科技驅(qū)動農(nóng)墾邁向智慧農(nóng)場

張瑩瑩

“藏糧于地，藏糧于技”是衡量現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)進步的標志。現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展，離不開機械化和科技的支撐。

10月26日下午，“2018中國國際農(nóng)業(yè)機械展覽會”分論壇“精準農(nóng)業(yè)與智能農(nóng)機論壇”在武漢國際會議中心召開。該論壇旨在破解農(nóng)業(yè)規(guī)模化種植者在農(nóng)業(yè)模式升級、農(nóng)場建設中的焦點問題。

智能農(nóng)機裝備先進技術(shù)與趨勢

上海交通大學教授劉成良在會上介紹了世界農(nóng)業(yè)大國美國、德國、日本、荷蘭、以色列的農(nóng)機智能化發(fā)展戰(zhàn)略，其發(fā)展戰(zhàn)略分別是：以精準農(nóng)業(yè)為戰(zhàn)略的美國，具備裝備制造業(yè)和IT技術(shù)世界領(lǐng)先的工業(yè)基礎，其核心技術(shù)特征是精確、自動化、用戶界面友好、網(wǎng)絡化;以農(nóng)業(yè)4.0為主要戰(zhàn)略的德國，具備重型裝備制造業(yè)行業(yè)領(lǐng)先的工業(yè)基礎，其核心技術(shù)特征是CPS、M2M和IOT;以技術(shù)增值型農(nóng)業(yè)為戰(zhàn)略的日本，具備輕重型農(nóng)機裝備并重，農(nóng)業(yè)機器人行業(yè)領(lǐng)先的工業(yè)基礎，其核心技術(shù)特征是農(nóng)業(yè)信息化，智慧農(nóng)業(yè)和人機界面合作;以農(nóng)業(yè)國際化為戰(zhàn)略的荷蘭，具備設施農(nóng)業(yè)及裝備世界領(lǐng)先的工業(yè)基礎，其核心技術(shù)特征是技術(shù)創(chuàng)新型的農(nóng)業(yè)與工業(yè)相結(jié)合;以創(chuàng)意農(nóng)業(yè)為戰(zhàn)略的以色列，具備精益、集約型農(nóng)業(yè)及農(nóng)機裝備領(lǐng)先的工業(yè)基礎，其核心技術(shù)特征是沙漠農(nóng)業(yè)中的滴灌技術(shù)。

劉成良介紹說，我國則是以全程全面農(nóng)業(yè)機械化為愿景，以人工智能2.0為工業(yè)基礎，向機械化、信息化兩化融合的智能農(nóng)機系統(tǒng)方向發(fā)展。

劉成良表示，智能農(nóng)機系統(tǒng)是指農(nóng)機（復雜農(nóng)機）+智能（感知+決策+控制）+系統(tǒng)（大數(shù)據(jù)+云平臺+物聯(lián)網(wǎng)）。具體而言，在向農(nóng)機智能化發(fā)展過程中，存在一些共性關(guān)鍵技術(shù)，分別是數(shù)字化設計技術(shù)、智能感知技術(shù)、農(nóng)機智能控制技術(shù)和大數(shù)據(jù)、云平臺、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。未來農(nóng)戶可以通過購買智能農(nóng)機系統(tǒng)，實現(xiàn)自己已有農(nóng)機的智能化。

但是，目前我國在農(nóng)機智能化的研究開發(fā)方面存在基礎薄、條件差的問題。相比之下，美國幾家大的農(nóng)機公司，例如約翰迪爾公司、天寶導航有限公司，在短短幾年內(nèi)就已經(jīng)把基于GPS的農(nóng)業(yè)裝備，如拖拉機、聯(lián)合收割機等的自動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，開發(fā)成年產(chǎn)值超過2億美元的產(chǎn)品。

約翰迪爾中國技術(shù)創(chuàng)新中心主任張宏巖表示，智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向是以數(shù)據(jù)為基礎進行即時決策的全自動化精準作業(yè)，即在高質(zhì)量農(nóng)機精準作業(yè)的基礎之上，通過逐漸完善的農(nóng)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，廣泛采集數(shù)據(jù)，發(fā)展成更強大的數(shù)據(jù)體系，最終利用機器學習等方法，達到用人工智能技術(shù)及時自動調(diào)節(jié)機器參數(shù)，并時時提供最優(yōu)農(nóng)業(yè)決策，進而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的智能化。

