蔬菜智慧農(nóng)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及對策研究*

文/邱沛韓 岳丹丹 李沐桐

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程加速，當(dāng)前蔬菜產(chǎn)業(yè)與農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中其他產(chǎn)業(yè)一樣，都面臨著勞動力短缺等問題，智慧農(nóng)機(jī)的推廣與應(yīng)用可以在一定程度上解決當(dāng)前蔬菜產(chǎn)業(yè)所面臨的問題，并能夠?qū)崿F(xiàn)蔬菜的產(chǎn)量與質(zhì)量雙提升，從而加快蔬菜產(chǎn)業(yè)的升級發(fā)展。由于國內(nèi)蔬菜產(chǎn)業(yè)的規(guī)模大都比較小，智慧農(nóng)機(jī)在蔬菜生產(chǎn)過程中很難得到較大規(guī)模的推廣與應(yīng)用。2019年國務(wù)院出臺的一號文再一次將“三農(nóng)”問題提上日程，對智慧農(nóng)機(jī)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用與推廣作出了明確的指示與規(guī)定，進(jìn)一步突出了當(dāng)前農(nóng)業(yè)智慧化的重要性。

我國農(nóng)業(yè)正處于產(chǎn)業(yè)升級階段，農(nóng)機(jī)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要工具，是衡量農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化程度的重要指標(biāo)。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，農(nóng)業(yè)正向現(xiàn)代化、智慧化方向不斷發(fā)展。在夯實(shí)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)，保障農(nóng)產(chǎn)品供給方面，2019年國務(wù)院出臺一號文就明確提出要加強(qiáng)農(nóng)業(yè)核心技術(shù)的各方面突破，培育出一批具有自主創(chuàng)新能力的企業(yè)，從而加快智慧農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的創(chuàng)新；2022年國務(wù)院一號文要求全面梳理短板弱項(xiàng)，加強(qiáng)農(nóng)機(jī)裝備工程化協(xié)同攻關(guān)，加強(qiáng)高端智能機(jī)械研發(fā)制造。本文通過分析智慧農(nóng)機(jī)在我國蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與應(yīng)用，總結(jié)當(dāng)前智慧農(nóng)機(jī)在蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，并針對存在問題提出相應(yīng)的解決方案與對策。

1 蔬菜智慧農(nóng)機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 智慧農(nóng)機(jī)與智慧農(nóng)業(yè)

隨著國家在農(nóng)業(yè)上的投入越來越多，我國農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展開始進(jìn)入到一個(gè)新的階段，智慧農(nóng)業(yè)已經(jīng)成為當(dāng)前國內(nèi)農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。目前智慧農(nóng)業(yè)在學(xué)術(shù)界沒有一個(gè)確切的定義，但在智慧農(nóng)業(yè)所涉及的方面已經(jīng)達(dá)成一定的共識，研究認(rèn)為智慧農(nóng)業(yè)與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等方面關(guān)系密切。這些領(lǐng)域可以幫助在不同空間、時(shí)間上進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，能夠讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境變得智能化、種植實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化、管理與決策智慧化以及信息感知與預(yù)警全程化。

目前，國內(nèi)的智慧農(nóng)機(jī)正在快速發(fā)展，但是發(fā)展水平同其他農(nóng)業(yè)大國還有一定差距，主要體現(xiàn)在單位能耗以及智慧的應(yīng)用規(guī)模上。智慧農(nóng)機(jī)作為智慧農(nóng)業(yè)的重要組成部分，是提升智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展水平的重要手段，因此，提高智慧農(nóng)機(jī)的發(fā)展速度，擴(kuò)大智慧農(nóng)機(jī)的應(yīng)用規(guī)模勢在必行。

智慧農(nóng)機(jī)作為智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中重要的生產(chǎn)工具，從某種層面來講，智慧農(nóng)機(jī)的發(fā)展直接決定了智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展。同時(shí)，可認(rèn)為智慧農(nóng)機(jī)就是將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工具智能化，它是現(xiàn)代科技在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的一種具體表現(xiàn)。它主要采用計(jì)算機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等方面技術(shù)，配合機(jī)器上裝配的傳感器，結(jié)合衛(wèi)星定位等技術(shù)進(jìn)行使用，從而讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)變?yōu)橐粋€(gè)智慧的系統(tǒng)，以便任何操作指令能夠在終端機(jī)器上進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，保證農(nóng)業(yè)活動可以準(zhǔn)確地完成。智慧農(nóng)機(jī)的工作原理主要是通過各類傳感器對農(nóng)機(jī)的各種操作活動進(jìn)行信息采集，比如農(nóng)機(jī)在進(jìn)行收割、播種、插秧、植保等過程中，通過傳感器對這些操作的深度、面積等數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，從而可以在計(jì)算機(jī)平臺上對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)、處理，再利用計(jì)算結(jié)果反饋出最優(yōu)的操作方案，通過指令傳到農(nóng)機(jī)上進(jìn)行農(nóng)業(yè)操作，實(shí)現(xiàn)整個(gè)農(nóng)業(yè)活動的智慧閉環(huán)。智慧農(nóng)機(jī)的系統(tǒng)組成見圖1。

