建三江：無(wú)人化作業(yè)在中國(guó)糧倉(cāng)大顯身手

過(guò)去，人們常常設(shè)想未來(lái)農(nóng)業(yè)的樣子：由無(wú)人駕駛的拖拉機(jī)、插秧機(jī)、收獲機(jī)、噴藥機(jī)、無(wú)人機(jī)等配帶著不同的農(nóng)具或裝置，從耕整地、播種、插秧、噴藥、噴肥，到收獲、運(yùn)糧等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全部由機(jī)器搞定，現(xiàn)在這已經(jīng)不再是設(shè)想，由北大荒建三江—碧桂園共同打造的全球首個(gè)超萬(wàn)畝無(wú)人化農(nóng)場(chǎng)正上演著這樣的情景。

據(jù)了解，北大荒建三江—碧桂園無(wú)人化農(nóng)場(chǎng)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外頭部農(nóng)機(jī)制造與智能農(nóng)機(jī)裝備企業(yè)、高等院校和科研機(jī)構(gòu)，從現(xiàn)代化農(nóng)場(chǎng)應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)際需求，重點(diǎn)突破農(nóng)機(jī)無(wú)人駕駛、作業(yè)協(xié)同、多機(jī)聯(lián)動(dòng)、自動(dòng)避障、集群調(diào)度、遠(yuǎn)程控制、智能決策等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，探索形成覆蓋主要農(nóng)作物耕、種、管、收、運(yùn)全流程無(wú)人化生產(chǎn)作業(yè)和無(wú)人化農(nóng)場(chǎng)建設(shè)運(yùn)營(yíng)的系統(tǒng)解決方案。

“北大荒建三江和碧桂園農(nóng)業(yè)聯(lián)合組織實(shí)施的這個(gè)無(wú)人化農(nóng)場(chǎng)試驗(yàn)示范項(xiàng)目，是目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)主糧作物的規(guī)模最大、參加試驗(yàn)示范的農(nóng)機(jī)設(shè)備最多、作業(yè)環(huán)節(jié)項(xiàng)目最全、無(wú)人化技術(shù)最先進(jìn)、農(nóng)機(jī)田間作業(yè)無(wú)人化程度最高的一個(gè)無(wú)人化農(nóng)場(chǎng)項(xiàng)目，也是迄今為止全球首個(gè)超萬(wàn)畝的無(wú)人化農(nóng)場(chǎng)試驗(yàn)示范項(xiàng)目，”中國(guó)工程院院士、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授羅錫文表示，項(xiàng)目將帶動(dòng)中國(guó)現(xiàn)代化大農(nóng)業(yè)加速發(fā)展，為中國(guó)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展注入強(qiáng)大動(dòng)力，將在我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技發(fā)展進(jìn)程中具有里程碑式的重要意義。

無(wú)人農(nóng)場(chǎng)：給農(nóng)業(yè)插上“科技的翅膀”

先進(jìn)的無(wú)人化作業(yè)之所以能在中國(guó)大糧倉(cāng)大顯身手，是因?yàn)槿诤狭酥腔坜r(nóng)業(yè)的最新技術(shù)。

智能農(nóng)機(jī)作業(yè)技術(shù)。北大荒建三江國(guó)有農(nóng)場(chǎng)針對(duì)水稻、玉米、大豆三大作物研發(fā)了相配套的智能農(nóng)機(jī)，涵蓋全周期作業(yè)過(guò)程，主要體現(xiàn)在無(wú)人駕駛技術(shù)、無(wú)人機(jī)植保技術(shù)和主從導(dǎo)航收獲機(jī)系統(tǒng)三個(gè)方面。

在北大荒建三江-碧桂園農(nóng)業(yè)無(wú)人化農(nóng)場(chǎng)項(xiàng)目的農(nóng)機(jī)無(wú)人駕駛作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)演示會(huì)上，來(lái)自國(guó)內(nèi)外的17家頭部智能農(nóng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)、44臺(tái)（件）農(nóng)機(jī)設(shè)備，分別演示了無(wú)人農(nóng)機(jī)收割運(yùn)糧協(xié)同作業(yè)，無(wú)人化水田筑埂、攪漿、插秧、旱直播、飛防、秋翻地、旋地以及無(wú)人化旱田滅茬、翻、耙、起壟、播種、噴藥等20多項(xiàng)無(wú)人農(nóng)機(jī)作業(yè)，涵蓋主要作物從春到秋全周期作業(yè)過(guò)程。

