郝秋菊

（山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展中心，山西 太原 030002）

近年來(lái)，山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備取得明顯成效，2018年全省農(nóng)作物耕種收的綜合機(jī)械化率達(dá)到68.1%，超出全國(guó)平均水平。山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃（2016年—2020年）提出到2020年全省農(nóng)作物耕種收的綜合機(jī)械化率達(dá)到72%，小麥、玉米、馬鈴薯三大糧食作物耕種收的綜合機(jī)械化率達(dá)到81%以上。截至2018年底，全省農(nóng)機(jī)總動(dòng)力達(dá)到1 441.09×104kW，其中，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)總動(dòng)力達(dá)到1 160.38×104kW，占農(nóng)機(jī)總動(dòng)力的80.52%；電動(dòng)機(jī)總動(dòng)力達(dá)到252.63×104kW，占農(nóng)機(jī)總動(dòng)力的17.53%，在農(nóng)機(jī)總動(dòng)力穩(wěn)步增長(zhǎng)的同時(shí)，全省農(nóng)業(yè)機(jī)械化也在朝著綠色環(huán)保方向邁進(jìn)。單從這個(gè)數(shù)字來(lái)看，全省農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度尚可，但高端農(nóng)機(jī)裝備的應(yīng)用仍然不足。當(dāng)前產(chǎn)業(yè)程度較高的農(nóng)業(yè)機(jī)器人應(yīng)用案例包括自動(dòng)駕駛拖拉機(jī)、植保施藥無(wú)人機(jī)、遙控除草機(jī)器人和自主信息采集無(wú)人機(jī)等。

1 山西省大田農(nóng)業(yè)機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 動(dòng)力機(jī)械

拖拉機(jī)擁有量達(dá)到37.94×104臺(tái)。2017年，壽陽(yáng)縣農(nóng)機(jī)局引進(jìn)拖拉機(jī)無(wú)人駕駛技術(shù)設(shè)備，該設(shè)備直線(xiàn)作業(yè)行精度效率超過(guò)人工，可自動(dòng)分辨不同地塊的邊界線(xiàn)，但因其地頭轉(zhuǎn)彎適應(yīng)性差等原因未能大面積推廣。目前市面上的無(wú)人農(nóng)機(jī)多為通過(guò)執(zhí)行若干條設(shè)定好的程式運(yùn)作，對(duì)環(huán)境的應(yīng)對(duì)能力較弱。2018年10月“超級(jí)拖拉機(jī)I號(hào)”在洛陽(yáng)下線(xiàn)，是我國(guó)發(fā)布的首臺(tái)具備完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的純電動(dòng)無(wú)人駕駛拖拉機(jī)。河南省智能農(nóng)機(jī)創(chuàng)新中心下一步將結(jié)合相關(guān)算法升級(jí)，以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，使“超級(jí)拖拉機(jī)I號(hào)”能夠及時(shí)處理實(shí)際操作中的復(fù)雜環(huán)境問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)真正意義上的無(wú)人化運(yùn)作。2019年第六屆中國(guó)（山西）特色農(nóng)產(chǎn)品交易博覽會(huì)現(xiàn)代新型農(nóng)機(jī)裝備展，展出了一輛無(wú)人駕駛拖拉機(jī)，通過(guò)打4個(gè)點(diǎn)，連成一個(gè)四邊形，形成電子圍欄，農(nóng)業(yè)機(jī)器人只會(huì)在這個(gè)劃定的電子圍欄里，自動(dòng)規(guī)劃路徑進(jìn)行無(wú)人駕駛作業(yè)。它具備自動(dòng)掉頭轉(zhuǎn)彎和倒退功能，能作業(yè)中遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的無(wú)人駕駛。

1.2 耕整地機(jī)械（深松機(jī)）

2015年，山西省農(nóng)機(jī)局開(kāi)始引進(jìn)深松作業(yè)信息監(jiān)管系統(tǒng)，到2018年，項(xiàng)目縣基本都配備了深松作業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，在承擔(dān)深松作業(yè)補(bǔ)助的農(nóng)機(jī)戶(hù)、農(nóng)機(jī)服務(wù)組織的作業(yè)機(jī)組上安裝深松作業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端。農(nóng)機(jī)深松作業(yè)信息化監(jiān)管服務(wù)系統(tǒng)采用衛(wèi)星定位、無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)和深松機(jī)具狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)機(jī)深松作業(yè)過(guò)程、面積、深度等參數(shù)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，支持深松作業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、圖形化顯示、作業(yè)機(jī)具管理、作業(yè)視頻監(jiān)控與合作社管理等功能。通過(guò)在農(nóng)機(jī)專(zhuān)業(yè)合作社與農(nóng)場(chǎng)應(yīng)用示范，充分驗(yàn)證了農(nóng)機(jī)作業(yè)監(jiān)管軟硬件系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠性，能有效滿(mǎn)足農(nóng)機(jī)和農(nóng)田作業(yè)環(huán)境要求。同時(shí)，在深松、機(jī)收、耕整地、播種和田間管理等不同田間作業(yè)類(lèi)型多次試驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)精度能滿(mǎn)足農(nóng)機(jī)作業(yè)補(bǔ)貼監(jiān)管需要。系統(tǒng)監(jiān)管方式靈活，支持作業(yè)面積、作業(yè)視頻和部分作業(yè)質(zhì)量參數(shù)監(jiān)測(cè)需要。系統(tǒng)配置靈活，可面向不同農(nóng)機(jī)作業(yè)類(lèi)型進(jìn)行作業(yè)監(jiān)管，通過(guò)配置不同傳感器，可支持玉米機(jī)收、秸稈還田、機(jī)插秧和深松作業(yè)數(shù)量和質(zhì)量監(jiān)管應(yīng)用。

