大田无人农业发展现状与实现路径

徐 峰，朱慧琴，程胜男，彭俊明

(农业农村部农业机械试验鉴定总站，北京100122)

0 引言

近年来，智能化、信息化技术在农业领域应用步伐加快，无人农业蓬勃发展。在2020年新冠疫情防控春耕备耕关键时期，无人农业技术发挥了其绝对优势，对减少农业生产人员聚集，有效防控农村疫情扩散起到了重要作用，保证了在重大灾情下农业生产和农产品保供不受影响。

无人农业是指通过应用物联网、大数据、人工智能、5G和机器人等新一代信息技术，在人工不进入农场的情况下，实现对设施、装备和机械等远程控制、全程自动控制或机器人自主控制，完成全程无人化作业的生产模式。无人农业技术由生产信息采集设施、生产作业装备和生产管理平台3部分组成，以全过程智能化管理、精准化作业为核心，以智能感知、决策和执行为基本技术方案，通过对农业生产各要素的数据化，实现智能化决策、可视化管理和无人化操作。

1 发展大田无人农业的必要性

我国粮食作物、经济作物等大田农业相比欧美等发达国家，种植习惯更加传统、地形地貌更加复杂、种植模式更加多样、机艺融合难度更大，农业基础薄弱、生产效率低、竞争力差，保障国家粮食安全压力大，迫切需要推进无人农业生产根本性变革，提升农业种植科学化、规模化水平，增强农业竞争力，保障国家粮食安全[1]。

1.1 农业现代化发展的“加速器”

目前，农业机械化虽然一定程度上解放了生产力，但还需要大量的农村劳动力驾驶操作机器、辅助人员全程跟机。在无人农场，用脑力劳动代替体力劳动的智能化管理模式，人力要素从土地耕作中、辛苦劳作中彻底解放出来，破解农村劳动力不足难题。无人农业能大幅度提高农业生产率、资源利用率和土地产出率，促使综合资源得到最大化利用。实现农业生产方式的变革，是提升农业生产科学化水平的重要技术手段。同时，智能农机、无人农业也带来了农业机械化服务和管理方式的巨大变革，实现由人工向智能管理服务方向的迭代转变，有利于助推农业、农村现代化。智能农机提高了机手驾驶的舒适性和操作的方便性，让机手成为体面的职业，吸引更多高学历人才回流农村，造就一批高素质职业农民，让农业成为有奔头的产业，让农民成为有吸引力的职业，让农村成为富有活力的家园，加快改变“三农”面貌[2]。

1.2 农业可持续发展的“催化剂”

无人农业实现经营效率的最大化和产品品质的最优化，促进农业生产提质增效和降低成本，确保粮食稳产增产、农产品品质及农业绿色发展。在实践中，无人驾驶技术有效解决了农机作业中出现的“播不直、接不上茬”，以及起垄作业不直、中耕伤苗和植保重喷漏喷的老大难问题，土地利用率可提高0.5%～1.0%，作业质量大幅提高。新疆棉花种植使用自动驾驶技术，原先仅能播种10行的地块可播11行，土地利用率提高了2.5%，单产增加5%。河北等地小麦生产全程智能化试验示范结果显示，可减少用工25%、节水20%、减少农药30%和节约燃油消耗10%，大大提高了机械化生产经济效益。在收割季节，机械精准度越高对农作物的损伤就越小，自动驾驶农机精度在2.5 cm，农作物产量减损约3%，燃油消耗节约10%左右。当前，粮食机械化收获损失率备受社会关注，加装智能减损监测装置的自动驾驶收割机，确保在最佳行驶速度下收割损失率最低，可使机械化收获损失降低10%以上[3]。

1.3 农机化和农机装备转型升级的“助推器”

2020年全国主要农作物耕种收综合机械化率已达71%。小麦、玉米和稻谷3种大田类作物基本实现机械化，我国农业机械化已进入全程全面高质高效发展的关键时期。大田农业机械化如何突破目前的发展瓶颈进入新的发展阶段，加快无人农业发展无疑是重要的破解之法和路径选择。大力发展无人农业和智能农机有助于破除农机化转型升级的制约因素，推动农机智能化、作业精准化和操作无人化等技术，以及先进适用农机装备的普及应用，成为农业机械化转型升级发展的重要举措。同步引领农机生产企业创新研发能力和制造水平，提高农机装备信息化、智能化程度，实现从农机生产大国向农机生产强国迈进[4]。