無(wú)人駕駛技術(shù)需要提前測(cè)繪農(nóng)田地圖，根據(jù)農(nóng)田邊界和障礙物分布，規(guī)劃農(nóng)機(jī)作業(yè)最優(yōu)路徑，并將其儲(chǔ)存在農(nóng)機(jī)上，作業(yè)時(shí)農(nóng)機(jī)“按圖索驥”作業(yè)。無(wú)人駕駛技術(shù)自帶的高精度定位功能可以提供全天候、高精度和實(shí)時(shí)的機(jī)具位置、速度和時(shí)間信息，借此準(zhǔn)確判斷拖拉機(jī)作業(yè)路線是否偏移，并結(jié)合控制系統(tǒng)不斷比較拖拉機(jī)的真實(shí)位置與規(guī)劃路徑之間的偏差，向拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)出指令，讓拖拉機(jī)快速準(zhǔn)確修正前進(jìn)方向，使拖拉機(jī)始終保持在正確的航線上。此外，還可以通過(guò)毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、攝像機(jī)等傳感器，準(zhǔn)確識(shí)別人員和動(dòng)態(tài)障礙物，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障作業(yè)。

植保無(wú)人機(jī)配有飛行平臺(tái)、攝像頭、BDGPS飛控、噴灑機(jī)構(gòu)等，通過(guò)地面遙控或BDGPS飛控，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。通過(guò)多次飛行進(jìn)行農(nóng)田巡查，幫助農(nóng)戶更準(zhǔn)確地了解糧食生長(zhǎng)情況，更精確地實(shí)現(xiàn)植保作業(yè)。

智能收獲機(jī)系統(tǒng)為建三江國(guó)有農(nóng)場(chǎng)自主研制，基于北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，通過(guò)無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)連接無(wú)人駕駛收割機(jī)與無(wú)人駕駛卸糧車(chē)，實(shí)現(xiàn)主從協(xié)調(diào)。當(dāng)無(wú)人駕駛收獲機(jī)倉(cāng)滿報(bào)警時(shí)，會(huì)自動(dòng)發(fā)送卸糧命令給無(wú)人駕駛卸糧車(chē)，無(wú)人駕駛卸糧車(chē)根據(jù)無(wú)人收獲機(jī)作業(yè)路線和卸糧筒長(zhǎng)度，智能規(guī)劃自身行走路線，并通過(guò)轉(zhuǎn)向和油門(mén)控制實(shí)現(xiàn)自身和無(wú)人駕駛收獲機(jī)的相對(duì)位置，將橫向誤差控制在10 cm以內(nèi)，縱向誤差控制在20 cm以內(nèi)，解決人力多次運(yùn)糧問(wèn)題。

過(guò)去建三江國(guó)有農(nóng)場(chǎng)農(nóng)業(yè)機(jī)械化率較低，僅插秧一項(xiàng)就需要20天的時(shí)間。而現(xiàn)在智能農(nóng)機(jī)應(yīng)用后，建三江國(guó)有農(nóng)場(chǎng)已實(shí)現(xiàn)7天完成育秧播種、7天完成水整地、7天完成水稻插秧、7天完成收獲、7天完成秋翻地、7天完成水田翻后旋，一年水稻生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)只需“六個(gè)7天”就可完成，極大提高作業(yè)效率。

病蟲(chóng)害預(yù)警技術(shù)。建三江國(guó)有農(nóng)場(chǎng)利用田間安置采集設(shè)備，通過(guò)高清攝像頭實(shí)時(shí)獲取水稻圖像信息，判斷水稻生長(zhǎng)情況，再結(jié)合田間環(huán)境信息、作物品種、氣象信息、歷史病蟲(chóng)害發(fā)生情況，經(jīng)過(guò)后臺(tái)云服務(wù)系統(tǒng)的高效智能診斷，可以預(yù)測(cè)施肥、防病、除草時(shí)間，并將信息反饋到葉齡智能診斷App上，以實(shí)現(xiàn)對(duì)種植戶的栽培技術(shù)和植保技術(shù)作出實(shí)時(shí)指導(dǎo)。