圖1 智慧農(nóng)機(jī)系統(tǒng)組成

1.2 智慧農(nóng)機(jī)主要特點(diǎn)

智慧農(nóng)機(jī)的特點(diǎn)主要可以體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是智慧農(nóng)機(jī)在完成傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)作業(yè)的同時(shí)，可以進(jìn)行農(nóng)機(jī)診斷、控制及通信等工作；二是作業(yè)活動更綠色、環(huán)保，同時(shí)可提升單位作業(yè)效率；三是智慧農(nóng)機(jī)讓整個(gè)農(nóng)業(yè)活動更加精細(xì)化，可以實(shí)時(shí)獲取信息，并對相關(guān)信息進(jìn)行反饋，從而準(zhǔn)確地執(zhí)行操作命令；四是通過衛(wèi)星遙感技術(shù)與傳感器信息采集技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對整個(gè)農(nóng)業(yè)活動的監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)更加精細(xì)的動態(tài)化農(nóng)業(yè)活動；五是智慧農(nóng)機(jī)讓整個(gè)農(nóng)業(yè)活動更加安全、可靠，能夠使整個(gè)操作更加方便，進(jìn)一步改善整個(gè)農(nóng)業(yè)參與者的工作環(huán)境與條件，提升工作效率。相對于傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)，智慧農(nóng)機(jī)的優(yōu)勢明顯，具體見表1。

表1 傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)與智慧農(nóng)機(jī)的對比

國內(nèi)農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展逐漸智慧化，智慧農(nóng)機(jī)不管是在效率、環(huán)保、能耗上都要優(yōu)于傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)，智慧農(nóng)機(jī)將繼續(xù)向智能化、科技化、信息化的方向不斷發(fā)展。

1.3 蔬菜智慧農(nóng)機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀

我國是世界上人口最多的國家，蔬菜生產(chǎn)量與消費(fèi)量在全球范圍內(nèi)都是最大的，但由于國內(nèi)蔬菜生產(chǎn)模式比較傳統(tǒng)，導(dǎo)致化肥、水、農(nóng)藥的消耗量都非常大，同其他農(nóng)業(yè)強(qiáng)國相比，我國蔬菜生產(chǎn)單位能源消耗要高出2~5倍。在我國蔬菜生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中，人力成本占據(jù)整個(gè)生產(chǎn)成本70%左右，從業(yè)人員結(jié)構(gòu)逐漸呈現(xiàn)老齡化的趨勢，這些問題都對蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生限制。在這一背景下，智慧農(nóng)機(jī)的推廣與應(yīng)用將會在一定程度上解決當(dāng)前所面臨問題。以智慧農(nóng)機(jī)作為核心技術(shù)的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，會幫助蔬菜產(chǎn)業(yè)改變原有的生產(chǎn)模式，大幅度地提高蔬菜生產(chǎn)、加工效率，幫助產(chǎn)業(yè)進(jìn)行升級和轉(zhuǎn)型。蔬菜智慧農(nóng)機(jī)的研究，需將先進(jìn)的信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)相結(jié)合，它涉及到蔬菜標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、衛(wèi)星遙感技術(shù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等多方面的技術(shù)。

1.3.1 無人駕駛技術(shù)現(xiàn)狀

蔬菜智慧農(nóng)機(jī)無人駕駛技術(shù)是蔬菜無人化作業(yè)的核心，相較于傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)簡單直線導(dǎo)航控制，智慧農(nóng)機(jī)利用GPS/北斗雙系統(tǒng)進(jìn)行高精準(zhǔn)導(dǎo)航，可改變農(nóng)機(jī)的作業(yè)路徑，開創(chuàng)多機(jī)群協(xié)同作業(yè)模式，讓農(nóng)機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎、掉頭等復(fù)雜作業(yè)控制，可以將工作效率進(jìn)一步提升。智慧農(nóng)機(jī)無人操作系統(tǒng)的整個(gè)控制原理如圖2所示，其無人駕駛系統(tