和服務組織的力量，齊心協力、共享合作，在技術推廣、政策支持和科技引領等方面全方面加大推進，加快智能農機技術研發、模式集成、協同機制和政策支撐，為促進鄉村振興奠定堅實可靠的科技和產業基礎。