精準農業與智能農機的現狀與未來發展*

歐 俊 ，曾曉霞

（1.成都農業科技職業學院，四川 成都 611130；2.四川中農潤澤生物科技有限公司，四川 成都 611130）

精準農業是一種利用先進技術和信息化手段，對農田進行精細化管理的農業生產方式。智能農機是指應用先進的傳感器、自動控制技術和無線通信技術等的農業機械設備。如果能夠將精準農業與智能農機運用在農業生產過程中，則能夠使我國實現智慧化農業生產，提高生產效率與生產質量，為我國糧食安全提供堅實的保障。

1 精準農業發展現狀

精準農業（Precision Agriculture）又稱精細農業，指的是依托信息技術，圍繞著農業種植區域的實際情況，對農作物進行調整的管理辦法。目前，我國精準農業存在以下問題：

1）部分農業集約化、機械化水平不高。我國地域廣袤，各省市經濟條件、自然條件均有較大差別，農業生產水平大相徑庭，部分欠發達地區的農業集約化、機械化水準較低。

2）信息設備薄弱。在我國部分欠發達地區，農業設施相對簡陋，技術含量不高。例如部分農機的智慧化管理缺乏應有的及時性和穩定性，從而導致精準農業難以切實落實[1]。

3）農業生產類型限制。精準農業須對大面積耕地信息進行計算、匯總、分析、處理，故適用于大、中型農場，但我國部分農村地區耕地分散經營，對精準農業的發展極為不利。

4）缺乏獨立性。近年來，我國農業機械化生產雖然得到了長足的進步，但部分精準農業的關鍵技術與操作設備多為外國引進。這一問題不但導致我國精準農業在技術上受制于他人，同時也提高了精準農業的資本投入，使部分農戶難以承擔。

5）缺乏專業人才。習近平總書記在黨的二十大報告中指出，人才是第一資源。精準農業人才的數量與精準農業的應用具有密切聯系，但就目前而言，我國缺乏推廣、應用精準農業的高素質人才，致使精準農業難以切實落實[2]。

2 精準農業未來發展趨勢

1）注重精準農業試驗示范工作。為推廣精準農業，有關部門應注重農業試驗示范工作。必須予以重視的是，我國各省市農業生產方式、主要種植品類均有不同，在進行精準農業試驗示范工作的過程中，農技人員必須秉持“因地制宜”的原則，圍繞本地區的實際情況，選擇與之契合的農業生產模式。如在農業機械化程度較低、經濟條件不佳、分散經營的地區，應選用“單項技術應用模式”；在具備一定農業機械化基礎、經濟條件良好、有一定經營規模的地區，應選用“技術套餐式應用模式”，即將不同的精準農業單項技術進行混合應用；在高度機械化生產、經濟條件優異、大規模經營的地區，可選用“集成化應用模式”，即將各項精準農業技術集成為一個相互銜接的有機整體。與此同時，在選用精準農業技術時，該技術應與本地區主體產業契合，通過這一方式，可以有效彰顯精準農業在現代農業生產中的作用與地位，從而吸引更多農戶應用精準農業。

2）建立現代農業信息服務平臺。各地有關部門通過信息化服務平臺，向用戶宣傳、科普精準農業的應用方式，從而提高農戶的專業素質，使精準農業能夠落到實處。

3）加大科研投資力度。有關部門應當提高對精準農業設備、技術的研究投資，為我國精準農業的發展打下堅實的技術基礎[3]。

3 智能農機發展現狀

智能農機（Smart Farming Machinery）是現代農業的重要組成部分，它涵蓋了農業機械的智能化、自動化和信息化等多個方面。智慧農機可以通過技術手段提高農業生產效率、降低生產成本、改善農業生產環境，并且能夠助力實現精準農業、智慧農業和高效農業的目標。我國極為重視智慧農機的發展，先后出臺了《“十四五”全國農業機械化發展規劃》《中共中央 國務院關于全面推進鄉村振興加快農業農村現代化的意見》等系列文件，為智慧農機的發展提供了堅實的政策保障。目前，我國智慧農機的發展趨勢大致可分為三類，即無人駕駛拖拉機、農業無人機與農業機器人[4]。

