深瞳工作室出品
科技日報記者 馬愛平 策劃 劉恕 李坤
“農(nóng)機下田,我不下田。”3月13日,站在田埂上,身著一襲黑色長裙、腳穿皮鞋的湖南宏碩生物科技有限公司負責(zé)人熊姣軍告訴科技日報記者,在專家團隊的指導(dǎo)下,他們現(xiàn)已開啟了“傻瓜式”種田模式?!熬拖裼檬謾C拍照一樣,并不需要了解光圈、感光度等知識,只需要按下快門鍵即可完成?!?/p>
熊姣軍腳下的這片土地是湖南省益陽市大通湖區(qū)再生稻無人智慧農(nóng)場。該農(nóng)場由中國工程院院士、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)羅錫文團隊打造,2024年畝產(chǎn)達1265.28公斤,實現(xiàn)了“人不下田也能種好地”。
正值春耕時節(jié),放眼鄉(xiāng)村沃野,在智能技術(shù)的加持下,無人農(nóng)場的版圖正不斷擴大。江蘇省已建成283個無人農(nóng)場,項目總投入8.72億元;北大荒集團建三江分公司無人農(nóng)場規(guī)模龐大,設(shè)備先進,實現(xiàn)了水旱田各環(huán)節(jié)的大面積無人化作業(yè)……全國多地已建成的多個無人農(nóng)場示范項目。
今年中央一號文件提出,支持發(fā)展智慧農(nóng)業(yè),拓展人工智能、數(shù)據(jù)、低空等技術(shù)應(yīng)用場景?!度珖腔坜r(nóng)業(yè)行動計劃(2024—2028年)》明確提出,到2026年底,智慧農(nóng)業(yè)公共服務(wù)能力初步形成,探索一批主要作物大面積單產(chǎn)提升智能化解決方案和智慧農(nóng)(牧、漁)場技術(shù)模式,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息化率達到30%以上。為了實現(xiàn)這一目標(biāo),無人農(nóng)場智能化技術(shù)創(chuàng)新面臨哪些挑戰(zhàn)?規(guī)模推廣存在哪些障礙?未來的發(fā)力點在哪里?帶著這些問題,記者進行了深入采訪。
無人農(nóng)場可大幅提高生產(chǎn)效率
在新疆巴音郭楞蒙古自治州尉犁縣的廣袤土地上,極飛科技打造的“超級棉田”無人農(nóng)場,占地3000畝,是一個集空中機器人、地面機器人、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和智慧農(nóng)場管理系統(tǒng)于一體的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范項目。
走進超級棉田,幾乎看不到農(nóng)民忙碌的身影,取而代之的是各種智能機器人在田間地頭穿梭作業(yè)。它們或噴灑農(nóng)藥,或澆水施肥,或巡田監(jiān)測,一切都在有條不紊地進行著。
據(jù)極飛超級棉田管理者艾海鵬介紹,自2021年運營以來,超級棉田無人化率達到了75%,去年棉花畝產(chǎn)達到529公斤。
“無人農(nóng)場,采用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G、機器人等新一代信息技術(shù),通過對農(nóng)場設(shè)施、裝備、機械等進行遠程控制,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程的無人化作業(yè)?!眹掖笞谑卟水a(chǎn)業(yè)技術(shù)體系智能化管理崗位科學(xué)家、北京市農(nóng)林科學(xué)院信息技術(shù)研究中心研究員吳華瑞告訴記者,建設(shè)無人農(nóng)場的重點在于解放人力,特別是在大規(guī)模種植中,通過機器替代人完成耕種、管理、采運等環(huán)節(jié)。