葉齡智能診斷App根據(jù)葉齡與其它器官的同伸關(guān)系，以葉齡為基準(zhǔn)，衡量和判斷水稻當(dāng)時(shí)和以后一段時(shí)間的生長(zhǎng)進(jìn)程（株高、莖數(shù)、葉長(zhǎng)等）、群體素質(zhì)（葉面積指數(shù)、充實(shí)度、粒葉比等）等，進(jìn)而按照生長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施調(diào)控，達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的實(shí)用技術(shù)。相比之前完全靠主觀判斷和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的田間管理更精準(zhǔn)、更有效，并且能把是否需要施肥、除草、打藥等指導(dǎo)信息直接推送到農(nóng)戶或農(nóng)場(chǎng)管理人員的手機(jī)里，解決了農(nóng)戶服務(wù)“最后一公里”問(wèn)題，有力提高了田間管理水平。

智能施肥技術(shù)。建三江國(guó)有農(nóng)場(chǎng)通過(guò)測(cè)土配方技術(shù)，建立了健全的水稻施肥配方圖，技術(shù)人員或種植戶通過(guò)點(diǎn)擊農(nóng)場(chǎng)地塊位置，可以查詢施肥建議卡，使種植戶能了解到施肥總量、畝施肥量、全程的施肥時(shí)期等信息。

除了測(cè)土施肥配方技術(shù)外，建三江國(guó)有農(nóng)場(chǎng)還研發(fā)了變量側(cè)深施肥技術(shù)，在插秧機(jī)前輪安裝傳感器，在插秧過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)土壤中的氮、磷、鉀含量，并基于檢測(cè)結(jié)果按需定量施肥，實(shí)現(xiàn)水稻種植過(guò)程中肥料的減施增效，保證土壤肥力，更好地促進(jìn)農(nóng)作物的生長(zhǎng)。

側(cè)深施肥技術(shù)提高了肥料利用效率。建三江國(guó)有農(nóng)場(chǎng)多年數(shù)據(jù)證明，通過(guò)側(cè)深施肥技術(shù)，氮、磷和鉀肥利用效率可分別提高9.6%、8.5%和15.1%，肥料整體利用效率可達(dá)到50%左右。在提升肥料利用效率的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)肥料減量情況下的作物增產(chǎn)增收，且側(cè)深施肥技術(shù)還可減少水稻倒伏，提高水稻秧苗的成活率，一畝地能節(jié)省成本10元左右。

在北大荒集團(tuán)建三江分公司紅衛(wèi)農(nóng)場(chǎng)有限公司，三臺(tái)無(wú)人插秧機(jī)組成的無(wú)人機(jī)群由一人操作，通過(guò)運(yùn)用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，按照既定路線由機(jī)庫(kù)駛出，隨停隨走，精準(zhǔn)作業(yè)，插出筆直的秧苗，既節(jié)省了人工，又提高了土地利用率。

智能育苗技術(shù)。傳統(tǒng)水稻育秧技術(shù)存在苗床水分不足、溫度不適、出苗不齊、播種后直接擺放出苗不均勻、秧苗容易出現(xiàn)立枯病、綿腐病等現(xiàn)象，導(dǎo)致育供秧苗能力較小、成秧率低、秧苗質(zhì)量差、爛秧死苗等風(fēng)險(xiǎn)增大。建三江國(guó)有農(nóng)場(chǎng)針對(duì)這一問(wèn)題研發(fā)了智能化育苗技術(shù)——疊盤(pán)暗室育苗技術(shù)，改變了傳統(tǒng)水稻育秧方式，通過(guò)結(jié)合流水線播種設(shè)備一起作業(yè)，實(shí)現(xiàn)裝土、播種、澆水、覆土、出盤(pán)、疊盤(pán)一條龍機(jī)械化，之后將秧盤(pán)放置在能控溫和控濕的溫室內(nèi)（恒溫32℃、恒濕60%），通過(guò)配置一系列智能傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CO2濃度、溫度、相對(duì)濕度、光合有效輻射（PAR）、pH值等各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)。通過(guò)微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，由微機(jī)對(duì)棚內(nèi)的水簾、風(fēng)機(jī)、遮陽(yáng)板等設(shè)施實(shí)施控制，并對(duì)環(huán)境指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，給種子創(chuàng)造最佳的生長(zhǎng)空間。采用統(tǒng)一浸種、催芽、育苗的智能化育苗技術(shù)有利于統(tǒng)一品種，并且培養(yǎng)過(guò)程中水循環(huán)導(dǎo)氧、種子浸種、催芽等環(huán)節(jié)是在有氧條件下進(jìn)行的，提高了種子芽勢(shì)和芽率，在保證秧苗質(zhì)量的情況下，極大縮短了育苗時(shí)間，由7-8天縮短到48小時(shí)，極大提高了生產(chǎn)效率。