3.1 無人駕駛拖拉機

國外對無人駕駛拖拉機的研究最早可追溯到20世紀80 年代，而我國相對較晚，開始于2001 年，華南農業大學的羅錫文等為了研究農田智能移動作業平臺及導航控制技術，集成計算機技術、傳感器技術、GPS 技術和數據通信技術等，成功研究出無人駕駛插秧機。在2010 年以前，我國無人駕駛拖拉機產業尚未成熟，大多為國際品牌，包括但不限于Hemisphere（集思寶）、Trimble（天寶）、John Deere（約翰迪爾）等，近10 年來，隨著我國綜合國力的增強，國產品牌開始大量涌入無人駕駛拖拉機市場，主要品牌包括但不限于無錫卡爾曼、廣州中海達、上海華測、上海聯適、上海司南等。

隨著無人駕駛技術的日趨成熟，無人駕駛拖拉機受到各國農業部門的青睞。相比于傳統拖拉機，無人駕駛拖拉機具有以下優勢：

1）經濟效益高。無人駕駛拖拉機能夠通過預設的程序自動執行各種操作，如耕作、播種、除草、收割等。這種自動化操作可以節省時間成本和人力成本，減少農戶的人力投入，增加農戶的經濟收益。

2）安全性強。在使用傳統拖拉機時，極易出現安全風險。根據農業農村部2021 年11 月通報，在國家等級公路以外發生的農機事故共37 起，死亡8 人，受傷9 人，直接經濟損失達161.69 萬元。其中，導致事故的主要原因之一為操作失誤，且因操作失誤引發的事故共31 起、死亡7 人、受傷7 人，分別占事故數量、死亡人數和受傷人數的83.8%、87.5%和77.8%。而無人駕駛拖拉機不需要農戶直接進行操控，因此減少了潛在的風險和發生事故的可能性[5]。

3）工作效率高。傳統拖拉機需要人工進行操作，受到工作時間和疲勞程度的限制，生產效率相對不高。而無人駕駛拖拉機則能夠在任何時間進行工作，實現全天候持續作業，提高生產效率。

3.2 農業無人機

除了無人駕駛拖拉機外，農業無人機也是我國重要的智能農業設備。對農業無人機的研究最早可以追溯到20 世紀初期，由德國林務官阿爾福萊德·齊梅爾曼（Alfred Zimmmelman）提出用飛機噴灑農藥控制森林害蟲的計劃。我國農業無人機的發展相對緩慢，最開始依賴于國家援助，由部分高校與研究院所進行研究。但隨著時代的發展，我國農業無人機產業發展水平逐漸位居世界前列。根據農業農村部、中商產業研究院整理的數據：在2021 年，我國農業無人機保有量高達16 萬臺，作業面積超過14 億畝次。據Forbes 網站所提供的數據，深圳市大疆創新科技有限公司在2013—2023 年間，營業額不斷增長，已進軍“十億美元俱樂部”，這預示著我國農業無人產業具有堅實的技術基礎，在未來，必將進一步多元化、智慧化、精準化[6]。

農業無人機具有以下優勢與功能：

1）影像監測。農業無人機配備高分辨率相機和傳感器，可以對農田進行全方位的影像監測。這些監測數據可以用于識別病蟲害、土壤濕度、植物生長情況等，幫助農戶及時發現并處理潛在問題，避免問題的進一步擴大。

2）施肥與噴灑。無人機可以通過精確定位系統進行精細化的施肥和噴灑操作。這種方式能夠提高施肥和噴灑效果，減少農藥和化肥的浪費。根據前端產業研究院的數據，農業無人機可減少農藥使用量20%以上、節約用水90%以上、提高農藥利用率30%以上。

3）作物測繪。農業無人機可以使用激光雷達和多光譜相機等設備，對農田進行三維測繪和遙感分析，實時監測土壤、氣候等方面的信息，為農業生產提供科學依據和決策支持。例如，通過監測土壤中的水分、養分含量等信息，可以指導農民合理灌溉和施肥[7]。

3.3 農業機器人

農業機器人的相關研究最早可以追溯到20 世紀70 年代，由美、日、英等國最早對其展開研究，隨著時間的不斷推移，陸續推出采摘、移栽、扦插、嫁接等多種農業機器人。21 世紀以來，農業機器人不斷向智慧化、網絡化的趨勢發展。在2019年，我國推出首款人工智能農業機器人，并在福建省農業科學院海峽現代農業示范園內的中國-以色列示范農場智能蔬果大棚中開始全天候生產巡檢，寓示著我國人工智能農業機器人已從研發階段步入實際應用階段。

