無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的代際演進(jìn)動(dòng)力及路徑研究

張彥軍，劉利永，李道亮，牛曼麗

（1.北京市科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所，北京 100045；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，北京 100083；3.北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，北京 100029）

農(nóng)場(chǎng)是重要的規(guī)?；⒔M織化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式之一，對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、土地產(chǎn)出率和資源利用率具有重要意義。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力加速提升，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式持續(xù)改進(jìn)，農(nóng)場(chǎng)形態(tài)也隨之經(jīng)歷了1.0到4.0的漫長(zhǎng)演替。農(nóng)場(chǎng)4.0即無(wú)人農(nóng)場(chǎng)，是新一代信息技術(shù)、智能裝備技術(shù)與先進(jìn)種養(yǎng)殖工藝深度融合的農(nóng)場(chǎng)發(fā)展必然趨勢(shì)和終極目標(biāo)。當(dāng)前，與無(wú)人農(nóng)場(chǎng)有關(guān)的信息技術(shù)突飛猛進(jìn)，是無(wú)人農(nóng)場(chǎng)演進(jìn)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素，國(guó)內(nèi)外關(guān)于農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的研究十分廣泛，但是無(wú)人農(nóng)場(chǎng)仍處于概念完善和試驗(yàn)驗(yàn)證階段，關(guān)于無(wú)人農(nóng)場(chǎng)發(fā)展的研究尚為空白。本文基于技術(shù)發(fā)展和歷史演進(jìn)的視角，通過(guò)對(duì)無(wú)人農(nóng)場(chǎng)不同進(jìn)階狀態(tài)的分析，以探究無(wú)人農(nóng)場(chǎng)演進(jìn)的動(dòng)力因素，試圖明確無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的動(dòng)態(tài)演進(jìn)路徑。

1 農(nóng)場(chǎng)1.0到4.0的歷史演替

農(nóng)場(chǎng)因其特殊的規(guī)模效應(yīng)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域扮演著重要角色。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的變遷，是推動(dòng)農(nóng)場(chǎng)歷史演替的核心要素。從傳統(tǒng)農(nóng)耕時(shí)代到當(dāng)今的信息時(shí)代，在漫長(zhǎng)的歷史進(jìn)程中，伴隨農(nóng)業(yè)的發(fā)展，農(nóng)場(chǎng)大致經(jīng)歷了4個(gè)主要的發(fā)展階段。

1.1 農(nóng)場(chǎng) 1.0——傳統(tǒng)農(nóng)場(chǎng)

傳統(tǒng)農(nóng)場(chǎng)是指以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力為根本目的，通過(guò)組織化的方式，大量集中勞動(dòng)力和生產(chǎn)工具，具有土地規(guī)模較大、邊界相對(duì)固定等特點(diǎn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)地。傳統(tǒng)農(nóng)場(chǎng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以人力、畜力為主，勞動(dòng)力和土地處于核心地位，勞動(dòng)工具基本均為鐵器和畜力機(jī)械，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式延續(xù)了古老而原始的傳統(tǒng)農(nóng)耕方式。

傳統(tǒng)農(nóng)場(chǎng)歷史悠久，中國(guó)最早的傳統(tǒng)農(nóng)場(chǎng)是漢武帝時(shí)期（公元196年）開(kāi)始的屯田［1］，屯田制的基礎(chǔ)就是大量連片農(nóng)田形成的農(nóng)場(chǎng)；歐洲傳統(tǒng)農(nóng)場(chǎng)的源頭是中世紀(jì)晚期的封建領(lǐng)主莊園［2］，17世紀(jì)圈地運(yùn)動(dòng)時(shí)期農(nóng)場(chǎng)成為歐洲農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本單位［3］。在20世紀(jì)初以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的農(nóng)業(yè)機(jī)械廣泛使用前，傳統(tǒng)農(nóng)場(chǎng)一直是農(nóng)場(chǎng)的主流形態(tài)，存在了近兩千年。如今只有部分欠發(fā)達(dá)國(guó)家或者立地條件不適宜動(dòng)力機(jī)械作業(yè)的區(qū)域還存在一定比例的傳統(tǒng)農(nóng)場(chǎng)。我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)場(chǎng)基本已消亡，尚存的傳統(tǒng)農(nóng)場(chǎng)規(guī)模較小，普遍轉(zhuǎn)型為以農(nóng)業(yè)休閑為主的農(nóng)耕園區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的價(jià)值早已被文化體驗(yàn)所取代。

1.2 農(nóng)場(chǎng) 2.0——機(jī)械化農(nóng)場(chǎng)

機(jī)械化農(nóng)場(chǎng)是在傳統(tǒng)農(nóng)場(chǎng)基礎(chǔ)上，利用各種動(dòng)力和配套農(nóng)機(jī)具裝備農(nóng)業(yè)，大量使用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械取代人力和畜力作業(yè)，進(jìn)行更加專業(yè)化、社會(huì)化和企業(yè)化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)組織管理的農(nóng)場(chǎng)形態(tài)。機(jī)械化農(nóng)場(chǎng)促進(jìn)了生產(chǎn)力的極大發(fā)展，不僅大幅提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，還顯著降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)由主要依靠勞動(dòng)者數(shù)量增加和土地面積擴(kuò)大的粗放型生產(chǎn)模式，逐步向主要依靠農(nóng)業(yè)機(jī)械等技術(shù)進(jìn)步的集約型生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變。