稻田使用疊盤(pán)暗室設(shè)備后，成苗率提高5%左右，每畝可節(jié)約種子0.5 kg。單套播種流水線，每小時(shí)可播種800盤(pán)，每天可完成10000盤(pán)暗室育秧。疊盤(pán)暗室育苗技術(shù)研發(fā)為搶農(nóng)時(shí)、搶積溫、早育秧、育壯秧提供了基礎(chǔ)，平均畝增產(chǎn)20 kg左右，增產(chǎn)比3.3%，畝增收52元左右。

智能灌溉系統(tǒng)。采用智能灌溉系統(tǒng)對(duì)農(nóng)場(chǎng)水稻種植區(qū)開(kāi)展精準(zhǔn)灌溉，該系統(tǒng)集自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等為一體，采用不同的傳感器采集農(nóng)田墑情等環(huán)境數(shù)據(jù)，并在田間安裝水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)地塊的水位，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備將信號(hào)傳至遠(yuǎn)程控制終端，用戶在控制中心進(jìn)行灌溉參數(shù)設(shè)置，專(zhuān)用軟件會(huì)在計(jì)算機(jī)上分析，并在智農(nóng)平臺(tái)給出灌溉方案。用戶可以選擇遠(yuǎn)程操控，信息終端系統(tǒng)下達(dá)的指令將會(huì)經(jīng)過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換傳達(dá)給灌溉設(shè)備，也可以選擇人工進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作，最終可以實(shí)現(xiàn)田間智能灌溉和灌溉遙控。

作物倒伏監(jiān)測(cè)。為解決協(xié)調(diào)保險(xiǎn)公司和農(nóng)民之間關(guān)于作物倒伏核保的賠款結(jié)算問(wèn)題，建三江國(guó)有農(nóng)場(chǎng)研發(fā)了水稻倒伏的遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用HJ-1衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)多光譜、多時(shí)相、高分辨率優(yōu)勢(shì)，依據(jù)遙感影像特征的變異建立水稻倒伏分類(lèi)特征，如光譜反射率、紋理特征、植被指數(shù)等，使用最大似然法對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi)以及提取水稻倒伏面積，并通過(guò)人機(jī)交互對(duì)分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行修正，在此基礎(chǔ)上建立衛(wèi)星遙感圖，以實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確地計(jì)算出農(nóng)戶稻田的倒?fàn)蠲娣e，比傳統(tǒng)的人工測(cè)量更為準(zhǔn)確、高效，也得到農(nóng)戶和保險(xiǎn)公司肯定。

火情監(jiān)測(cè)技術(shù)。為更好地減少火災(zāi)帶來(lái)的危害，建三江國(guó)有農(nóng)場(chǎng)采用衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)，建立了線上可視化操作系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)火點(diǎn)位置、面積、火情大小等信息，并及時(shí)發(fā)送短信至農(nóng)場(chǎng)相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)及管理區(qū)主任，以便及時(shí)控制火勢(shì)，減少火災(zāi)帶來(lái)的損失。這一技術(shù)的應(yīng)用，極大提高了農(nóng)場(chǎng)火情監(jiān)測(cè)的及時(shí)性及準(zhǔn)確性，同時(shí)極大降低了巡檢人力成本和火災(zāi)損失。

以上這些無(wú)人化技術(shù)、數(shù)據(jù)智慧決策等新型手段將推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式變革，是破解中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展瓶頸的重要途徑之一。

隨著機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)被不斷應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，農(nóng)業(yè)走科技化、智能化的發(fā)展道路已經(jīng)成為大勢(shì)所趨，加快布局“無(wú)人農(nóng)場(chǎng)”應(yīng)用場(chǎng)景，廣泛應(yīng)用農(nóng)牧機(jī)器人新技術(shù)，全面提升農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈自動(dòng)化水平，將成為占據(jù)全球農(nóng)業(yè)未來(lái)發(fā)展制高點(diǎn)的重要手段。

