國內(nèi)外無人化農(nóng)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r

農(nóng)業(yè)機(jī)械化情況2020年第14期

　　編者按：無人化農(nóng)業(yè)將機(jī)械化與信息化技術(shù)深度融合，以全過程智能化管理、精準(zhǔn)化作業(yè)為核心，通過大數(shù)據(jù)指導(dǎo)生產(chǎn)運行，不斷提高土水肥種藥及人力資源利用效率，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的一個重要發(fā)展方向。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)機(jī)化司與農(nóng)機(jī)鑒定總站、推廣總站圍繞無人化農(nóng)業(yè)開展專題調(diào)研，形成了《國內(nèi)外無人化農(nóng)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r》，現(xiàn)予刊發(fā)，供各地參考。

國內(nèi)外無人化農(nóng)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r

　　近年來，數(shù)字化、自動化、智能化技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用步伐加快，機(jī)械化生產(chǎn)與信息化技術(shù)深度融合，初步形成了無人化農(nóng)業(yè)概念，引發(fā)社會廣泛關(guān)注。無人化農(nóng)業(yè)系統(tǒng)包括生產(chǎn)信息采集設(shè)施、生產(chǎn)作業(yè)裝備和生產(chǎn)管理平臺等三大組成部分，以全過程智能化管理、精準(zhǔn)化作業(yè)為核心，通過大數(shù)據(jù)指導(dǎo)生產(chǎn)運行，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)本、高效、精準(zhǔn)、綠色，形成類似于無人工廠的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的一個重要發(fā)展方向。總體上看，發(fā)達(dá)國家無人化農(nóng)業(yè)研發(fā)起步早，在一些領(lǐng)域和環(huán)節(jié)雖有推廣，但應(yīng)用還不廣泛。我國在這方面起步較晚，發(fā)展速度較快。

　　一、無人化大田種植：大田種植作業(yè)工況條件復(fù)雜，實現(xiàn)無人化作業(yè)難度較大。北美、西歐具備基礎(chǔ)但需求不緊迫，日韓處于萌芽階段，我國正逐步興起。

　　北美、西歐、澳洲等地發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開始應(yīng)用自動化裝備開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，具備了較為廣泛的技術(shù)和裝備基礎(chǔ)，但對發(fā)展無人化農(nóng)業(yè)還沒有明顯需求。美國大中型農(nóng)場都應(yīng)用自動導(dǎo)航駕駛系統(tǒng)來實現(xiàn)拖拉機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)等自動化作業(yè)，預(yù)計2019年美國農(nóng)機(jī)自動導(dǎo)航駕駛系統(tǒng)普及率將達(dá)到90%。在產(chǎn)品創(chuàng)新方面，約翰迪爾、凱斯紐荷蘭在2016年分別都推出了無人化概念拖拉機(jī)及配套農(nóng)具，這種拖拉機(jī)配備全方位感應(yīng)和探測裝置，能夠偵測并避開障礙物，具備遠(yuǎn)程配置、監(jiān)測及操作功能，在生產(chǎn)平臺的管理和調(diào)度下可實現(xiàn)全天候無人作業(yè)，不過目前并未商業(yè)化應(yīng)用。

　　日本、韓國等生產(chǎn)規(guī)模較小的國家和地區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受勞動力因素制約，剛開始推廣應(yīng)用自動化農(nóng)機(jī)產(chǎn)品，無人化農(nóng)機(jī)裝備尚處萌芽階段。日本主要農(nóng)機(jī)企業(yè)基于“1個機(jī)手、2臺機(jī)器”設(shè)想，推出了帶有高精度衛(wèi)星定位導(dǎo)航功能和遙控功能的自動化農(nóng)機(jī)產(chǎn)品。2018年6月以來，久保田公司先后上市了帶有自動駕駛功能的水稻收獲機(jī)、拖拉機(jī)，以減輕機(jī)手長時間作業(yè)體力負(fù)擔(dān)、提高農(nóng)機(jī)作業(yè)精度。井關(guān)、洋馬等企業(yè)也在計劃上市類似產(chǎn)品，擴(kuò)大相關(guān)技術(shù)推廣應(yīng)用規(guī)模。

　　我國大田種植自動化農(nóng)機(jī)裝備在技術(shù)創(chuàng)新、制造水平和產(chǎn)品可靠性等方面與發(fā)達(dá)國家有一定的差距，在裝備質(zhì)量、機(jī)具種類、智能化水平上發(fā)展升級趨勢加快?？傮w來看，我國農(nóng)機(jī)自動導(dǎo)航駕駛系統(tǒng)已經(jīng)在大田種植中開始規(guī)?；茝V應(yīng)用，裝配方式由購買后自行加裝向出廠前標(biāo)配發(fā)展，受技術(shù)成熟度、決策模型精度、機(jī)具質(zhì)量和使用成本等方面制約，我國自動化農(nóng)機(jī)正處于單機(jī)自動化作業(yè)向多機(jī)協(xié)同智能化作業(yè)發(fā)展的階段，無人化農(nóng)機(jī)應(yīng)用逐漸興起。