從全球農(nóng)場(chǎng)的發(fā)展歷史來(lái)看，機(jī)械化農(nóng)場(chǎng)的發(fā)展離不開(kāi)兩次工業(yè)革命的推波助瀾，伴隨農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展，大致經(jīng)歷了三個(gè)階段。半機(jī)械化階段（19世紀(jì)至20世紀(jì)初），傳統(tǒng)農(nóng)場(chǎng)大量使用馬拉收割機(jī)等新式畜力農(nóng)業(yè)機(jī)械［4］?；緳C(jī)械化階段（20世紀(jì)中期前后），第一次工業(yè)革命推動(dòng)以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的拖拉機(jī)逐步取代畜力，其后又出現(xiàn)汽油動(dòng)力和電力，農(nóng)業(yè)機(jī)械逐步由牽引式轉(zhuǎn)向自走式，這一階段歐美主要發(fā)達(dá)國(guó)家先后實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械化［5］。綜合機(jī)械化階段（20世紀(jì)70年代），第二次工業(yè)革命迅速傳導(dǎo)，電氣化農(nóng)業(yè)機(jī)械不斷增多，農(nóng)業(yè)機(jī)械在性能、質(zhì)量、功率、使用率等方面有了巨大提升，并開(kāi)始融合信息通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)科技，逐步向更高階的農(nóng)場(chǎng)形態(tài)過(guò)渡。

我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化起步晚，與之相應(yīng)的機(jī)械化農(nóng)場(chǎng)出現(xiàn)也較晚。新中國(guó)成立初期，我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的基礎(chǔ)十分薄弱，全國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力僅8.1萬(wàn)千瓦，拖拉機(jī)僅200余臺(tái)。改革開(kāi)放后迎來(lái)了機(jī)械化大發(fā)展時(shí)期，尤其是農(nóng)墾的農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、機(jī)耕率、機(jī)播率、機(jī)收率大幅提升。2008年“十七屆三中全會(huì)”首次提出有條件的地方可以發(fā)展家庭農(nóng)場(chǎng)，引發(fā)家庭農(nóng)場(chǎng)迅猛發(fā)展，截至2018年底進(jìn)入農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門(mén)名錄的家庭農(nóng)場(chǎng)有60萬(wàn)家，家庭農(nóng)場(chǎng)成為我國(guó)機(jī)械化農(nóng)場(chǎng)的主角。2019年，以各類農(nóng)場(chǎng)為應(yīng)用主體，全國(guó)農(nóng)作物耕種收綜合機(jī)械化率超過(guò)70%，標(biāo)志著我國(guó)正式進(jìn)入了機(jī)械化農(nóng)場(chǎng)時(shí)期，開(kāi)始向更全面、更高質(zhì)量的機(jī)械化挺進(jìn)。

1.3 農(nóng)場(chǎng) 3.0——自動(dòng)化農(nóng)場(chǎng)

自動(dòng)化農(nóng)場(chǎng)是具有自動(dòng)控制功能的各類農(nóng)業(yè)機(jī)械，通過(guò)農(nóng)場(chǎng)信息管理系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)管理系統(tǒng)，將農(nóng)業(yè)裝備與農(nóng)場(chǎng)管理、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)相互關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理自動(dòng)化的新一代農(nóng)場(chǎng)。自動(dòng)化農(nóng)場(chǎng)為高質(zhì)量推動(dòng)農(nóng)場(chǎng)規(guī)?；?jīng)營(yíng)提供了有力保障，特點(diǎn)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理高度智能，但是仍然離不開(kāi)人的操作和管理。自動(dòng)化農(nóng)場(chǎng)更契合當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的高效、節(jié)約、綠色的理念，有利于節(jié)約生產(chǎn)資料，實(shí)現(xiàn)土地利用率的最大化，在調(diào)動(dòng)土壤生產(chǎn)力和改善環(huán)境方面能夠取得最大的經(jīng)濟(jì)效益和最佳的環(huán)境效益。