1.3 田間管理機(jī)械

隨著大量農(nóng)村勞動(dòng)力進(jìn)城務(wù)工，在農(nóng)村從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的勞動(dòng)力不斷減少，這自然就提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的用工成本，加之進(jìn)城務(wù)工人員的工時(shí)費(fèi)高于農(nóng)村，使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)缺乏吸引力，讓農(nóng)戶(hù)不得不提高雇工費(fèi)來(lái)進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，但即便這樣，在病蟲(chóng)害大面積爆發(fā)的時(shí)候，種植戶(hù)還是會(huì)面臨請(qǐng)不到人的困境。而且如果農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格較高，對(duì)農(nóng)戶(hù)來(lái)說(shuō)還有盈利空間；如果農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格較低，賺不到錢(qián)甚至賠錢(qián)，植保無(wú)人報(bào)價(jià)，很多農(nóng)戶(hù)就會(huì)放棄農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。另外，農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)正在加速推進(jìn)，家庭農(nóng)場(chǎng)、種植大戶(hù)越來(lái)越多，對(duì)病蟲(chóng)害防治的需求越來(lái)越大，傳統(tǒng)的背負(fù)式噴霧器難以適應(yīng)大面積、突發(fā)性病蟲(chóng)害防治的需求。

植保無(wú)人機(jī)，又名無(wú)人飛行器，顧名思義是用于農(nóng)林植物保護(hù)作業(yè)的無(wú)人駕駛飛機(jī)，該型無(wú)人飛機(jī)由飛行平臺(tái)（固定翼、直升機(jī)、多軸飛行器）、導(dǎo)航飛控、噴灑機(jī)構(gòu)3部分組成，通過(guò)地面遙控或?qū)Ш斤w控，來(lái)實(shí)現(xiàn)噴灑作業(yè)，可以噴灑藥劑、種子、粉劑等。與傳統(tǒng)植保作業(yè)相比，無(wú)人機(jī)植保作業(yè)具有精準(zhǔn)、高效、環(huán)保、智能化、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，此外，由于植保無(wú)人機(jī)體積小、質(zhì)量輕、運(yùn)輸方便、飛行操控靈活，對(duì)于不同的地塊和作物均具有良好的適用性。據(jù)了解，植保無(wú)人機(jī)與人工作業(yè)相比，一架無(wú)人機(jī)可頂30個(gè)人工，一天8 h可噴灑20～33.33 hm2土地。無(wú)人機(jī)采用領(lǐng)先的微量噴霧技術(shù)，旋翼產(chǎn)生的向下氣流，確保作物的下部葉片或莖均勻著藥，防治效果比人工提高20%，可減少人工投入，變化學(xué)、人工防治為生物、物理防控，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，提高生產(chǎn)效益。

高效植保是農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)全程發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。近年來(lái)，山西省致力于高效植保裝備的引進(jìn)，并探索適用于本省的高效施藥路線(xiàn)。2012年山西省開(kāi)始引進(jìn)農(nóng)用植保無(wú)人機(jī)裝備，截至目前，全省植保無(wú)人機(jī)保有量達(dá)323臺(tái)，累計(jì)作業(yè)面積超過(guò)20×104hm2。

臨汾、運(yùn)城、晉城等多地農(nóng)機(jī)推廣部門(mén)探索農(nóng)用無(wú)人機(jī)果園授粉、葉肥播撒等新功能，拓展農(nóng)用無(wú)人機(jī)的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域。據(jù)介紹，山西省還將繼續(xù)加大新型植保無(wú)人機(jī)的示范和推廣力度，推動(dòng)植保無(wú)人機(jī)技術(shù)向智能化方向發(fā)展。

