數字科技賦能，助推種業振興
——打造常熟首個天空地一體化無人農場

毛 曦

（江蘇常熟國家農業科技園區管理辦公室，江蘇常熟 215500）

1 基本情況

江蘇常熟國家農業科技園區是全國首批、江蘇首家、蘇州唯一的國家級農業科技園區。近年來，園區以“物聯新時代、智慧新農業”為發展方向，大力推進智慧農業建設。在農業農村部、省農業農村廳和蘇州市、常熟市農業農村局的關心支持下，先后榮獲全國數字農業農村新技術新產品新模式優秀項目（2019年）、江蘇省數字農業農村基地（2020年）、江蘇省智能農業百佳案例（2021年）、江蘇省農業數字化建設優秀案例（2022年）、蘇州市十佳智慧農業品牌案例（2020年）、智慧農業示范生產場景（2021年）及智慧農業示范基地（2017年）等榮譽稱號。

園區定位為農業科技創新中心，多年來不斷加強基礎設施建設、物質裝備配套、科技創新力度、涉農企業培育和人才引進培養等，核心區累計投入資金多達3.2億元，大力發展智慧農業、高效農業、設施農業、生態農業和品牌農業。園區已建成南京農業大學（常熟）鄉村振興研究院、揚大（常熟）現代農業發展研究院、江蘇省博士后創新實踐基地等各類創新創業平臺41個，擁有國家級星創天地4個、省級星創天地1個，先后吸引了23家高校、科研院所的50名科技鎮長及110名科技特派員來常開展科技服務、創新創業，涉農企業159家。

園區已形成“一核三帶多園區”的總體產業格局，核心區基本建成新品水稻選育、設施園藝研究、特色水產育苗3個創新區和國家級“二花臉”豬保種與開發、智慧種業制繁種2個基地。近期，園區投入5 000多萬元重點打造現代種業基地，新建集倉儲、烘干、加工和檢測管理服務等一體的智能化種子倉儲加工中心1 hm2，建成自動化節水灌溉稻麥制繁種基地 104 hm2，并應用無人機、智能農機、機器人、物聯網及配套大數據處理技術，高標準創建省級糧食生產“無人化農場”。

無人化農場項目通過科學規劃、專家評審后，將原有農田區域劃分成智慧繁種區、品種示范區、常規生產區三個功能區。智慧繁種區包括1#灌區及建成區，面積為26 hm2；品種示范區為2#灌區，面積為30 hm2；常規生產區包括3#、4#灌區全部，面積為 48 hm2。區域內將明渠灌溉改為管道灌溉，對原有設施升級為智能化泵站，并利用現代信息技術、無人機遙感、農業物聯網、機器人及基于北斗技術的無人駕駛農機等多項技術，實現生產管理智慧化。

2 數字技術

當前，我國農業現代化正處于追求可持續發展農業的第二階段，農業現代化建設仍處于補齊短板、大有作為的重要戰略機遇期。國內外農業的發展歷史已經證明，以機械化、生物化、智能化等科學技術為手段，才能加快農業農村現代化。因此，將數字科技引入到農業生產管理中，利用物聯網、5G、北斗、大數據、人工智能等數字技術和智能化裝備，提高農業生產管理自動化、可控化、智能化水平，實現省工節本和提質增效，是未來農業重要發展方向之一。

園區以“智慧農業”為建設主體，從“現代種業基地”和“設施園藝區”雙翼發力，構造了園區“一體雙翼”智慧農業建設體系。以“智慧農業”為主體：園區敏銳把握現代農業發展趨勢，以農業數字技術應用為核心，在農業實際生產中廣泛應用物聯網技術，統籌推進“互聯網+”與農業生產、經營、管理、服務融合發展，培育農業發展新模式新動能新業態，以人工智能、信息技術提升農業各環節的智能化水平。

無人化農場通過應用物聯網、大數據、云計算、人工智能、智能機械等數字技術，實現農場耕種管收儲加工等環節智能化、無人化的生產作業模式。一是高質量打造智慧大田生產示范場景。104 hm2水稻制繁種基地實現自動化節水灌溉全覆蓋，區域內將明渠灌溉改為管道灌溉，并新建生態排水渠道、生態步道、生態凈化區等，智能化泵站及灌溉取水口裝備有IEV智能電動閥及太陽能電池，控制信號可通過外網接入手機端或電腦，通過智能控制軟件實現遠程操控。二是高科技強化農業一張圖“數字駕駛艙”作用。新建5G田間物聯網監測系統，引入農情監測機器人，配合多光譜無人機為繁種、品種展示和生產分別提供親本生育期監測、品種生長狀況監測、病蟲害預警等功能；應用植保無人機進行常規播種、施肥植保等，并為農機加裝北斗導航輔助駕駛系統，構建“機機協同、人機協作”生產模式；大數據中心建立精確可控的信息化管理平臺，加強對水稻農情、作物長勢可視化管理與集中展示。三是高標準建立智能倉儲加工中心。新建集倉儲、烘干、加工和檢測管理服務等一體的智能化種子倉儲加工中心4 831 m2，購置安裝種子烘干自動化設備15臺套及種子加工、檢驗檢測等配套設備，日烘干加工能力達180 t以上，并配置種子低溫冷藏庫1 000 m3，年可生產存儲雜交水稻及常規稻麥種子 1 000萬kg以上，供種能力達11萬hm2。