自動(dòng)化農(nóng)場(chǎng)的進(jìn)程明顯快于機(jī)械化農(nóng)場(chǎng)，主要分為三個(gè)階段。初步發(fā)展期（20世紀(jì)晚期），電子技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械行走導(dǎo)航、作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控和故障報(bào)警等方面的自動(dòng)化，并隨著農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)等信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用，機(jī)械化農(nóng)場(chǎng)向自動(dòng)化農(nóng)場(chǎng)加速轉(zhuǎn)型［6］。高速發(fā)展期（20世紀(jì)末），隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，農(nóng)業(yè)機(jī)械配備了自動(dòng)控制、GPS等信息化模塊，形成了自動(dòng)化的農(nóng)業(yè)裝備，能部分取代人工作業(yè)［7］。廣泛應(yīng)用期（21世紀(jì)初），智能農(nóng)業(yè)技術(shù)快速發(fā)展，出現(xiàn)了智能農(nóng)機(jī)及其大數(shù)據(jù)平臺(tái)，自動(dòng)化農(nóng)場(chǎng)開(kāi)始向精準(zhǔn)農(nóng)場(chǎng)、智能農(nóng)場(chǎng)發(fā)展［8，9］。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家利用早已實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的優(yōu)勢(shì)，借助網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展，目前大部分農(nóng)場(chǎng)已實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化［10］。

我國(guó)自動(dòng)化農(nóng)場(chǎng)起步于20世紀(jì)80年代農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的研究，以國(guó)家級(jí)、省級(jí)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)為支撐，一些基礎(chǔ)較好的現(xiàn)代化農(nóng)場(chǎng)、農(nóng)業(yè)園區(qū)在自動(dòng)化農(nóng)場(chǎng)的示范應(yīng)用方面開(kāi)展了大量探索，自動(dòng)化農(nóng)場(chǎng)的比例逐步加大，但受生產(chǎn)環(huán)境、成本等因素影響，自動(dòng)化農(nóng)場(chǎng)尚未成為我國(guó)農(nóng)場(chǎng)的主流形態(tài)，總體仍然處于機(jī)械化農(nóng)場(chǎng)向自動(dòng)化農(nóng)場(chǎng)的過(guò)渡階段［11，12］。

1.4 農(nóng)場(chǎng) 4.0——無(wú)人農(nóng)場(chǎng)

無(wú)人農(nóng)場(chǎng)是勞動(dòng)力不進(jìn)入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的情況下，采用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G、機(jī)器人等新一代信息技術(shù)，通過(guò)對(duì)農(nóng)場(chǎng)設(shè)施、裝備、機(jī)械等遠(yuǎn)程控制或智能裝備與機(jī)器人的自主決策、自主作業(yè)，完成所有農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)、管理任務(wù)的一種全天候、全過(guò)程、全空間無(wú)人化生產(chǎn)作業(yè)模式［13］。“無(wú)人化”即裝備代替勞動(dòng)力的所有工作是無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的本質(zhì)，全天候、全空間、全過(guò)程的無(wú)人化作業(yè)是無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的基本特征。無(wú)人農(nóng)場(chǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程的信息感知、定量決策、智能控制、精準(zhǔn)投入和個(gè)性化服務(wù)［14］，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)集約、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

在無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的研究方面，主要發(fā)達(dá)國(guó)家領(lǐng)先于我國(guó)。以作為無(wú)人農(nóng)場(chǎng)研究與應(yīng)用標(biāo)志的農(nóng)業(yè)機(jī)器人為例，以日本為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛啟動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)器人研發(fā)，起步早、投資大、發(fā)展快，20世紀(jì)80年代以來(lái)，嫁接、采摘、除草、移栽、分選和農(nóng)田作業(yè)機(jī)器人相繼研制成功，陸續(xù)進(jìn)入應(yīng)用階段。這些國(guó)家農(nóng)業(yè)規(guī)?；?、多樣化、精確化和設(shè)施農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，有效地促進(jìn)了農(nóng)業(yè)機(jī)器人的發(fā)展［15］。我國(guó)在20世紀(jì)90年代中期才開(kāi)始農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研發(fā)，整體發(fā)展水平和速度仍然不及發(fā)達(dá)國(guó)家。

在試驗(yàn)應(yīng)用方面，全球無(wú)人農(nóng)場(chǎng)總體尚處于發(fā)展早期。發(fā)達(dá)國(guó)家高度自動(dòng)化的農(nóng)場(chǎng)里開(kāi)始大量應(yīng)用各類農(nóng)業(yè)機(jī)器人，農(nóng)場(chǎng)對(duì)人的依賴度越來(lái)越低，幾個(gè)人管理一個(gè)大農(nóng)場(chǎng)的類無(wú)人農(nóng)場(chǎng)比比皆是，真正意義的無(wú)人農(nóng)場(chǎng)即將快速推廣。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外越來(lái)越重視無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的應(yīng)用，出現(xiàn)了許多真正的無(wú)人農(nóng)場(chǎng)，例如2017年英國(guó)哈珀亞當(dāng)斯農(nóng)業(yè)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)率先創(chuàng)建了世界第一個(gè)無(wú)人大田；同年，日本創(chuàng)建第一個(gè)無(wú)人蔬菜農(nóng)場(chǎng)，挪威構(gòu)建第一個(gè)無(wú)人漁場(chǎng)；隨后美國(guó)、澳大利亞、韓國(guó)也陸續(xù)開(kāi)始構(gòu)建無(wú)人農(nóng)場(chǎng)。幾乎是在同一時(shí)間，我國(guó)江蘇、福建、山東、北京等地也開(kāi)始了無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的應(yīng)用探索。國(guó)內(nèi)外爭(zhēng)先恐后的試驗(yàn)應(yīng)用表明，無(wú)人農(nóng)場(chǎng)作為未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的新模式已經(jīng)開(kāi)啟。