2 国内外无人农业发展状况

2.1 发达国家无人农业发展情况

无人农业在世界各国有着十分广泛的应用，按照应用领域主要包括无人大田作物、无人设施栽培和无人设施养殖。无人设施栽培主要应用于水果、蔬菜和花卉等作物的水肥、植保、采收、运输、加工和包装等环节。美国、日本和欧洲的技术最为先进，已实现了环境调控、水肥管理、采摘收获和分级包装的无人化、智能化，农业生产机器人技术也比较成熟。无人设施养殖主要应用于生猪、奶牛和蛋鸡等畜禽养殖的环境控制、饲喂、挤奶、防疫和废弃物处理等作业环节。发达国家已将信息化、智能化技术应用于畜牧养殖各个环节，技术比较成熟，实现了规模化应用[5]。

大田种植作业工况条件复杂，实现无人作业难度较大，各国发展都处于探索阶段。北美、西欧具备基础但需求不紧迫，对发展无人农业还没有明显需求。北美、澳洲等发达国家已经开始将智能农机装备技术应用于农业生产，一些大中型农场都逐步使用自动导航驾驶系统来实现拖拉机、播种机、收割机和植保机械等无人作业，2020年美国农机安装自动导航、无人驾驶系统普及率已经达到90%。日本、韩国等国家虽然农业生产规模较小、产值不高，但农业面临着从业人口老龄化、从事农业生产人力成本高等问题，已逐步重视和发展无人农业，小型无人机、无人驾驶农机和智能农用机器人等智能农机装备发展较快。

2.2 我国大田作物无人农业发展现状

总体上看，发达国家无人农业技术研发起步早、技术强，但是大田作物无人农业发展和技术应用还不广泛。我国虽然起步较晚，但是发展速度很快，近些年逐渐呈现出加速赶超的趋势。我国信息技术水平可以和发达国家媲美，但是在无人农业的普及面、应用面还很窄，仅停留在示范型的展示范围内，无人农机发展还处于半自动化的初级阶段，呈现“三多三少”的局面[6]。

2.2.1试验示范多，普及应用少

多个粮棉主产省份相继开展了全过程无人农业生产试验。新疆生产建设兵团数字农业项目已经形成了棉花全程数字化生产管理模式。国家粮食生产功能示范区江苏省兴化市建立了农业全过程无人作业试验示范基地。山东理工大学与淄博禾丰种业建设的生态无人农场，可达到绿色生态化、农业生产的无人化和精准化种植。碧桂园农业控股有限公司与黑龙江省建三江管理局联手在黑龙江二道河农场建设大型无人作业示范农场。华南农业大学水稻生产无人农场已经建成。但是目前由于设备成本普遍较高、成本回收周期较长、设备重复利用率低和寿命短、上下游衔接不畅、投入和产出不成正比、企业创新模式和商业模式适应性差等问题，导致大面积推广应用还不成熟，对于单个农户或其他地区推广难度较大[7]。

2.2.2智能装备多，集成技术少

我国大田无人化技术快速产业化。一是无人机技术广泛应用。除了简单的植保、播种和撒肥等作业外，还可以借助成像技术对作物进行生长评估、疾病监测和机械传粉等。通过地面遥感进行控制，采集的数据及动态数据实时传递到地面工作站。二是智能农机方兴未艾。北斗导航自动驾驶技术目前在无人农业中应用最广泛、最成熟，搭载了全球卫星定位、电控液压自动转向、作业装置自动控制、雷达视觉测量及远程视频传输等功能，实现了耕、种、管、收、运全程无人驾驶，实现了从“铁牛”向“智牛”的华丽转变。但是目前大多停留在智能装备作业，处于无人农业“1.0”状态，多机协同技术、全程无人化的技术集成还不成熟。

2.2.3信息技术多，基础数据少

无人农业的基础是海量数据的收集、分析与应用，通过大数据分析用于农业生产决策，并为智能设备开发、改进和自动作业等提供依据。目前，我国在北斗卫星导航系统、地理信息遥感技术、农用传感器技术、物联网技术、云计算及5G网络等领域已经取得了较大成就；在信息采集、数据处理等方面技术已经比较成熟；在农业大棚、农机定位、仓储管理和食品溯源等方面都取得了不错的成绩。但是在大田作物无人农业的融合推广应用和农情信息采集方面还有较大空间，面临基础数据偏少、信息共享不便和资源整合困难等问题。