智慧大田數字氣象站、視頻監控站、智能倉儲應用了空氣溫濕度、土壤溫濕度、土壤酸堿度、糧倉溫濕度、谷堆溫濕度、氣壓、風速、風力、降水量、光強度、光照度等傳感器，多光譜無人機、植保無人機、農田機器人、可視化自動蟲情測報機等應用了多光譜成像、雷達、流量計、圖像識別、聲音特征監測等傳感器，智能農機應用了北斗定位、角度傳感器等技術，智能灌溉應用了MLL智能激光水位計、田間水位計等設備，MWQ一體化智能水質監測儀應用了pH值、濁度、電導率、溶氧等傳感器，共計傳感器30種以上，智能裝備11種以上，從而對生產環境或水稻小麥進行生長監測和信息預警，實現農業生產場景的在線化、信息化、可視化監測和監控。

“數字駕駛艙”利用人工智能、大數據分析、5G等信息化技術，對生產過程中的信息數據資料進行自動化采集，存儲、上傳和智能分析，實現信息資料數字化和可視化，并基于此實施智能決策。生長監測包含農田物聯網監測系統和無人機監測系統，利用智能感知技術、信息傳輸技術和智能處理技術，對農事活動的各個環節進行實時監測和遠程調控。實時監測的環境情況數據每隔10 s就上傳到監測平臺終端，相關負責人員只要登錄手機APP或者在電腦上，就可以遠程隨時隨地查看智慧種業基地的各項關鍵數據。所采集的數據實時上傳到“智慧種業綜合管理系統”平臺，并快速進行統計分析，解決工作人員對數據的采集分析需求，并確保了數據采集的精準、快速、全面。

無人機遙感技術把無人機與遙感技術充分結合，利用通信技術和空間定位技術對遙感信息進行科學采集、分析處理，對具體的實踐需求能夠提供快速實時的解決方法。無人機操作受天氣因素影響小并可獲得高時空分辨率的影像，在飛行高度、時間和區域上靈活方便可調控，針對作物生長監測的時效性，能夠短時多次開展任務，保證動態數據的采集。無人機遙感在農作物生產上發揮著重要作用。例如，利用無人機進行農作物生物量估測、健康狀況判斷、氮素含量監測、產量估測等生長狀況的監測工作；或者針對農作物不同生育期常見的病蟲草害識別與監測，為治病防蟲等農事工作的開展提供科學指導。農田機器人基于計算機視覺技術及深度學習算法，具備感知和適應作業環境的能力，實現農田環境中的自動行走及數據采集。可以搭載不同傳感器，實現對環境參數及相關農學參數的獲取。例如，通過搭載的高精度傳感器，實現對水稻等農作物生長環境的溫度、濕度、光照強度、CO2濃度、風速、土壤溫度和土壤濕度等環境參數的監測；或者利用搭載的相機獲取水稻基部節間長度、不同生育時期水稻分蘗情況等水稻生長狀況參數，判斷水稻生育時期，估測水稻葉面積指數，精確計算水稻不同田塊施肥量，從而提高經濟效益。北斗導航農機無人作業系統在北斗（BDS）定位的基礎上，集成應用地理信息系統（GIS）、移動互聯網、遙感（RS）、物聯網等技術，通過農機上搭載的北斗導航系統實現農機作業空間位置數據的實時感知、面積計算，并把農機信息和作業信息通過網絡傳輸至北斗導航農機無人作業系統，根據農機服務組織的類型和地域進行本地化的定制，提供從位置定位、數據感知、網絡傳輸、數據處理、數據分析、數據應用、作業路徑自動規劃與作業任務自動分發等整體的應用解決方案，實現農機管理與農機作業等一體化服務系統。