值得重視的是，我國農業機械人依舊存在明顯問題，為其實際應用造成了一定的阻礙。首先，目前我國農業機器人通常只能被用于單一的作物，每類機器人在使用2～3 個月后，便開始長時間閑置。如何提升農業機器人的利用率，是有關部門亟待解決的問題。其次，現如今，大多數農業機器人的操控方式相對較為復雜，而農戶群體的文化水平相對較低，在面對農業機器人時，其極易出現畏難心理。最后，農村網絡覆蓋尚不完善，導致智能機器人在自主駕駛、數據收集方面存在問題[8]。

農業機器人在農業生產中的作用如下：

1）降低勞動強度。傳統的農業勞動往往是重復和繁瑣的體力勞動，但隨著大中型城市對農村地區的虹吸效應，導致勞動資源匱乏，無法滿足當下農業生產工作所需，而農業機器人的使用可以減輕農民的勞動強度，進而解決農村勞動力短缺的問題。

2）降低成本。雖然農業機器人的投資成本相對較高，但自動化作業減少了人工成本，同時提高了農作物的產量和質量，因此農業機器人能夠降低農業生產的總成本。

3）節約資源。農業機器人可以精確地進行采摘、施用農藥與肥料，減少了資源浪費。與此同時，通過傳感技術和數據分析技術，農業機器人可以根據不同作物的需求對作物進行智能化的管理，最大限度地利用資源。

4 智能農機未來發展趨勢

4.1 精準導航

導航是智能農機運行的基礎與根本，目前，在全國范圍內，智能農機的精準導航設備以GNSS 衛星導航為主。但由于我國農業生產環境各有不同，因此農戶必須秉持“因地制宜”的原則，以農業生產環境為主要依據，選擇與之契合的導航技術，從而起到事半功倍的農業生產效果。譬如說，若種植區域具有寬廣開闊、信息傳輸快、導航信號好的特征，導航系統以GNSS 衛星導航為宜；若種植區域具有地形、作物錯綜復雜，極易遮擋信號的特征，那么導航系統以視覺導航為宜。

4.2 操作簡單

如前文所述，我國大中型城市對村鎮地區產生了極大的虹吸效應，從而導致農村地區的高素質人才不斷流出，農民平均文化水平不高。根據中國新聞網的數據，2021 年，在我國農村地區15～64 歲的勞動人口中，初中及以下教育程度的人口占主體地位；15 歲及以上的人口中，文盲率高于全國平均水平近2 個百分點；18～22 歲高等教育適齡人口的高等教育毛入學率低于全國平均水平近9 個百分點。因此，智能農機在發展的過程當中，應做到對癥下藥，操作簡單化、清晰化，使農民在接受簡單培訓后，便可以熟練利用智能農機進行作業。

4.3 平臺完善

隨著時間的推移，物聯網、云計算、大數據等諸多信息化技術得到了快速發展。在這樣的時代背景之下，未來的智能農機必將把農機信息、天氣、土地、作物等生長數據整合，形成系統完善的云端平臺，從而使信息的采集與傳輸更加快速、準確，使農戶可以作出更加準確的決策[9]。

4.4 節能環保

近年來，我國人民的環保意識日益增強，而傳統的化石燃料在燃燒的過程中，會產生大量的污染氣體，這與碳達峰、碳中和目標是相悖的，因此，節能環保必然是我國智慧農業的主要趨勢。例如中聯重科研制出了一款設施園藝新能源純電動拖拉機，該無人拖拉機以鋰電池為動力，以氫為燃料。加一次燃料所需時間僅5 min，續航時長高達6 h。同時，污染程度較低，在確保農業生產效率的同時，也能夠守護我國的綠水青山，有利于農業的可持續發展[10]。

5 結語

綜上所述，精準農業與智能農機能夠有效提高農業生產的效率與質量，農機技術人員應閱讀相關學術論文，汲取國內外先進經驗，嚴格遵循操作手冊并與當地的實際情況相結合，制定科學合理的應用策略，為保障我國糧食安全作出貢獻。