從2017年開始,國內(nèi)科研機構(gòu)和企業(yè)便開始探索無人農(nóng)場相關(guān)技術(shù)研發(fā)。目前無人蔬菜農(nóng)場的發(fā)展正逐步從理論驗證走向?qū)嶋H應(yīng)用。吳華瑞介紹,他們的團隊在北京、河北、山西等地進行了大量的試驗和推廣工作,取得了顯著成效。例如,在山西太谷,團隊利用無人系統(tǒng)成功實現(xiàn)了胡蘿卜的種植和采收,大幅提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。
傳統(tǒng)的人工采收方式下,一塊200畝的胡蘿卜地需要雇傭二三十人,一天僅能采收兩三畝地。而采用無人系統(tǒng)后,可以實現(xiàn)24小時不間斷作業(yè),一臺機器一天可采收20畝地左右,工作效率是人工的近十倍。
“無人農(nóng)場不僅大幅降低了人工成本,提高了采收速度,還提升了胡蘿卜的產(chǎn)量和質(zhì)量?!眳侨A瑞說,由于無人系統(tǒng)可以實現(xiàn)精準(zhǔn)作業(yè),減少了對作物的損傷,因此胡蘿卜的商品性更好,售價也更高?!皳?jù)初步估算,采用無人系統(tǒng)后,每畝地的經(jīng)濟效益可提高約20%至30%。”吳華瑞說。
華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院副院長胡煉是羅錫文團隊的一員。據(jù)他介紹,近年來,隨著北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,水稻無人農(nóng)場的研發(fā)步伐顯著加快。特別是自2018年起,該團隊開始籌備水稻無人農(nóng)場項目,并于2020年在廣州成功示范。此后,水稻無人農(nóng)場技術(shù)迅速推廣,多個省份紛紛提出建設(shè)規(guī)劃。
胡煉指出,我國在無人水稻農(nóng)場的研究和應(yīng)用方面已經(jīng)取得了顯著成果,不僅在耕種管收等作業(yè)環(huán)節(jié)實現(xiàn)了無人化,還在插秧、水直播、旱直播等多種種植方式上實現(xiàn)了無人作業(yè)。目前,無人農(nóng)場的關(guān)鍵技術(shù)和裝備已經(jīng)形成了完整的配套體系,并在全國近20個省份進行了示范應(yīng)用。水稻無人農(nóng)場建設(shè)進入快車道。
羅錫文強調(diào),我國在水稻無人農(nóng)場的技術(shù)和應(yīng)用方面已經(jīng)處于第一梯隊。未來,無人農(nóng)場有望解決“誰來種地”和“怎么種地”難題。
智能設(shè)備仍需人工兜底
隨著科技的飛速發(fā)展,無人農(nóng)場逐漸成為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要方向。然而,關(guān)鍵核心技術(shù)缺乏仍是亟待解決的難題。
當(dāng)前,無人農(nóng)場的核心技術(shù)集中在“耕、種、管、收”四大環(huán)節(jié),各個環(huán)節(jié)均存在技術(shù)瓶頸。吳華瑞舉例說,蔬菜無人農(nóng)場的移栽和采收環(huán)節(jié)的機械化率不足10%。“國內(nèi)研發(fā)的全自動移栽機漏苗率達10%—20%,還需人工補苗?!彼f,與國外先進設(shè)備相比,國產(chǎn)農(nóng)機具的自動化成熟度仍有差距。
此外,由于蔬菜種類繁多、生長環(huán)境各異,實現(xiàn)蔬菜的全自動化采收也存在較大難度。
“比如,現(xiàn)有國產(chǎn)采收機僅能處理單一品類,采收白蘿卜與胡蘿卜需不同機型?!眳侨A瑞說,“這不是簡單的機械可靠性問題,而是涉及品種宜機化選育、育苗標(biāo)準(zhǔn)化等系統(tǒng)性問題?!?/p>
艾海鵬坦言,盡管超級棉田在植保、智能灌溉和遙感巡田等方面取得了突破,但在耕種環(huán)節(jié)仍有25%的場景無法實現(xiàn)完全無人化。其中原因涉及農(nóng)業(yè)機械的自動駕駛技術(shù)和播種機的全自動化、輕量化升級。
“比如,3000畝棉田播種期需2—3人跟機,核心障礙是播種機未實現(xiàn)‘自動上種+換膜’,僅通過農(nóng)機自駕儀提升路徑精度,沒能解決人機協(xié)同的痛點。”艾海鵬說。