無人化農場建立了農產品質量追溯平臺，采用一物一碼防偽鑒真技術，可根據市場需求為農產品建立“身份證”制度，實現對農產品生產、加工等環節質量安全可追溯，幫助企業打造高端農產品品牌。園區農發公司具有農產品質量安全自檢能力，及時將檢測信息上傳到江蘇省和蘇州市農產品質量監督系統，被市農業農村局評為2020年度常熟市農產品質量安全追溯管理示范單位，2021年“常優大米”被中國綠色食品發展中心認定為綠色食品A級產品。農場配備了電信網絡專線，田間設備應用智能網關或5G流量卡，所有采集的信息數據上傳到倉儲區綜合樓智慧種業綜合管理系統，并接入到國家農科園展廳智慧農業大數據中心，實現云上互聯互通，資源共享。

3 智慧管理

創新應用“政府+企業+科研機構+金融”四位一體共建的組織模式，園區設立管理辦公室，以常熟市農業科技發展有限公司為主體實行市場化運作，具體擔任現代種業基地運行管理職能。公司建立智慧農業品牌管理體系，嚴格實施質量管理制度，遵守各類設備操作規程，做好設備運行維護記錄臺賬。建有智能可控的信息化管理平臺，并接入園區智能農業大數據中心，實現對水稻農情、果蔬長勢可視化管理與集中展示。工作人員可通過手機端或電腦端遠程實時查看智能設備工作狀態或數據圖像，出現異常，及時處理。園區人員配備齊全，分工合理、責任到人，形成以科技創新團隊為核心，行政管理團隊為支撐，集產、學、研、效于一體的企業型團隊。目前，園區管理辦擁有信息化專業背景的高級工程師2位，其中一位具有自動化專業的高工專職擔任園區智慧農業工作，負責園區機電設備、智能設備的運行與維護。園區下屬常熟市農業科技發展有限公司配備4位大學生負責玻璃溫室的現場管理與運行，并由2名專職電工負責玻璃溫室的管道閥門、機電設備等設施的日常維護維修。

園區農發公司加強無人化農場的各項設施設備建設，并將產前、產中和產后各環節均納入標準化管理，逐步形成一套優質水稻生產的質量安全生產工作流程，已出臺《質量管理手冊》《綠色食品水稻生產種植規程》《綠色食品大米加工生產操作規程》《綠色食品投入品管理制度》等規章制度。組建了以總經理為組長的生產質量管理領導班子，并適時對公司及子公司生產管理人員和技術人員進行培訓，持證上崗。公司實行信息化、自動化、標準化的現代管理模式，加強環境-田間-加工-產品-包裝的全程質量監控，建立檔案，達到從土壤、水質到稻麥生長進行全方位的監控檢測。

現代種業基地無人農場根據省糧食生產“無人化農場”建設指引及蘇州市智慧農業改革試點工作實施方案，按照“標準化、機械化、生態化、智能化”要求，應用了5G、北斗、物聯網、無人機、智慧農機、機器人及配套大數據處理技術，實現智慧繁種、生產、示范、倉儲等功能。大數據中心依托揚州大學技術團隊定制研發了智慧種業綜合管理系統，集成應用云計算、人工智能及地理信息系統GIS等技術，通過部署在種業基地生產現場的各種傳感器和無線網關，實現農業生產環境的智能感知、智能預警、智能決策、智能分析等功能。硬件方面，物聯網、智能糧倉、監測機器人、無人機、智能農機等新增智能設備的技術參數與功能指標均達到設計要求與行業標準。

4 成效分析

現代種業基地無人農場項目建成后，園區農發公司子公司種業公司作為蘇州地區唯一一家育繁推一體化種業國有企業，年可生產儲存雜交水稻及常規稻麥種子1 000萬kg以上，日烘干加工能力超180 t，供種能力達11萬hm2，銷售收入超5 000萬元，為地方經濟社會發展注入新活力。

一是社會效益。項目建成后，能夠優化倉儲設施和加工環境，有效提升水稻種子品質，大幅提高本地區水稻優質良種的供應能力，進一步完善良種育繁推一體化產業鏈條，強化水稻良種的標準化、規模化、智能化生產經營。同時還將優化常熟種子資源配置，提高企業競爭與服務能力，有利于蘇州地區優質高產稻麥品種的推廣應用，對保障蘇州市及全省農業生產用種安全、糧食安全均具有十分重要的意義。二是經濟效益。項目的實施將有效改善本地區水稻優質良種的供應能力，水稻高產優良品種的應用面積 1.9萬hm2，為水稻高產創造有利條件，促進糧食增產增收。按增收1 500元/hm2計算，就能為當地農民增加收入2 850萬元以上。三是生態效益。項目的建成能夠顯著增加使用適應本地生長種子的農戶量，大量減少化肥農藥的施用量，有利于農業面源污染控制，提升農產品品質。

無人農場通過應用種質資源基因型鑒定系統、種質資源信息共享網絡服務系統、田間表型物聯網數據獲取與處理系統等設施裝備，從而實現種業生產作業精準化、信息化、智能化管理，提高生育期監測效率。該項目建成區域性良種繁育基地，配有實驗儀器、智能農機等智能裝備，從而提高了雜交授粉成功率，大大減少了人工投入。