2 無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的進(jìn)階形態(tài)

無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的發(fā)展目標(biāo)是以機(jī)器人為主的智能農(nóng)業(yè)裝備深度參與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)“機(jī)器換人”。根據(jù)智能農(nóng)業(yè)裝備參與程度的不同，可將無(wú)人農(nóng)場(chǎng)劃分為三個(gè)不斷進(jìn)階的形態(tài)，依次為遠(yuǎn)程控制、無(wú)人值守和自主作業(yè)的無(wú)人農(nóng)場(chǎng)。

2.1 遠(yuǎn)程控制無(wú)人農(nóng)場(chǎng)

遠(yuǎn)程控制無(wú)人農(nóng)場(chǎng)階段采用遠(yuǎn)程控制技術(shù)，通過(guò)對(duì)設(shè)施、裝備、機(jī)械等的遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)農(nóng)場(chǎng)的無(wú)人化作業(yè)。該階段的特點(diǎn)是僅實(shí)現(xiàn)了機(jī)器代替勞力，還需要人進(jìn)行遠(yuǎn)程操作、參與決策與控制，只是不需要人到現(xiàn)場(chǎng)參與勞作，將人從繁重的體力勞動(dòng)中解放了出來(lái)，因此也可稱作徒手農(nóng)場(chǎng)或有人值守的無(wú)人農(nóng)場(chǎng)。

在遠(yuǎn)程控制無(wú)人農(nóng)場(chǎng)階段，機(jī)器人的管理決策能力尚未成熟，因而需要對(duì)農(nóng)場(chǎng)動(dòng)植物的生長(zhǎng)環(huán)境、動(dòng)植物的生長(zhǎng)狀態(tài)、各種作業(yè)裝備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行24小時(shí)全天候監(jiān)測(cè)，并將各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存入云端，根據(jù)監(jiān)測(cè)信息開(kāi)展農(nóng)場(chǎng)作業(yè)與管理，從而有效提高設(shè)備利用率和管理效率，確保機(jī)器人的作業(yè)過(guò)程安全可靠。

全空間無(wú)人化是遠(yuǎn)程控制無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的主要特征。通過(guò)高精度傳感技術(shù)、電子技術(shù)、地理遙感技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)等綜合應(yīng)用，促使智能化、自動(dòng)化農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備技術(shù)得到快速發(fā)展，這些智能裝備與自動(dòng)駕駛技術(shù)融合，具備了無(wú)人化操作能力，因而在農(nóng)場(chǎng)的任何物理空間和作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，均不需要人的現(xiàn)場(chǎng)介入，只需要通過(guò)遠(yuǎn)程控制，智能化的無(wú)人設(shè)備就能夠完成物理空間的移動(dòng)作業(yè)，并實(shí)現(xiàn)固定裝備與移動(dòng)裝備的無(wú)縫對(duì)接。

2.2 無(wú)人值守?zé)o人農(nóng)場(chǎng)

無(wú)人值守?zé)o人農(nóng)場(chǎng)階段無(wú)需專人24小時(shí)在監(jiān)控室對(duì)農(nóng)場(chǎng)裝備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，系統(tǒng)可以自主巡航作業(yè)，但仍需要人的參與，主要是進(jìn)行作業(yè)指令的下達(dá)與生產(chǎn)管理的決策。該階段人參與農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程的時(shí)間大大縮短，無(wú)需時(shí)刻值守，必要時(shí)參與決策管理即可。

在無(wú)人值守?zé)o人農(nóng)場(chǎng)階段，各類農(nóng)業(yè)機(jī)器人的數(shù)量不斷增多，不同形態(tài)和功能的機(jī)器人間的協(xié)同協(xié)作更加緊密，同時(shí)各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模型逐步成熟，信息系統(tǒng)的智能規(guī)劃和閉環(huán)控制能力更趨強(qiáng)大，基本能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)的全程自動(dòng)控制，農(nóng)場(chǎng)與人的交互進(jìn)一步減少，人在農(nóng)場(chǎng)中的角色實(shí)現(xiàn)了從控制者到?jīng)Q策者的轉(zhuǎn)變。

全天候無(wú)人化是無(wú)人值守?zé)o人農(nóng)場(chǎng)的主要特征。利用人工智能、視頻監(jiān)控、圖像識(shí)別等技術(shù)，集成農(nóng)業(yè)專家智慧與知識(shí)的決策支持系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)場(chǎng)可視化遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制、災(zāi)害預(yù)警等智能管理，即使在無(wú)人值守的情況下，包括機(jī)器人在內(nèi)的各類智能設(shè)備也能按照既定的作業(yè)規(guī)劃開(kāi)展全天候作業(yè)，無(wú)需人的實(shí)時(shí)操控。

2.3 自主作業(yè)無(wú)人農(nóng)場(chǎng)