艾海鵬分析,這些技術(shù)的突破不僅需要高額的研發(fā)投入,還需要長時間的積累和沉淀。然而,由于農(nóng)業(yè)設(shè)備的研發(fā)周期較長,且測試環(huán)境受季節(jié)限制,許多企業(yè)在研發(fā)方面的積極性不高?!案鼮殛P(guān)鍵的是,播種機的全自動化升級需要農(nóng)機具廠商突破輕量化設(shè)計和智能供種技術(shù),這不是一家企業(yè)能完成的。”他說。
目前,國內(nèi)無人農(nóng)場技術(shù)研發(fā)呈現(xiàn)“單點先進、系統(tǒng)薄弱”的特點。
艾海鵬舉例說,遙感無人機雖能識別雜草、苗情,但“處方圖”生成依賴經(jīng)驗參數(shù)。如施肥量僅基于葉色指數(shù),缺乏動態(tài)修正的AI模型,農(nóng)戶仍需“人工看苗+機械作業(yè)”?!拔磳崿F(xiàn)‘?dāng)?shù)據(jù)—決策—執(zhí)行’閉環(huán),導(dǎo)致智能設(shè)備仍需人工兜底。”
羅錫文團隊在廣東河源的千畝示范基地也發(fā)現(xiàn)類似問題,盡管農(nóng)機能精準(zhǔn)作業(yè),但缺乏實時監(jiān)測作物長勢的智能傳感器,導(dǎo)致“處方圖”的生成仍需人工干預(yù)。
胡煉認為,無人農(nóng)場不僅要實現(xiàn)無人化生產(chǎn),更要實現(xiàn)智慧化管理。
“未來需要進一步加強關(guān)鍵技術(shù)的突破和熟化,特別是在數(shù)字化感知、智能化決策、精準(zhǔn)化作業(yè)、智慧化管理等方面?!焙鸁捳f,在施肥環(huán)節(jié),團隊已實現(xiàn)通過無人機搭載自研“感—存—算”一體化作物長勢傳感器獲取水稻長勢信息,快速生產(chǎn)施肥作業(yè)處方圖,從而實現(xiàn)變量的精準(zhǔn)施肥。
規(guī)?;茝V還需降低成本、標(biāo)準(zhǔn)先行
極飛科技在新疆尉犁縣建設(shè)的超級棉田無人農(nóng)場,經(jīng)過4年的運營,產(chǎn)量逐年提升,成為棉花種植領(lǐng)域的佼佼者。然而,在推廣過程中,極飛科技也遇到了不少難題。
由于不同地區(qū)的土壤、氣候、作物種類等存在差異,對智能農(nóng)機的適應(yīng)性要求較高。極飛科技雖已研發(fā)出多款適應(yīng)不同場景的智能農(nóng)機,但在推廣過程中需根據(jù)不同地區(qū)的實際需求進行定制化調(diào)整,這無疑增加了推廣的難度和成本。
針對不同規(guī)模的農(nóng)場,極飛科技已為用戶推出模塊化的解決方案,提供個性化的產(chǎn)品和服務(wù)。然而,要實現(xiàn)超級棉田的規(guī)模化推廣,還需要探索更多新的推廣模式?!叭缗c地方政府、合作社等聯(lián)手,共同推動其建設(shè)和發(fā)展?!卑yi說。
胡煉坦言,在實際應(yīng)用中還需要考慮成本、規(guī)?;徒?jīng)濟性等問題。
首先,在無人農(nóng)機的投入方面,雖然可以節(jié)省大量的人工成本,但前期的設(shè)備投入會增加總體成本。像智能拖拉機、無人植保機、智能灌溉設(shè)備等,其價格明顯高于傳統(tǒng)農(nóng)機。
其次,無人農(nóng)機的運營成本也不容忽視。雖然無人農(nóng)機可顯著提高作業(yè)效率和質(zhì)量,但其日常維護、保養(yǎng)和升級需要更專業(yè)技術(shù)人員來完成,并支付一定的費用。此外,無人農(nóng)機的作業(yè)效果還受到多種因素的影響,如天氣、土壤、作物生長狀況等,這也在一定程度上增加了運營成本和經(jīng)濟收益的不確定性。
我國地域遼闊,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件復(fù)雜多樣,無人農(nóng)場規(guī)?;茝V還需標(biāo)準(zhǔn)先行。為此,胡煉建議將無人農(nóng)場標(biāo)準(zhǔn)納入高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的規(guī)劃設(shè)計中。