構(gòu)建可復(fù)制推廣的無(wú)人化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)

“北大荒建三江-碧桂園無(wú)人化農(nóng)場(chǎng)項(xiàng)目”實(shí)施以來(lái)，先后與17家國(guó)內(nèi)外農(nóng)機(jī)生產(chǎn)制造企業(yè)建立合作，完成了水稻、玉米、大豆三大農(nóng)作物單機(jī)無(wú)人駕駛田間作業(yè)耕、種（插）、管、收、運(yùn)五大環(huán)節(jié)20多個(gè)作業(yè)項(xiàng)目的試驗(yàn)示范任務(wù)，全年累計(jì)完成田間作業(yè)面積約16000畝。經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益顯著。

經(jīng)濟(jì)效益。建三江無(wú)人化農(nóng)場(chǎng)通過(guò)采用智能農(nóng)機(jī)、病蟲(chóng)害預(yù)警、智能施肥、智能化育苗技術(shù)、智能灌溉、作物倒伏監(jiān)測(cè)和火情監(jiān)測(cè)等現(xiàn)代化生產(chǎn)和管理技術(shù)，具有勞動(dòng)強(qiáng)度低、生產(chǎn)集約化程度高、生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)。通過(guò)引用大量系統(tǒng)集成系列的前沿技術(shù)和先進(jìn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物從耕種、管理到收割的全流程覆蓋，不僅可以大幅提升生產(chǎn)效率和作業(yè)質(zhì)量，也極大減少了所需要投入的人力成本，同時(shí)具有增產(chǎn)增收效果，經(jīng)濟(jì)效益顯著。生產(chǎn)管理效率較普通生產(chǎn)管理方式提高35%以上，肥料利用率提高10%以上。

社會(huì)效益。建三江無(wú)人化農(nóng)場(chǎng)作業(yè)先進(jìn)技術(shù)將在江蘇、重慶、新疆、河南、海南等10個(gè)省區(qū)市展開(kāi)，重點(diǎn)解決自動(dòng)駕駛算法、地理信息系統(tǒng)、融合感知系統(tǒng)、線性底盤(pán)、液壓轉(zhuǎn)向、動(dòng)力換擋、V2X等地面無(wú)人農(nóng)業(yè)設(shè)備的關(guān)鍵和基礎(chǔ)問(wèn)題，建立全國(guó)無(wú)人農(nóng)機(jī)合作聯(lián)社，采取農(nóng)機(jī)共享等方式，重點(diǎn)解決我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人口老齡化、作業(yè)效率低下、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)差異化等問(wèn)題，對(duì)打造我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)新模式等方面具有積極的社會(huì)效益。

環(huán)境效益。無(wú)人化農(nóng)場(chǎng)的產(chǎn)生是資源高效利用的內(nèi)在要求，由于我國(guó)農(nóng)業(yè)資源的過(guò)度開(kāi)發(fā)和利用、傳統(tǒng)作業(yè)模式頻繁耕種、化肥農(nóng)藥濫施等，使得耕地資源逐年下降，耕地退化嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境日益惡化，農(nóng)業(yè)資源的綜合利用率不高。無(wú)人化農(nóng)場(chǎng)因其在提升土地產(chǎn)出率、勞動(dòng)生產(chǎn)率、資源利用率以及科學(xué)利用農(nóng)業(yè)資源方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，可以更好地實(shí)現(xiàn)生態(tài)、高效、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)輸出效果，環(huán)境效益顯著。

“發(fā)展建設(shè)‘無(wú)人化農(nóng)場(chǎng)’符合未來(lái)農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，不僅能夠加速推動(dòng)和促進(jìn)無(wú)人化農(nóng)場(chǎng)技術(shù)的發(fā)展，有助于大幅提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，保障我國(guó)糧食安全，還能夠總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化和集成無(wú)人化技術(shù)，拿出可復(fù)制、可推廣應(yīng)用的無(wú)人化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)和無(wú)人化農(nóng)場(chǎng)系統(tǒng)解決方案，為全球農(nóng)業(yè)發(fā)展和糧食安全作出重要貢獻(xiàn)。”中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)劉憲表示。