經組織各方論證，現代智慧種業工程項目的實施可實現種業生產作業精準化、信息化、智能化管理，通過生產過程可視化、數字化可提高生育期監測效率3倍，提升雜交授粉效率30%，減少人工投入60%，單位面積產量提升10%以上，農業投入品使用量降低20%以上。

5 愿景謀劃

智慧農業是農業發展的新業態，是未來農業發展的重要方向。多年來，園區在引進智能裝備、應用數字科技的過程中遇到缺乏長遠的統一規劃、投入產出比有待提高、缺少標準化規范化、運行維護成本較高等問題，需要我們不斷總結分析，改進措施。

對此，結合多年園區智慧農業建設經驗與數字科技應用成效，關于園區現代種業的可持續發展，建議如下：

一是因地制宜，科學規劃。立足長遠，科學制定符合本園區智慧農業發展的建設方案，加大園區信息化、智能化基礎設施建設。聯合相關部門提供長期的政策與財政支持，加快園區現有設施設備“智改數轉”。推進農科園區大數據中心建設，推動稻麥、水產、蔬菜等重要農產品全產業鏈與數字科技的深度融合。

二是壯大懂農業、懂技術、愛農村的人才隊伍，充分挖掘新業態新模式。大力引進復合型人才，積極發展“互聯網+農業”平臺，縮短農村供應市場與城市消費市場的距離。尤其在疫情當下，電商直播平臺為優質農產品的銷售提供了廣大市場，要進一步抓住這一發展機遇，讓廣大有志青年懷揣新知識、新本領、新技能投身到智慧農業、休閑農業、共享農業、互聯網農業等新產業新業態，激發鄉村振興的內生動力。

三是推動農業標準化、數字化與科技創新融合發展。高標準建設農田、池塘、牧場及設施園藝，加快智慧農業行業標準制定，建立健全現代農業全產業鏈標準，加強數字鄉村標準化建設，完善農業農村標準化服務與推廣平臺，推進地方特色產業標準化。在人工智能、基因技術、區塊鏈技術等新型領域，更要重視并參與農業標準化制定，強化標準核心技術指標研究，將農業標準制定作為園區科技成果的重要內容，提高本單位在國內的行業話語權。

6 品牌建設

常熟市現代種業工程屬于2021年省級農業農村重大項目要害工程。2022年4月項目建成后，對當地提高糧食單產和品質，優化種業資源配置，推廣應用優質高產稻、麥品種，保障農業生產用種安全和糧食安全有著重要意義。2022年7月26日，農業農村部副部長張桃林來園調研種業振興時表示，常熟市圍繞種業振興工作，依托育種優勢，加快育繁推一體化協同發展走在前列。

園區依托“常優”大米等名優農產品，以農業主導產業、特色產業為背景，以科技創新為紐帶，以地域文化為支撐，以旅游創意為特色，以樂享生活為目標，大力實施優質品牌發展戰略，加快推進規模化生產、標準化管理、市場化運營，打造以品牌價值為核心的現代農業。園區緊扣國家十四五規劃“加強種質資源保護利用和種子庫建設，確保種源安全”，建成自動化節水灌溉稻麥制繁種基地，不斷推進自主知識產權水稻種子育繁推一體化建設，助力國家糧食安全。園區農發公司子公司常熟市種業有限公司取得農作物種子生產經營許可證，該證是常熟市頒發的首張種子生產經營許可證，也是蘇州地區唯一頒發的國有企業種子生產經營許可證。園區重點科研單位常熟市農科所長期從事水稻新品種試驗、選育及推廣工作，擁有水稻種質資源1萬份以上，先后育成“太湖粳”“常農粳”“常優”系列共計38個水稻新品種，在江、浙、滬、皖、鄂五省（市）累計推廣面積約 470萬hm2，水稻育種全國領先。園區“常熟大米”榮獲國家農產品地理標志證明商標，并被中國綠色食品發展中心認定為綠色食品A級產品，同時園區建立“小農人”科普實踐站，通過舉辦水稻插秧主題親子研學體驗、紅色農耕實踐課堂等活動，展示農耕文化，體驗農事樂趣，打響常優品牌。

常熟市現代種業基地先后被江蘇農村經濟、人民網、新華日報等官媒紛紛報道點贊。下階段，園區將進一步完善智慧種業示范生產場景建設，推廣應用智能農機裝備與技術，實現種業生產作業精準化、信息化、智能化管理，全力打造天空地一體化、耕種管收儲加工全程無人化的智慧農場，助力常熟種業“芯片”智慧升級，譜寫現代種業振興新華章。