今年政府工作報告提出,高質(zhì)量推進高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)。胡煉認為,高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的建設(shè)是實現(xiàn)水稻等大田作物無人農(nóng)場規(guī)模化應(yīng)用的基礎(chǔ)條件之一。
“通過統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),不僅能實現(xiàn)無人農(nóng)場與標(biāo)準(zhǔn)化農(nóng)田的無縫對接,提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量,還能促進無人農(nóng)場技術(shù)的普及和應(yīng)用?!焙鸁捊ㄗh,相關(guān)部門應(yīng)加強對標(biāo)準(zhǔn)化農(nóng)田建設(shè)的投入,推動無人農(nóng)場標(biāo)準(zhǔn)的制定和實施。
“推進無人農(nóng)場規(guī)模化,還需要加大研發(fā)創(chuàng)新,加快補齊短板?!北本┦修r(nóng)林科學(xué)院智能裝備技術(shù)研究中心主任陳立平建議,相關(guān)部門應(yīng)從智能農(nóng)機裝備的創(chuàng)新發(fā)展體系構(gòu)建出發(fā),推出相關(guān)戰(zhàn)略舉措與行動計劃。
這包括加大對智能農(nóng)機研發(fā)的資金投入,鼓勵科研機構(gòu)和企業(yè)加強合作,共同攻克關(guān)鍵技術(shù)難題,提升智能農(nóng)機的自主創(chuàng)新能力。同時,鼓勵企業(yè)根據(jù)市場需求進行定制化生產(chǎn),提高智能農(nóng)機的適用性和市場競爭力。“可借鑒新能源汽車等行業(yè)的發(fā)展經(jīng)驗,制定優(yōu)惠政策、提供購機補貼、整合相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈資源,以促進我國無人農(nóng)場規(guī)?;l(fā)展?!标惲⑵秸f。
“在智能農(nóng)機推廣過程中,我們還碰到一個問題,對于很多智能農(nóng)機,技術(shù)人員會用、研究生會用,但是農(nóng)民不會用?!绷_錫文建議,加強對農(nóng)民的培訓(xùn)和指導(dǎo),提高他們對無人農(nóng)場技術(shù)的認識和接受度。
“不過,未來,我們要讓農(nóng)民像玩手機、刷視頻一樣,用最簡單的方法操作和使用智能農(nóng)機?!绷_錫文對此充滿信心。
專家觀點:無人農(nóng)場很“缺人”
科技日報記者 馬愛平
無人農(nóng)場的發(fā)展,正面臨一場“新人才荒”。
北京市農(nóng)林科學(xué)院信息技術(shù)研究中心研究員吳華瑞在調(diào)研中發(fā)現(xiàn),我國蔬菜無人農(nóng)場全自動移栽機漏苗率高,仍需人工補苗,而日本同類設(shè)備因技術(shù)封鎖無法引進。“打破國外技術(shù)壟斷,我們只能自己攻關(guān),但面臨的困境是,既懂機械設(shè)計又懂作物栽培的復(fù)合型人才太缺乏了?!彼f。
極飛超級棉田管理者艾海鵬直言:“無人農(nóng)場的‘無人’是假象,我們其實比任何時候都缺人——缺能研發(fā)、操作和維護這些‘黑科技’的新農(nóng)人?!?/p>
無人農(nóng)場作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的新興領(lǐng)域,其快速發(fā)展離不開專業(yè)人才的支撐,尤其是跨領(lǐng)域人才的支撐。
