現(xiàn)階段的無人農(nóng)場走到了哪一步

現(xiàn)階段的無人農(nóng)場走到了

哪一步我國農(nóng)業(yè)在經(jīng)歷了人力和畜力為主的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)（農(nóng)業(yè)1.0），以廣泛應(yīng)用雜交種和化肥、農(nóng)藥的生物-化學(xué)農(nóng)業(yè)（農(nóng)業(yè)2.0），以農(nóng)業(yè)機(jī)械為生產(chǎn)工具的機(jī)械化農(nóng)業(yè)（農(nóng)業(yè)3.0）之后，正向以信息為生產(chǎn)要素，互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈、人工智能和智能裝備應(yīng)用為特征的智慧農(nóng)業(yè)（農(nóng)業(yè)4.0）邁進(jìn)。隨著工業(yè)化與城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)，我國農(nóng)業(yè)勞動力成本日趨增高，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)勞動力逐漸減少，農(nóng)業(yè)勞動力的老齡化與短缺問題逐漸突顯，“機(jī)器換人”的需求日趨增加。無人農(nóng)場是采用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G、智能裝備與機(jī)器人等新一代信息技術(shù)，通過對設(shè)施、裝備、機(jī)械等進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、全程自動控制或機(jī)器人自主控制，完成所有農(nóng)場生產(chǎn)作業(yè)的一種全天候、全過程、全空間的無人化生產(chǎn)作業(yè)模式。無人農(nóng)場作為未來農(nóng)業(yè)的一種新技術(shù)，已經(jīng)開啟全新的農(nóng)場模式。無人農(nóng)場的發(fā)展意義無人農(nóng)場為我國農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展，提升國際市場競爭力提供了一條有效的路徑?！盁o人化”即裝備代替勞動力的所有工作是無人農(nóng)場的本質(zhì)，全天候、全空間、全過程的無人化作業(yè)是無人農(nóng)場的基本特征。無人農(nóng)場能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程的信息感知、定量決策、智能控制、精準(zhǔn)投入和個性化服務(wù)，其發(fā)展意義主要有以下幾點。提供生產(chǎn)效率、質(zhì)量。通過機(jī)器換人，傳統(tǒng)勞動力變?yōu)榱烁叨戎悄芑臋C(jī)器人，智能農(nóng)場管理系統(tǒng)摒棄了純經(jīng)驗式的耕作模式，使農(nóng)業(yè)勞動力要素徹底改觀。特別是農(nóng)業(yè)機(jī)器人具有不知疲倦、反應(yīng)快速的先天性優(yōu)勢，適合進(jìn)行高強(qiáng)度的具有工業(yè)化特點的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。低強(qiáng)度工作要求為機(jī)器人讓路。機(jī)器人是無人農(nóng)場勞作的主體，人不再從事農(nóng)業(yè)，或者直接從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的時間大大縮短，只需發(fā)現(xiàn)和糾正存在的問題，工作強(qiáng)度大大降低。另一方面，農(nóng)業(yè)機(jī)器人效率高、質(zhì)量高，還能有效避免化肥、農(nóng)藥等化學(xué)物品對人體的危害。提高農(nóng)業(yè)抗風(fēng)險能力。農(nóng)業(yè)高風(fēng)險、低利潤的產(chǎn)業(yè)特性較為突出。而無人農(nóng)場利用信息技術(shù)可以更好地調(diào)控農(nóng)作物生長環(huán)境，使其更好地滿足作物生長需求，從而提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，有利于實現(xiàn)農(nóng)作物的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，抗風(fēng)險能力的提高有助于更好地吸引資本進(jìn)入。這種高科技的智能種田模式改變了當(dāng)?shù)剞r(nóng)民僅憑個人經(jīng)驗、看天種田的傳統(tǒng)農(nóng)耕方式，同時可以精準(zhǔn)制訂生產(chǎn)計劃、預(yù)防自然災(zāi)害和病蟲災(zāi)害?！盎鄯N田”替代“會種田”。自動化機(jī)械將促進(jìn)高分辨率精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，不同的農(nóng)田，甚至可能是某一株作物都能得到區(qū)別對待，同時優(yōu)化農(nóng)田耕種投入并有可能將成本大大降低。如通過無人機(jī)紅外線遙感監(jiān)測可以快速診斷出病蟲害；通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以提高食品的可追溯性，促進(jìn)食品安全。國內(nèi)外無人農(nóng)場發(fā)展現(xiàn)狀.中國近年來，在政府的大力支持下，中國無人農(nóng)場發(fā)展快速。無人化農(nóng)機(jī)應(yīng)用逐漸興起。截止到2018年7月，全國21個省市開展了8種主要農(nóng)產(chǎn)品大數(shù)據(jù)的試點，圍繞設(shè)施溫室智能化、無人化管理的需求，自主研制出了一批設(shè)施農(nóng)業(yè)作物環(huán)境信息傳感器、多回路智能控制器、節(jié)水灌溉控制器、水肥一體化等技術(shù)產(chǎn)品，對提高我國溫室智能化、無人化管理發(fā)揮了重要作用。