1.4 其他機(jī)械

目前，山西省種植施肥機(jī)械、收獲機(jī)械、排灌機(jī)械、收獲后處理機(jī)械、農(nóng)產(chǎn)品初加工機(jī)械、農(nóng)用搬運(yùn)機(jī)械、畜牧機(jī)械、農(nóng)業(yè)廢棄物利用處理設(shè)備、農(nóng)田基本建設(shè)機(jī)械等正朝著智能化方向發(fā)展。

2 山西發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)器人的制約因素及對(duì)策

目前，山西省農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在農(nóng)機(jī)產(chǎn)品種類(lèi)不全、品質(zhì)不高、中高端產(chǎn)品供給不足、農(nóng)業(yè)裝備制造關(guān)鍵零部件受制于人，特別是特色農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備技術(shù)基礎(chǔ)性研究薄弱，農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合不緊密等諸多問(wèn)題，制約著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展需求，還待轉(zhuǎn)型升級(jí)。要以習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想為指導(dǎo)，認(rèn)真貫徹落實(shí)黨中央、國(guó)務(wù)院和省委省政府決策部署，牢固樹(shù)立創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享的發(fā)展理念，以推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革為主線(xiàn)，以適應(yīng)農(nóng)業(yè)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變、提質(zhì)增效需求為導(dǎo)向，以推動(dòng)農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、提高現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)裝備支撐能力為目標(biāo)，以填空白、補(bǔ)短板、提質(zhì)量為著力點(diǎn)，從供給側(cè)和需求側(cè)兩端發(fā)力，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)機(jī)器人重點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，推動(dòng)信息化、智能化等先進(jìn)技術(shù)與農(nóng)機(jī)裝備制造技術(shù)的深度融合和農(nóng)機(jī)裝備與農(nóng)藝技術(shù)有機(jī)融合。通過(guò)自主研發(fā)、集成創(chuàng)新，快速促進(jìn)山西省先進(jìn)、適用、安全、可靠的農(nóng)業(yè)機(jī)器人發(fā)展。

要立足山西特色農(nóng)業(yè)，以基礎(chǔ)研究為根本，融合傳感、控制、信息獲取、移動(dòng)計(jì)算等機(jī)器人技術(shù)，推進(jìn)山西省農(nóng)業(yè)機(jī)器人發(fā)展。一是發(fā)展能實(shí)現(xiàn)播深調(diào)控、種肥遠(yuǎn)距離輸送、高速播種、健壯苗識(shí)別、膜上栽植、智能化監(jiān)控，并適應(yīng)不同栽培模式的高速精量移栽機(jī)器人；二是發(fā)展能實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃、病蟲(chóng)草害快速識(shí)別及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸與處理、變量噴霧控制、高地隙智能精準(zhǔn)施藥的植保機(jī)器人；三是發(fā)展能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供種、自?xún)?、定量定位、零速投種、智能控制的精密播種機(jī)器人；四是發(fā)展能實(shí)現(xiàn)水分自動(dòng)測(cè)量、真空低溫干燥、熱風(fēng)真空雙效干燥、紅外真空組合干燥、太陽(yáng)能谷物干燥的烘干控制機(jī)器人；五是發(fā)展能監(jiān)測(cè)畜舍養(yǎng)殖環(huán)境數(shù)據(jù)，智能調(diào)控環(huán)境的養(yǎng)殖巡檢機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)禽畜健康狀況智能識(shí)別，飼喂系統(tǒng)、環(huán)境智能調(diào)節(jié)；六是發(fā)展能抗氣蝕、磨蝕、高抗堵、低流量低能耗精準(zhǔn)控制水肥一體化噴滴灌機(jī)器人。

在關(guān)鍵零部件方面，針對(duì)中高檔零部件基本依賴(lài)進(jìn)口的突出問(wèn)題，加快關(guān)鍵零部件試驗(yàn)研究，為高水平、高精度、高質(zhì)量農(nóng)業(yè)機(jī)器人零部件的研制與生產(chǎn)提供保障。研發(fā)用于農(nóng)業(yè)機(jī)器人行走裝置與機(jī)械臂的高效率高可靠性的農(nóng)業(yè)機(jī)器人靜液壓驅(qū)動(dòng)裝置和新型節(jié)能環(huán)保動(dòng)力裝置；研發(fā)集懸浮液壓結(jié)構(gòu)、集成電控單元和轉(zhuǎn)角傳感技術(shù)的轉(zhuǎn)向橋及其懸浮系統(tǒng)；研發(fā)作業(yè)質(zhì)量、作物物理特性視覺(jué)轉(zhuǎn)換等農(nóng)業(yè)機(jī)械專(zhuān)用傳感器；研發(fā)生產(chǎn)集身份識(shí)別、導(dǎo)航定位、工況監(jiān)測(cè)、產(chǎn)量監(jiān)測(cè)于一體的農(nóng)業(yè)機(jī)器人智能化控制作業(yè)系統(tǒng)；研發(fā)具有精確控制策略的智能作業(yè)電液控制單元。