吳華瑞坦言,目前無人農(nóng)場領(lǐng)域人才匱乏,尤其是既懂人工智能又懂農(nóng)業(yè)的復(fù)合型人才更是稀缺?,F(xiàn)實情況是,大部分從事無人農(nóng)場研究的人員都來自信息領(lǐng)域或機器人領(lǐng)域,他們對農(nóng)業(yè)的了解相對有限;而農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的人員則對人工智能和智能裝備技術(shù)不夠熟悉。
“未來無人農(nóng)場領(lǐng)域的人才培養(yǎng)需注重交叉學(xué)科融合,培養(yǎng)既懂人工智能、機器人技術(shù),又熟悉農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)律的復(fù)合型人才?!眳侨A瑞建議,高校設(shè)立智能裝備、智能控制、農(nóng)業(yè)機器人等細分專業(yè)方向,強化校企合作,推動理論與實踐結(jié)合。同時,加強基礎(chǔ)教育階段的科普教育,通過參觀示范基地、參與科研項目等方式,激發(fā)青少年對智慧農(nóng)業(yè)的興趣。此外,完善職業(yè)教育體系,培養(yǎng)一線技術(shù)操作與設(shè)備維護人才,確保先進技術(shù)在田間地頭的落地應(yīng)用。
“現(xiàn)有農(nóng)機具廠商多為民營企業(yè),研發(fā)周期長、成本高,缺乏具備創(chuàng)新能力的技術(shù)團隊?!痹诎yi看來,無人農(nóng)場的推廣更需要技術(shù)適應(yīng)型人才。人才的培養(yǎng)應(yīng)聚焦于模塊化技術(shù)應(yīng)用能力和數(shù)字化管理思維。
他建議,企業(yè)與高校聯(lián)合開發(fā)課程,通過實戰(zhàn)培訓(xùn)提升技術(shù)人員對無人機、灌溉系統(tǒng)等智能設(shè)備的操作與維護能力。同時,注重場景化教學(xué),依托示范農(nóng)場開展全流程實踐,幫助技術(shù)人員理解無人化管理的核心邏輯。此外,需加強新農(nóng)人培訓(xùn),引導(dǎo)農(nóng)戶轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)觀念,掌握遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析等數(shù)字化技能,推動技術(shù)與生產(chǎn)的深度融合。
華南農(nóng)業(yè)大學(xué)已將“農(nóng)業(yè)機器人”設(shè)為必修課,學(xué)生們不僅要編程調(diào)試導(dǎo)航算法,也要下田插秧?!艾F(xiàn)代農(nóng)業(yè)早已不是面朝黃土背朝天了?!痹撔9こ虒W(xué)院副院長胡煉指著三維農(nóng)場模型說,“未來的新農(nóng)人,得會用衛(wèi)星數(shù)據(jù)規(guī)劃耕種,用AI、大數(shù)據(jù)防病蟲害、預(yù)測產(chǎn)量?!?/p>
“無人農(nóng)場領(lǐng)域的人才培養(yǎng)需圍繞數(shù)字化感知、智能化決策、精準(zhǔn)化作業(yè)和智能化管理四大核心技術(shù)開展?!焙鸁捊ㄗh,通過國家項目牽引,鼓勵科研團隊與企業(yè)合作,在實踐中培養(yǎng)科研人員解決復(fù)雜問題的能力,如農(nóng)田環(huán)境感知、智能決策模型、智能農(nóng)機裝備開發(fā)等,為無人農(nóng)場的規(guī)?;茝V提供人才儲備。
“當(dāng)前,我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展比以往任何時候都更加需要科技的支撐,需要年輕人的力量。”中國工程院院士羅錫文呼吁,“我想以我的親身經(jīng)歷對所有選擇農(nóng)業(yè)事業(yè)的年輕人說,要深入農(nóng)村、扎根基層,唯有深入田間地頭,親身體驗農(nóng)耕的艱辛,方能洞悉農(nóng)民的真實需求,準(zhǔn)確評估技術(shù)在田間的實際效能。”