自主作業(yè)無(wú)人農(nóng)場(chǎng)階段完全不需要人的參與，農(nóng)場(chǎng)的所有作業(yè)與管理，都由云管控平臺(tái)自主計(jì)劃、自主決策、自主作業(yè)，全體裝備協(xié)同自主完成所有農(nóng)場(chǎng)業(yè)務(wù)，是完全無(wú)人的自主作業(yè)農(nóng)場(chǎng)，也是農(nóng)場(chǎng)發(fā)展的終極形態(tài)。

在自主作業(yè)無(wú)人農(nóng)場(chǎng)階段，農(nóng)業(yè)機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)自主控制、智能決策，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)，綜合協(xié)調(diào)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、動(dòng)植物生長(zhǎng)體征、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)裝備甚至農(nóng)產(chǎn)品的儲(chǔ)運(yùn)分銷等數(shù)據(jù)，作業(yè)管理能夠精確到每一株作物或每一個(gè)動(dòng)物個(gè)體，實(shí)現(xiàn)智能、柔性、精細(xì)化生產(chǎn)作業(yè)，并將人徹底從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理中解放出來(lái)。

全過(guò)程無(wú)人化是自主作業(yè)無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的主要特征。在高度智能化的農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)管理場(chǎng)景中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)、各個(gè)工序都由機(jī)器人自主自動(dòng)完成，特別是業(yè)務(wù)對(duì)接環(huán)節(jié)，均由裝備之間通過(guò)通信和識(shí)別，完成自主對(duì)接，整個(gè)生產(chǎn)管理過(guò)程中無(wú)需人類以任何方式參與。

3 無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的演進(jìn)動(dòng)力

無(wú)論是從傳統(tǒng)農(nóng)場(chǎng)到無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的代際演進(jìn)，還是無(wú)人農(nóng)場(chǎng)自身形態(tài)的進(jìn)階，都離不開(kāi)多種動(dòng)因的共同作用，演進(jìn)的前提是農(nóng)業(yè)已具備按工業(yè)化模式發(fā)展的基礎(chǔ)，真實(shí)而迫切的市場(chǎng)需求是演進(jìn)的源動(dòng)力，技術(shù)進(jìn)步則是演進(jìn)的直接驅(qū)動(dòng)力，不斷利好的農(nóng)業(yè)政策更是加速演進(jìn)的助推器。

3.1 工業(yè)化模式推動(dòng)

長(zhǎng)期以來(lái)，農(nóng)業(yè)人力密集、技術(shù)低端、效益不佳的形象已經(jīng)深入人心。隨著時(shí)代的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，加之資源環(huán)境約束趨緊，正在倒逼農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式加速變革，工業(yè)化發(fā)展模式或許可以成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的有效路徑，這是因?yàn)檗r(nóng)業(yè)已具備按工業(yè)化模式發(fā)展的基礎(chǔ)。

農(nóng)場(chǎng)規(guī)?；蹙?。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家之所以達(dá)到了自動(dòng)化農(nóng)場(chǎng)高度發(fā)展的階段，一個(gè)重要原因是農(nóng)場(chǎng)的規(guī)?；癁樽詣?dòng)化機(jī)械提供了用武之地。近年來(lái)我國(guó)土地流轉(zhuǎn)加快，催生了一大批規(guī)模適度的家庭農(nóng)場(chǎng)、企業(yè)化農(nóng)場(chǎng)。土地的集中，使農(nóng)業(yè)具備了形成規(guī)模效益的基礎(chǔ)，掃清了農(nóng)業(yè)按照工業(yè)化模式發(fā)展的主要障礙。

產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)增強(qiáng)。隨著規(guī)模的不斷擴(kuò)大，家庭農(nóng)場(chǎng)逐漸由家庭式經(jīng)營(yíng)向企業(yè)化經(jīng)營(yíng)轉(zhuǎn)變，即家庭農(nóng)場(chǎng)使用一定的生產(chǎn)資料，以現(xiàn)代化企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理方式，從事商品性農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及與農(nóng)產(chǎn)品直接相關(guān)的經(jīng)營(yíng)活動(dòng)。這一變化為農(nóng)業(yè)賦予了工商業(yè)屬性，農(nóng)業(yè)的外向性將不斷增強(qiáng)，使農(nóng)業(yè)具備了產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)。

勞動(dòng)力要素改觀。農(nóng)村青壯年勞動(dòng)力日益減少是困擾我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的突出問(wèn)題，然而在無(wú)人農(nóng)場(chǎng)時(shí)代，通過(guò)機(jī)器換人，傳統(tǒng)勞動(dòng)力變?yōu)榱烁叨戎悄芑臋C(jī)器人，智能農(nóng)場(chǎng)管理系統(tǒng)摒棄了純經(jīng)驗(yàn)式的耕作模式，使農(nóng)業(yè)勞動(dòng)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(shì)，適合進(jìn)行高強(qiáng)度的具有工業(yè)化特點(diǎn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