全自動化精準作業(yè)不僅為每個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)增添了新意義，顛覆性地革新了整體系統(tǒng)，而且?guī)砹诵碌纳虡I(yè)機遇，激發(fā)了新的商業(yè)模式，改變了農(nóng)機的設計與呈現(xiàn)方式。

張宏巖指出，在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，農(nóng)戶通過田間地頭的人工實踐與觀察，概括性總結(jié)經(jīng)驗。但是，在智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，農(nóng)戶將通過獲取全球數(shù)據(jù)，進行自動化實踐，精確到每一株作物?？傊?，大數(shù)據(jù)下的智慧農(nóng)業(yè)，具備既可以實現(xiàn)單純地監(jiān)測和記錄作業(yè)情況的能力，也可以實現(xiàn)模擬、診斷、優(yōu)化和預測農(nóng)業(yè)農(nóng)情境況的能力。最終目的是以數(shù)據(jù)為基礎，以人工智能算法為手段，及時有效地做出更高、更可靠的綜合決策。

墾區(qū)智慧農(nóng)場建設成果

我國智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展在面臨挑戰(zhàn)的同時，也迎來了極佳的機遇：用先進農(nóng)機裝備技術(shù)提升傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，提高農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平，是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的客觀要求。不僅國家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術(shù)研究團隊于農(nóng)田精細平整、精準施肥、拖拉機自動導航、農(nóng)機作業(yè)監(jiān)管服務系統(tǒng)、智慧農(nóng)場系統(tǒng)等方面，在安徽、山東、新疆、山西、河南、內(nèi)蒙古、北京、黑龍江墾區(qū)等地推廣應用了3萬多套系統(tǒng)，取得了顯著的社會經(jīng)濟效益。而且江蘇省農(nóng)墾農(nóng)業(yè)發(fā)展股份有限公司黃海分公司和黑龍江農(nóng)墾七星農(nóng)場，分別在智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展和農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)及農(nóng)業(yè)信息化建設方面努力實現(xiàn)農(nóng)業(yè)智能化和信息化工作。

北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心研究員孟志軍表示，國家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術(shù)研究團隊自主研發(fā)出的1PJ系列農(nóng)田激光精平機，較好地改善農(nóng)田表面平整程度和種床條件。激光控制平地技術(shù)可實現(xiàn)高精度土地平整，其標準偏差值小于3厘米，提高了農(nóng)田灌溉水分布的均勻程度，灌溉均勻度達到85%，田間水利用率達到80%，節(jié)水30%。有利于控制雜草和蟲害，提高了作物產(chǎn)量和質(zhì)量，在哈爾濱管局閻家崗農(nóng)場水田和北安管局遜克農(nóng)場得到很好的示范應用。孟志軍指出，手動駕駛拖拉機導致誤差累計可達10%以上，但是應用了其團隊的自動導向控制系統(tǒng)，可避免跳行和重行，減少了投入，提高了土地利用效率，還可以進行高速作業(yè)，減少勞動強度，增加作業(yè)時間，提高生產(chǎn)率，可降低生產(chǎn)成本3—8元/畝。

據(jù)江蘇省農(nóng)墾農(nóng)業(yè)發(fā)展股份有限公司黃海分公司副總經(jīng)理何彥平介紹，2001年，蘇墾農(nóng)發(fā)黃海分公司率先華東六省一市引進并推廣了“農(nóng)田激光控制平地技術(shù)與機具”。近年來，將農(nóng)田激光平地作業(yè)列入年度與中長期發(fā)展規(guī)劃及募投項目中，每年激光旱平整作業(yè)面積5000畝左右，并在引進激光旱整的基礎上，成功研究開發(fā)了水田激光平地機與作業(yè)技術(shù)，解決了南方水旱輪作區(qū)旱平整難度大、季節(jié)緊張和作業(yè)成本高的難題，并獲得國家發(fā)明專利。激光平地技術(shù)的應用極大地提高了農(nóng)田平整精度，有效改善了麥稻生產(chǎn)條件，大大提高了水資源與農(nóng)藥化肥的利用率，有效促進了農(nóng)業(yè)的增產(chǎn)、增效與節(jié)約生產(chǎn)。

何彥平表示，拖拉機高精度全天候直線行走、苗行間側(cè)深施肥與機械中耕除草及接壟重漏作業(yè)一直是制約高質(zhì)量精準作業(yè)難題。自2004年，蘇墾農(nóng)發(fā)黃海分公司參與農(nóng)業(yè)部組織的赴美精準農(nóng)業(yè)及“3S”技術(shù)培訓團，培訓學習并參觀美國精準農(nóng)業(yè)技術(shù)與作業(yè)現(xiàn)場后，先后組織赴國家智能農(nóng)業(yè)裝備研究中心、黑龍江農(nóng)墾學習調(diào)研。并于2009年在江蘇農(nóng)墾率先引進推廣了“GPS導航自動駕駛系統(tǒng)”，利用衛(wèi)星定位自動駕駛實現(xiàn)了拖拉機高精度直線行走（±2cm）接壟與苗間作業(yè)，并實現(xiàn)了夜間、霧天的全天候作業(yè)，大大提高了作業(yè)質(zhì)量標準、作業(yè)效率，提高土地利用率，搶到了農(nóng)時季節(jié)。同時利用固定基站和同一臺導航拖拉機記憶功能，配套開溝播種聯(lián)合作業(yè)機實現(xiàn)導航精準開溝播種作業(yè)。后期追施肥和打藥采用該導航拖拉機，配套行間苗側(cè)深施肥機進行大小麥行間精準深施肥作業(yè)，提高肥料利用率，減少施肥開口器傷苗，配套寬幅打藥機、撒肥機、直播機固定道導航作業(yè)，減少壓苗和重漏現(xiàn)象。

2016年，在華南農(nóng)業(yè)大學羅錫文院士團隊支持和幫助下，蘇墾農(nóng)發(fā)黃海分公司示范了衛(wèi)星定位導航輕型噴藥撒肥機智能自動駕駛系統(tǒng)，解決分公司在水稻生產(chǎn)全程機械化進程中植保和撒肥作業(yè)存在勞動強度大、工人易出現(xiàn)中毒中暑等問題。經(jīng)初步示范，已基本能滿足農(nóng)場水旱植保施肥無人駕駛作業(yè)，目前正在進一步試驗完善。同時，正在積極引進示范拖拉機與插秧機無人駕駛系統(tǒng)，解決今后人力緊張與成本高的問題。

黑龍江農(nóng)墾七星農(nóng)場于2010年開始信息化建設工作，堅持以發(fā)展信息化帶動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展思路，積極打造墾區(qū)“智慧農(nóng)業(yè)”示范區(qū)。2016年年末，七星農(nóng)場在原有信息化建設基礎上，利用國家項目建設了《七星農(nóng)場黑龍江墾區(qū)大田種植物聯(lián)網(wǎng)應用示范工程項目》，該項目的建設全面開啟了七星農(nóng)場信息化農(nóng)業(yè)發(fā)展的新進程。

黑龍江農(nóng)墾七星農(nóng)場場長彭榮君介紹說，七星農(nóng)場的物聯(lián)網(wǎng)建設內(nèi)容主要包括：第一，農(nóng)場建設了覆蓋全場122萬畝耕地的200個監(jiān)測點，通過視頻裝置和傳感器，不僅可以監(jiān)測作物的長勢情況，還可以提取影響作物生長的水溫、泥溫、水位、二氧化碳、土壤質(zhì)量等要素信息;第二，農(nóng)場建設了20個小型氣象站，它們可以隨時提取影響作物生長的溫濕度、二氧化碳含量、風向風速、光照、蒸發(fā)量和降雨量等要素信息;第三，農(nóng)場建設了20套地下水位監(jiān)測裝置，它們可以隨時提取并監(jiān)測地下水位的變化情況，以便于為農(nóng)場中采取井灌方法種植的水稻，提供決策數(shù)據(jù)信息。

此外，借助建設物聯(lián)網(wǎng)平臺，七星農(nóng)場還延長了生產(chǎn)過程的智能裝置的功能，升級了原有的3S技術(shù)，鏈接了食品質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)，開發(fā)融入了農(nóng)場基礎工作的管理軟件。

目前，七星農(nóng)場正在形成自然環(huán)境、生產(chǎn)種植、資源資產(chǎn)、業(yè)務管理四大方面的農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)。針對形成的大數(shù)據(jù)，七星農(nóng)場通過專家團隊對大數(shù)據(jù)的分析，進一步找出作物生長的規(guī)律，制定規(guī)范的種植模式，逐步實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、管理的信息化。

與會嘉賓一致認為，發(fā)展高水平的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，離不開對農(nóng)業(yè)信息化的投入。同時，智慧農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展也需要必要的規(guī)范和引導。只有如此，才能實現(xiàn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向智慧農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。