3 无人农业实现路径

3.1 加快技术集成示范，分区分级梯次递进

在示范作物上，重点开展小麦、玉米、水稻和棉花等主要农作物生产的无人作业试验示范，分类建设示范推广高标准基地。在示范区域上，选择农业社会化程度高、土地规模化经营好和农业机械化发展成熟的地区先行推广，在粮食生产全程机械化示范县中率先建设一批智能农机、无人农机“示范农场”。其他代表性地区分级、分期、分步建立无人农场，如东北地区选择耕作面积大的农垦、在西南地区选择浅丘陵。在示范环节上，协调推进耕、种、管、收、储、运等环节的无人化生产，努力形成可复制、可推广的经验和成果。

3.2 加大科技攻关力度，重点突破阶次渐进

加强无人农业理论体系、技术体系和产业体系建设，统筹技术研发、人才建设和产品开发。科技、财政部门应予重点支持，推动国家和省部级重点研发计划专项向无人农业基础研究、关键技术和装备研发等方面倾斜，建立无人农业国家科技创新平台，加大协同攻关力度，着力突破专用传感器、精准算法、智能作业和管理平台等关键、核心关键技术。推动建立产学研推深度融合的无人农业技术创新体系，促进智能农机、无人农业技术成果转化。

3.3 建立政策支持体系，立体扶持驱动跃进

无人农业属于战略性新兴产业，商业化应用模式和可持续发展机制还不成熟，需要建立支持无人农业发展的政策体系，加快制定包括政府补贴、金融支持、减免税收、重大项目投资和土地优惠等一揽子支持政策，刺激和带动民营资本进入，促进无人农业产业化发展。制定无人农业建设标准和工作指引，积极争取财政、金融等部门支持，推进大田作物无人农业的基础设施建设、改造。推进无人农业的基础设施建设。加大农机购置补贴政策支持力度，将更多先进适用无人农业技术装备纳入农机购置补贴范围，拓展作业质量监测、远程控制平台和农业信息采集装置等新产品补贴试点范围，积极探索成套智能农机装备补贴路径，试点开展无人农业生产作业补贴[8-9]。

3.4 提升公共服务能力，技术支撑引领迈进

加强无人农业装备及技术配套标准制订，设立相关的信息接口标准体系，使无人农业服务规范化、标准化，逐步建立以智能化为主导、以精准作业为核心的具有中国特色和市场竞争力的无人农机和无人农艺、标准体系，通过标准技术引领无人农业高质量发展。加快智能装备、无人驾驶、北斗导航、精准作业监测和农业信息采集等智能化、信息化装备和平台的技术指标、鉴定检测方法研究，加快相关产品和系统鉴定大纲的制定，逐步建立无人农业农机装备技术的试验鉴定技术模式，提升试验鉴定供给能力。将更多无人农业技术列入农业农村部重大引领性技术，明确农业农机推广机构对无人农业的组织培训、推广应用等工作，建立科学的技术推广试验示范工作方案，形成生产模式，起到示范和引领作用。依托农机合作社等新型农业经营主体打造集成应用先进装备技术的样板，引导农机社会化服务应用智能农机和农机作业管理信息平台[10]。

3.5 加强组织规划引导，统筹资源协同推进

无人农业是一项系统工程，涉及农机农艺、机械化信息化融合，需要农机和农业方面的政府部门、生产企业、推广机构、行业协会和科研院所等多方密切协作，围绕无人农场技术研究、转化、生产、推广、应用和服务等环节，做好顶层设计，强化无人农业的宏观指导和统筹协调。加快推进高标准农田建设，吸收宜机化、无人农业建设要求，加快土地流转实现规模化经营，为无人农业创造一个良好发展环境。整合并逐步完善农业信息平台，实现农业数据共享，扩宽信息服务面，协调农业信息机构做好智能农机系统与现有农业信息系统的接入、运维等工作。探索完善市场化运行模式，构建以科技创新为牵引、生产企业为主体、市场需求为目标的无人农业协作发展模式。

4 结束语

目前，我国无人农业发展虽然取得一些经验、形成了一定技术积累，但大部分都属于试验示范的探索阶段，技术还不太成熟，智能化程度偏低，应用成本偏高，还处于一个无人农业发展的初级阶段。需要紧紧抓住智能农业、无人农业发展的战略机遇期，汇集行业系统、生产企业、科研机构和服务组织的力量，齐心协力、共享合作，在技术推广、政策支持和科技引领等方面全方面加大推进，加快智能农机技术研发、模式集成、协同机制和政策支撑，为促进乡村振兴奠定坚实可靠的科技和产业基础。