2019年，我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化率達(dá)到了70%，基本實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械化，特別是多數(shù)農(nóng)場的裝備化水平越來越高。隨著數(shù)字農(nóng)業(yè)試點建設(shè)項目的開展，我國農(nóng)業(yè)逐漸形成耕、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。部分地區(qū)的棉花種植全部使用衛(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。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，如在應(yīng)用推廣上，大多數(shù)項目停留在信息的簡單傳輸與顯示，展示成分大于實際效果，與農(nóng)業(yè)融合深度不夠，缺乏解決農(nóng)業(yè)實際問題的效果。因此我國距離實現(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。.美國美國自動化、智能化生產(chǎn)技術(shù)研究與應(yīng)用方面一直處于世界領(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。在農(nóng)業(yè)航空技術(shù)方面，具有先進(jìn)的航空植保機(jī)械以及完善的農(nóng)業(yè)航空組織體系。利用無人機(jī)可在空中采集各種數(shù)據(jù)，比如高空照片、農(nóng)作物3D照片、熱成像或是田間動物分布等。在航空施藥領(lǐng)域也使用了國際上最為先進(jìn)的施藥技術(shù)，65%的化學(xué)農(nóng)藥采用飛機(jī)完成噴施。截至2012年，農(nóng)業(yè)航空已幾乎應(yīng)用于所有種類的作物，其中以玉米、小麥、大豆、牧草、苜蓿5類作物防治面積最廣。其農(nóng)場生產(chǎn)模式逐步建立了以航空植保機(jī)械與大型植保機(jī)械為主的病蟲草害防治體系。2019年美國農(nóng)機(jī)自動導(dǎo)航駕駛系統(tǒng)普及率約為90%，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)。美國無人化農(nóng)業(yè)研發(fā)起步早，在一些領(lǐng)域和環(huán)節(jié)雖有推廣，但受到監(jiān)管的限制，美國大部分農(nóng)民還無法使用無人機(jī)，應(yīng)用還不廣泛。現(xiàn)階段，在農(nóng)業(yè)多個環(huán)節(jié)，利用物聯(lián)網(wǎng)等多種新型科技技術(shù)開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，為實現(xiàn)無人化生產(chǎn)，帶動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈條全新變革。.日本日本農(nóng)業(yè)體系“分散生產(chǎn)、集中供應(yīng)”，批發(fā)市場主導(dǎo)80%農(nóng)產(chǎn)品流通，日本農(nóng)業(yè)與中國較為類似。在當(dāng)下的日本，從事農(nóng)業(yè)勞動的從業(yè)者，也就是日本農(nóng)民，他們的平均年齡高達(dá)67歲。農(nóng)業(yè)從業(yè)人口老齡化的問題越來越凸顯。面對這種現(xiàn)狀，日本提出提高農(nóng)業(yè)科技水平，減少對農(nóng)業(yè)勞動力的需求，來解決這個問題。最典型的例子，就是日本無人化農(nóng)場的研發(fā)和建設(shè)。日本的無人化農(nóng)場真正的實現(xiàn)了無人化種植，通過機(jī)械自動化、智能軟件等等技術(shù)，減少了農(nóng)業(yè)對勞動力的需求。在農(nóng)業(yè)智能裝備方面，日本是研究農(nóng)業(yè)機(jī)器人最早的國家之一，早在20世紀(jì)70年代后期，隨著工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，對農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究工作逐漸啟動，已研制出多種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人，如嫁接機(jī)器人、扦插機(jī)器人、移栽機(jī)器人和采摘機(jī)器人等。日本也是最先將無人直升機(jī)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，經(jīng)過多年的發(fā)展，日本成為該領(lǐng)域最發(fā)達(dá)的國家之一。日本國土面積比較小、而且多山地，耕地少、農(nóng)業(yè)經(jīng)營規(guī)模小，大型的植保器械很難適應(yīng)，因而日本選擇發(fā)展外形尺寸小、機(jī)動靈活、操控簡便、單位面積施藥液量小、作業(yè)效率高的無人機(jī)。1985年，日本Yamaha公司最先推出第一架農(nóng)用“R-50”型無人機(jī)，主要用于航空施藥。從1995年到2005年10月底，日本具有登記的植保無人機(jī)從307架增加到2002架，平均年增長13.8%。截至2012年，日本農(nóng)用無人機(jī)年工作面積達(dá)到96.3萬hm2,占種植面積的50%?60%，擁有無人直升機(jī)2346架，無人機(jī)操控手14163人。自2015年起，一些公司開始推廣多旋翼無人機(jī)。隨著無人機(jī)、智能機(jī)器人、大數(shù)據(jù)技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，到2020年，受益于生產(chǎn)效率和流通效率的提高，其農(nóng)作物出口額有望增長至1萬億日元。我國無人農(nóng)場的發(fā)展問題目前，我國無人農(nóng)場已經(jīng)初具規(guī)模并呈現(xiàn)良好的發(fā)展勢頭，但在無人農(nóng)場發(fā)展上仍然存在不足和劣勢。一是，發(fā)展無人農(nóng)場的基礎(chǔ)技術(shù)存在不足。發(fā)展包括基礎(chǔ)層、技術(shù)層和應(yīng)用層。無人農(nóng)場的核心技術(shù)除了定位技術(shù)、通信技術(shù)以外，還包括傳感器、芯片等的精密儀器制造，以及包含模式識別、大數(shù)據(jù)分析等需要的硬件和軟件技術(shù)。然而，我國自主研發(fā)的農(nóng)業(yè)傳感器數(shù)量不到世界的10%，且穩(wěn)定性差，智能感知系統(tǒng)靈敏度不高，終端遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和執(zhí)行控制指令系統(tǒng)精確性不足。智能決策準(zhǔn)確度低，很多情況是時序控制而不是按需決策控制。與此同時，世界各大人工智能巨頭都在積極布局，例如NVIDIA在洽談收購ARM,軟件公司如MATLAB已經(jīng)開始對國內(nèi)某些高校實行禁用。因此，高新技術(shù)行業(yè)的“卡脖子”隨時可能發(fā)生。二是，無人農(nóng)場的基礎(chǔ)建設(shè)不足。農(nóng)場發(fā)展主要依托農(nóng)村，依賴物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，對通訊和資源的5G基站、大數(shù)據(jù)中心、云計算中心等基礎(chǔ)設(shè)施有很高的要求，這些基礎(chǔ)設(shè)施主要集聚在城市。由于農(nóng)村地區(qū)電信基礎(chǔ)設(shè)施落后，地形破碎、田間地塊分散等制約了大規(guī)模農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用。此外，物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)是無人農(nóng)場的基礎(chǔ)，因此需要鋪設(shè)一系列的環(huán)境傳感器并連接入高速網(wǎng)絡(luò)。因此，包括電信設(shè)施、田塊規(guī)劃、農(nóng)田物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)等基礎(chǔ)需要提前打好。三是，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集和應(yīng)用整合程度低。探究影響農(nóng)作物病蟲害的因素、掌握農(nóng)作物價格的波動等都需要數(shù)據(jù)的支撐，采集的數(shù)據(jù)越多、越完整，智能預(yù)測模型的預(yù)測準(zhǔn)確率就越高。從目前情況來看，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集覆蓋面不足，缺乏準(zhǔn)確性與權(quán)威性。農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)整合程度與數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化程度低，缺乏信息數(shù)據(jù)共享。收集數(shù)據(jù)不完整或者只能收集某種或某幾種農(nóng)作物相關(guān)的信息，所建立的智能模型、預(yù)警模型、管理信息系統(tǒng)都將失去存在的價值。農(nóng)作物相關(guān)數(shù)據(jù)的收集整理成為當(dāng)前面臨的最大挑戰(zhàn)。四是，小農(nóng)經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)分散化的羈絆。農(nóng)業(yè)科技投入和信息化水平不高，我國智能化裝備還處于起步階段，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的大型化、智能化、信息化等機(jī)械設(shè)備較少。一些高端無人化農(nóng)機(jī)設(shè)備主要依賴進(jìn)口，農(nóng)業(yè)科技化水平比較低，科技含量不高，很難實現(xiàn)多功能、復(fù)式、實時監(jiān)測等作業(yè)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)效率不高。當(dāng)前，我國農(nóng)村信息化建設(shè)比較落后，農(nóng)村信息基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，很難在較大范圍內(nèi)推廣和應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新型信息技術(shù)。智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展需要大規(guī)模和集成化，同時人工智能采用的深度學(xué)習(xí)和機(jī)器學(xué)習(xí)依賴于數(shù)據(jù)規(guī)模。小農(nóng)經(jīng)濟(jì)的分散化以及土地流轉(zhuǎn)制度的不完善將不利于智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。五是，農(nóng)村地區(qū)復(fù)合型高素質(zhì)人才不足。目前，我國發(fā)展無人農(nóng)場缺乏能夠操作現(xiàn)代化生產(chǎn)設(shè)備的高素質(zhì)農(nóng)民，以及農(nóng)業(yè)電子信息化研發(fā)的農(nóng)業(yè)科技人員。農(nóng)業(yè)從業(yè)人員整體文化水平偏低，缺乏對農(nóng)民的相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)，缺乏農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理和電子信息化的復(fù)合型人才，農(nóng)業(yè)技術(shù)人員存在較大缺口，尤其是高職稱、高層次的農(nóng)業(yè)人才缺乏。結(jié)語結(jié)合不同國家的無人農(nóng)場的發(fā)展，