　　近兩年，我國無人化農(nóng)機(jī)創(chuàng)新產(chǎn)品相繼面市。“東方紅”“歐豹”無人駕駛拖拉機(jī)、“谷神”無人駕駛聯(lián)合收割機(jī)已開展試驗和作業(yè)示范，還實現(xiàn)了收割機(jī)與運糧車的主從導(dǎo)航無人駕駛；“豐疆”高速無人駕駛插秧機(jī)實現(xiàn)了水田原地掉頭對行、秧盤自動提升等功能，已在多地投入水稻插秧生產(chǎn)實踐。黑龍江、新疆、江蘇、山東等多個糧棉主產(chǎn)省份相繼開展了全過程無人化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)試驗。以新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)為例，其數(shù)字農(nóng)業(yè)試點建設(shè)項目已經(jīng)形成了棉花耕、種、管、收全程數(shù)字化生產(chǎn)管理模式，應(yīng)用農(nóng)機(jī)自動駕駛裝備和無人化農(nóng)機(jī)取得了顯著效果，降低了農(nóng)機(jī)作業(yè)駕駛難度和勞動強(qiáng)度，提升了作業(yè)效率，即使是新手駕駛員也能和老機(jī)手一樣作業(yè)又快又好。當(dāng)?shù)孛藁ǚN植全部使用衛(wèi)星導(dǎo)航自動駕駛技術(shù)，在夜間或能見度較差的天氣作業(yè)也可做到準(zhǔn)確對行，整個作業(yè)季每臺機(jī)具較手動駕駛平均多播種1000畝，原先人工駕駛播種10行的地塊采用自動駕駛可播種11行，土地利用率可提高0.5%—2.5%，棉花精準(zhǔn)施肥能夠節(jié)肥15%、單產(chǎn)增加5%左右。

　　值得注意的是，在無人化大田種植領(lǐng)域，我國植保無人飛機(jī)發(fā)展一枝獨秀，受到世界關(guān)注。近年來，農(nóng)用無人飛機(jī)應(yīng)用普及較快，可搭載植保、影像獲取、播種等多種裝置完成不同作業(yè)，主要應(yīng)用在農(nóng)業(yè)航空植保領(lǐng)域。國際上，美國、日本的航空植保技術(shù)較為發(fā)達(dá)。日本應(yīng)用油動單旋翼機(jī)型較早，在作業(yè)管理、發(fā)動機(jī)技術(shù)等方面處于國際領(lǐng)先。美國農(nóng)用飛機(jī)以有人駕駛固定翼飛機(jī)為主，能夠?qū)崿F(xiàn)高效作業(yè)，無人飛機(jī)方面研究也比較多，但受安全限制在農(nóng)業(yè)植保中鮮有應(yīng)用。

　　我國植保無人飛機(jī)在裝備總量、作業(yè)面積上已經(jīng)發(fā)展到全球第**，還在不斷發(fā)展，飛控技術(shù)**領(lǐng)先，但在噴施藥裝備和專用藥劑的研究方面還需加強(qiáng)。目前全國植保無人飛機(jī)保有量超過4萬臺，2019年作業(yè)面積達(dá)1.3億畝，大疆、極飛等品牌的電動多旋翼機(jī)型能夠精準(zhǔn)導(dǎo)航、主動避障、定量施藥，已經(jīng)能夠相對穩(wěn)定、安全開展規(guī)?；鳂I(yè)服務(wù)。

　　二、無人化設(shè)施栽培：主要應(yīng)用于果菜、花卉育苗管理、水肥一體化、病蟲害防治、采收運輸、加工包裝等環(huán)節(jié)。歐美日處于**領(lǐng)先水平，我國整體水平不高。

　　歐美日等一些發(fā)達(dá)國家自動化、智能化生產(chǎn)技術(shù)研究與應(yīng)用方面一直處于**領(lǐng)先水平，已經(jīng)實現(xiàn)了環(huán)境調(diào)控自動化、生產(chǎn)過程無人化、分級包裝智能化。在設(shè)施栽培中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人也應(yīng)用廣泛。日本在設(shè)施種植的育苗、嫁接、移栽、采摘、植保、施肥等環(huán)節(jié)有多種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人。以色列、荷蘭、德國、英國、澳大利亞、瑞士、法國等國家均有針對本國特色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機(jī)器人研發(fā)，采摘機(jī)器人均有小規(guī)模使用。近年來美國、歐盟、日本、韓國等制定國家戰(zhàn)略將工業(yè)機(jī)器人加快應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，農(nóng)業(yè)機(jī)器人研發(fā)速度明顯加快。

　　我國設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化率僅30%左右。與發(fā)達(dá)國家相比，除環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)外，設(shè)施栽培自動化、智能化裝備整體水平不高，還存在一定的差距。我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人大部分還停留在樣機(jī)階段，在精度、效率和可靠性方面和國外相比還存在一定的差距。以嫁接機(jī)器人為例，國內(nèi)研發(fā)的產(chǎn)品還需要人機(jī)協(xié)同作業(yè)。

　　值得欣喜的是，我國以無土栽培、立體種植、自動化管理為特征的植物工廠研發(fā)和產(chǎn)品水平較為先進(jìn)，已有具備自主知識產(chǎn)權(quán)的成套技術(shù)設(shè)備，并已打入國際市場。比如，上海浦東智能種苗工廠實現(xiàn)了全程智能化生產(chǎn)。智能化栽培物流系統(tǒng)貫穿整個種苗工廠，聯(lián)結(jié)了種苗組培車間、種苗培育車間、種苗抑生控制車間和生產(chǎn)作業(yè)車間四個區(qū)域，形成種苗自動輸送、定點作業(yè)的流水線生產(chǎn)模式。與傳統(tǒng)集約化種苗基地相比，勞動生產(chǎn)率和單位面積產(chǎn)能分別提高6倍以上。

　　三、無人化設(shè)施養(yǎng)殖：主要應(yīng)用于環(huán)境控制、飼喂、擠奶、防疫、廢棄物處理等作業(yè)環(huán)節(jié)。發(fā)達(dá)國家生豬、奶牛、蛋雞養(yǎng)殖已有規(guī)模化應(yīng)用，我國技術(shù)裝備研發(fā)能力嚴(yán)重滯后。

　　歐美等發(fā)達(dá)國家設(shè)施養(yǎng)殖機(jī)械自動化程度不斷提高，信息化、智能化技術(shù)應(yīng)用于畜牧養(yǎng)殖各個環(huán)節(jié)，已建成多種養(yǎng)殖環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)平臺，形成了適合不同飼養(yǎng)規(guī)模和區(qū)域特點的生產(chǎn)模式，特別是生豬、奶牛、蛋雞養(yǎng)殖的少人化生產(chǎn)已有規(guī)模化應(yīng)用。

　　我國相關(guān)研究基礎(chǔ)薄弱，裝備智能化程度不高，核心部件和高端產(chǎn)品依賴進(jìn)口，但無人化設(shè)施養(yǎng)殖發(fā)展勢頭強(qiáng)勁。比如，重慶萬州奇昌種豬場是現(xiàn)代化規(guī)模種豬場，集成應(yīng)用自動喂料、自動飲水、自動清糞、自動環(huán)境控制技術(shù)，由管理系統(tǒng)統(tǒng)一控制。豬場無臭味、無污水排放，豬糞尿完全有機(jī)肥發(fā)酵后用于果園生產(chǎn)。種豬場常年存欄600頭母豬，年出欄1.5萬頭斷奶仔豬，除了接生和照顧哺乳期小豬外，僅需6人即可保障日常正常運行。又比如，山東民和牧業(yè)股份的少人化肉雞智能養(yǎng)殖場采用自動化籠養(yǎng)設(shè)備，包括自動化飲水系統(tǒng)、行車喂料系統(tǒng)、帶式清糞系統(tǒng)、自動化肉雞收集與輸送系統(tǒng)、舍內(nèi)環(huán)境控制系統(tǒng)以及場內(nèi)智能化管理平臺，日常管理僅需30人即可飼養(yǎng)肉雞近70萬只，有效提升了防疫水平、肉雞品質(zhì)和養(yǎng)殖效率。

　　從發(fā)展趨勢看，無人化農(nóng)業(yè)將主要應(yīng)用在規(guī)?；N植、設(shè)施栽培、設(shè)施養(yǎng)殖領(lǐng)域，解決水田植保、育苗嫁接、病死畜禽處理等作業(yè)環(huán)境差、勞動強(qiáng)度大、精準(zhǔn)度要求高、安全風(fēng)險防范難的有關(guān)問題，市場需求潛力很大。近年來，信息化、智能化技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐加快，一些產(chǎn)品應(yīng)用成本下降90%，使無人化農(nóng)業(yè)技術(shù)在生產(chǎn)中應(yīng)用成為可能。

　　目前，我國無人化農(nóng)業(yè)發(fā)展雖然具備了一定基礎(chǔ)，但大部分還處于探索階段，技術(shù)成熟度和經(jīng)濟(jì)性仍有許多欠缺，距離實現(xiàn)完全的無人化農(nóng)業(yè)還需要經(jīng)歷一個長期演進(jìn)過程。各地在貫徹《國務(wù)院關(guān)于加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化和農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的指導(dǎo)意見》(國發(fā)〔2018〕42號)過程中，要對無人化農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備研發(fā)應(yīng)用予以高度關(guān)注，在政策、科技、項目、標(biāo)準(zhǔn)等方面積極謀劃，深入推進(jìn)機(jī)械化、信息化融合，促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化高質(zhì)量發(fā)展，努力為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化提供新動能。

　　(執(zhí)筆人：王國占侯方安車宇)