抗風(fēng)險(xiǎn)能力提高。農(nóng)業(yè)高風(fēng)險(xiǎn)、低利潤(rùn)的產(chǎn)業(yè)特性較為突出。而無(wú)人農(nóng)場(chǎng)利用信息技術(shù)可以更好地調(diào)控農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境，使其更好地滿足作物生長(zhǎng)需求，從而提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，有利于實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，抗風(fēng)險(xiǎn)能力的提高有助于更好地吸引資本進(jìn)入。

3.2 市場(chǎng)需求拉動(dòng)

我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率較低，加之農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力老齡化迫使人力成本大幅上升，農(nóng)產(chǎn)品成本中勞動(dòng)力成本高達(dá)70%，導(dǎo)致我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格全面超過(guò)國(guó)際水平，缺乏國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。無(wú)人農(nóng)場(chǎng)為我國(guó)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展，提升國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力提供了一條有效的路徑。

低成本發(fā)展路線加速機(jī)器換人。無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的初始成本較高，但是其生產(chǎn)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人力，通過(guò)人工智能可以進(jìn)行高強(qiáng)度作業(yè)，完全可以抵消初始成本，并不斷拉低后期使用成本，實(shí)現(xiàn)邊際成本遞減，有利于緩解我國(guó)農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力成本走高的問(wèn)題。隨著未來(lái)機(jī)器人關(guān)鍵部件性價(jià)比大幅提升，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的普及將不斷提速。

低強(qiáng)度工作要求為機(jī)器人讓路。機(jī)器人是無(wú)人農(nóng)場(chǎng)勞作的主體，人不再?gòu)氖罗r(nóng)業(yè)，或者直接從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的時(shí)間大大縮短，只需發(fā)現(xiàn)和糾正存在的問(wèn)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(duì)人體的危害。

職業(yè)偏好讓人遠(yuǎn)離農(nóng)業(yè)一線。無(wú)人農(nóng)場(chǎng)科技含量高，改變了農(nóng)業(yè)“土、累、臟、窮”的負(fù)面印象，農(nóng)民不再是辛苦和低端的代名詞，能夠較好地平衡工作與生活，符合年輕一代追求“體面”工作的期望，農(nóng)民的職業(yè)體驗(yàn)將徹底改變，有利于吸引年輕人加入。

3.3 技術(shù)進(jìn)步帶動(dòng)

無(wú)人農(nóng)場(chǎng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能為主的新一代信息技術(shù)是實(shí)現(xiàn)無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，技術(shù)的不斷進(jìn)步將帶動(dòng)無(wú)人農(nóng)場(chǎng)早日普及。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為無(wú)人農(nóng)場(chǎng)撐起發(fā)達(dá)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理和服務(wù)中的具體應(yīng)用，就是運(yùn)用各類傳感器、RFID、視覺(jué)采集終端等感知設(shè)備，廣泛采集大田種植、設(shè)施園藝、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)產(chǎn)品物流等領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)信息，進(jìn)行多尺度的可靠傳輸，再將海量農(nóng)業(yè)信息融合、處理后反饋到智能化操作終端，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)、最優(yōu)化控制、智能化管理、系統(tǒng)化物流、電子化交易［16］。物聯(lián)網(wǎng)相當(dāng)于無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是農(nóng)場(chǎng)智能化的基礎(chǔ)，以優(yōu)于人為控制的科學(xué)性與準(zhǔn)確性保持無(wú)人農(nóng)場(chǎng)運(yùn)行。

大數(shù)據(jù)與云計(jì)算技術(shù)共同建構(gòu)無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)寶庫(kù)。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的新型資源要素，通過(guò)對(duì)各種農(nóng)業(yè)對(duì)象、關(guān)系、行為的客觀反映，能夠耦合催化三產(chǎn)融合［17］。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)依托于大數(shù)據(jù)分析，運(yùn)用大數(shù)據(jù)理念、思維及技術(shù)處理農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間潛在聯(lián)系，能夠優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)流程，進(jìn)而指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品流通和消費(fèi)，是實(shí)現(xiàn)無(wú)人農(nóng)場(chǎng)必不可少的關(guān)鍵技術(shù)。云計(jì)算通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)軟件、網(wǎng)絡(luò)、儲(chǔ)存、計(jì)算等資源的統(tǒng)一調(diào)度與管理，在解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的分散性、封閉性及滯后性等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，能夠節(jié)省大量硬件、軟件投入成本，減少對(duì)維護(hù)人員的需求，彌補(bǔ)當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)普遍存在的農(nóng)地高度分散、時(shí)空變異較大、量化與規(guī)模化程度差、穩(wěn)定性和可控程度低等行業(yè)性弱點(diǎn)［18］。利用大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)，能夠持續(xù)建立和豐富無(wú)人農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)管理知識(shí)庫(kù)，并在迭代過(guò)程中超越傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理者的經(jīng)驗(yàn)，形成更加科學(xué)合理的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理的方法論，為機(jī)器換人奠定了知識(shí)基礎(chǔ)。

人工智能技術(shù)讓無(wú)人農(nóng)場(chǎng)擁有會(huì)思考的大腦。機(jī)器換人是無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的核心，能夠替換人的機(jī)器必須像人一樣具備思考能力，在實(shí)際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過(guò)程中進(jìn)行判斷、決策和技能操作，這一重要條件離不開(kāi)人工智能技術(shù)的支撐。人工智能能夠讓無(wú)人農(nóng)場(chǎng)自主進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，在訓(xùn)練過(guò)程中不斷增長(zhǎng)智慧，實(shí)現(xiàn)基于案例、規(guī)則和知識(shí)的推理，從而做出最優(yōu)化的決策，最終形成超越人類的思考能力，促成機(jī)器對(duì)人的完全替代。

3.4 農(nóng)業(yè)政策助推

無(wú)人農(nóng)場(chǎng)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要方向，也將是未來(lái)農(nóng)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的主戰(zhàn)場(chǎng)。我國(guó)老齡化、少子化社會(huì)問(wèn)題加劇，資源環(huán)境約束強(qiáng)，農(nóng)產(chǎn)品的安全保供和優(yōu)化供給成為社會(huì)關(guān)注焦點(diǎn)，這些都促使農(nóng)業(yè)政策不斷優(yōu)化，一系列與無(wú)人農(nóng)場(chǎng)技術(shù)相關(guān)政策的引導(dǎo)和刺激，將加速無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的不斷演進(jìn)。

支持創(chuàng)新與應(yīng)用的農(nóng)業(yè)政策助力無(wú)人農(nóng)場(chǎng)發(fā)展。2015年以來(lái)，《關(guān)于推進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》、《“互聯(lián)網(wǎng)＋”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)3年行動(dòng)實(shí)施方案》、《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》等一系列政策文件均提出了加強(qiáng)現(xiàn)代信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)方面綜合應(yīng)用的要求。在政策的強(qiáng)刺激下，創(chuàng)新鏈、價(jià)值鏈、供應(yīng)鏈將有效聯(lián)通和整體重構(gòu)，技術(shù)的應(yīng)用、示范和推廣將更活躍，加速實(shí)現(xiàn)不同領(lǐng)域的無(wú)人農(nóng)場(chǎng)。

國(guó)家戰(zhàn)略導(dǎo)向推動(dòng)社會(huì)資本深度參與無(wú)人農(nóng)場(chǎng)實(shí)踐。在我國(guó)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、數(shù)字鄉(xiāng)村發(fā)展戰(zhàn)略等多重國(guó)家戰(zhàn)略的推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)巨頭紛紛結(jié)合自身優(yōu)勢(shì)，布局智慧農(nóng)業(yè)，阿里云ET農(nóng)業(yè)大腦落地應(yīng)用，京東以無(wú)人機(jī)農(nóng)林植保服務(wù)為切入點(diǎn)打造智慧農(nóng)業(yè)共同體，百度聯(lián)合研發(fā)農(nóng)業(yè)遙感智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，騰訊借助物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和云平臺(tái)發(fā)力農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理、供應(yīng)鏈管理和產(chǎn)品溯源。在國(guó)家戰(zhàn)略的指引下，更多社會(huì)資本將進(jìn)入未來(lái)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，大大加速無(wú)人農(nóng)場(chǎng)普及。

4 無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的演進(jìn)路徑

世界各國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展先后經(jīng)歷了生產(chǎn)裝備化、裝備數(shù)字化、數(shù)字網(wǎng)聯(lián)化、決策智能化、作業(yè)無(wú)人化等不同階段，且階段間不可逾越，具體到無(wú)人農(nóng)場(chǎng)三種形態(tài)的進(jìn)階，既要經(jīng)歷一個(gè)不斷演進(jìn)的過(guò)程，也有其固有的演進(jìn)規(guī)律。

4.1 從人力操控到遠(yuǎn)程控制

人力操控的機(jī)械化農(nóng)場(chǎng)之所以不能稱其為無(wú)人農(nóng)場(chǎng)，是因?yàn)樵诳臻g、時(shí)間兩個(gè)維度都無(wú)法擺脫人的參與，而遠(yuǎn)程控制農(nóng)場(chǎng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了空間維度的無(wú)人化，因而可以看作是初級(jí)無(wú)人農(nóng)場(chǎng)。

從人力操控農(nóng)場(chǎng)到遠(yuǎn)程控制的無(wú)人農(nóng)場(chǎng)，最直接的動(dòng)因是各類農(nóng)業(yè)機(jī)械和裝備實(shí)現(xiàn)了高度的自動(dòng)化，能夠借助大量的田間設(shè)施、設(shè)備的傳感網(wǎng)絡(luò)獲得準(zhǔn)確的作業(yè)數(shù)據(jù)，并借助智能農(nóng)場(chǎng)系統(tǒng)進(jìn)行線上作業(yè)管理，上述三個(gè)條件同時(shí)具備，才使得非現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程控制得以實(shí)現(xiàn)，從而完成了從人力操控農(nóng)場(chǎng)到遠(yuǎn)程控制無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的演進(jìn)。

遠(yuǎn)程農(nóng)場(chǎng)存在的必要性在于：一是大田、設(shè)施等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)場(chǎng)景的地面平整度、空間距離等方面標(biāo)準(zhǔn)化不足，不具備十分成熟的無(wú)人化作業(yè)條件；二是高度自動(dòng)化的農(nóng)業(yè)機(jī)械尚處于個(gè)體智能階段，不同農(nóng)業(yè)機(jī)械之間的協(xié)同、農(nóng)業(yè)機(jī)械與作業(yè)場(chǎng)景的協(xié)同等還需要依賴有人操作的智能系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)；三是農(nóng)業(yè)動(dòng)植物的本體特征監(jiān)測(cè)手段尚不成熟，尤其是當(dāng)前還難以準(zhǔn)確建立其生長(zhǎng)模型。上述三個(gè)因素一旦突破，遠(yuǎn)程控制的無(wú)人農(nóng)場(chǎng)就可以邁向更高階的無(wú)人農(nóng)場(chǎng)。

4.2 從遠(yuǎn)程控制到無(wú)人值守

無(wú)人值守?zé)o人農(nóng)場(chǎng)的進(jìn)步體現(xiàn)在不僅擺脫了空間約束，還部分?jǐn)[脫了時(shí)間約束，因而比遠(yuǎn)程控制無(wú)人農(nóng)場(chǎng)更先進(jìn)，是無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的中級(jí)階段。無(wú)人值守?zé)o人農(nóng)場(chǎng)雖然還需要人不定期介入生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程，但是已經(jīng)充分實(shí)現(xiàn)了時(shí)間自由，并且人的身份從控制者轉(zhuǎn)變成了決策者。

從遠(yuǎn)程控制無(wú)人農(nóng)場(chǎng)到無(wú)人值守的無(wú)人農(nóng)場(chǎng)，最關(guān)鍵的是農(nóng)業(yè)機(jī)械達(dá)到了高度智能化，不同農(nóng)業(yè)機(jī)械之間的協(xié)同、農(nóng)業(yè)機(jī)械與作業(yè)場(chǎng)景的協(xié)同等完全可以交由智能系統(tǒng)代為實(shí)現(xiàn)，人的主要作用是設(shè)定作業(yè)參數(shù)和進(jìn)行作業(yè)決策。

在無(wú)人值守?zé)o人農(nóng)場(chǎng)階段，人工智能的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，大量的農(nóng)業(yè)機(jī)械和裝備因?yàn)橛辛烁叨戎悄?，因而可以看作是形態(tài)各異的農(nóng)業(yè)機(jī)器人，這一階段的農(nóng)場(chǎng)里由于機(jī)器人頻繁穿梭往來(lái)，與傳統(tǒng)意義上的機(jī)械化農(nóng)場(chǎng)完全是兩種觀感。然而，這一階段由于人工智能應(yīng)對(duì)突發(fā)、復(fù)雜情況的能力不完全具備，同時(shí)由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的試錯(cuò)代價(jià)過(guò)高，無(wú)法完全交由尚未高度成熟的機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)管理，因而還需要人在關(guān)鍵環(huán)節(jié)或時(shí)點(diǎn)介入。

4.3 從無(wú)人值守到自主作業(yè)

自主作業(yè)無(wú)人農(nóng)場(chǎng)徹底擺脫了空間、時(shí)間兩個(gè)維度的約束，因而是名副其實(shí)的無(wú)人農(nóng)場(chǎng)，也是無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的高級(jí)階段，代表了無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的頂級(jí)水平。自主作業(yè)無(wú)人農(nóng)場(chǎng)已經(jīng)成為完全獨(dú)立的生產(chǎn)部門(mén)，作業(yè)過(guò)程與人沒(méi)有任何聯(lián)系，人只需享用已經(jīng)收獲好的農(nóng)產(chǎn)品即可，從此幾千年來(lái)人參與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的歷史將徹底被改寫(xiě)。

從無(wú)人值守?zé)o人農(nóng)場(chǎng)到自主作業(yè)無(wú)人農(nóng)場(chǎng)，主要依賴于超級(jí)人工智能技術(shù)的出現(xiàn)。這一階段，農(nóng)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境將被改造以適應(yīng)自主作業(yè)需求，動(dòng)植物生長(zhǎng)機(jī)理和模型完全被掌握并量化，在超級(jí)人工智能技術(shù)的支撐下，依托無(wú)人化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)，自然環(huán)境、農(nóng)業(yè)設(shè)施、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、農(nóng)業(yè)動(dòng)植物等貌似互不相關(guān)的農(nóng)業(yè)要素之間可以進(jìn)行自主交互，它們之間通過(guò)“對(duì)話”協(xié)同，能夠達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)和管理的最優(yōu)化，最大程度地實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的集約、生態(tài)、高效、優(yōu)質(zhì)、安全，使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)入了“無(wú)人勝有人”的最高境界。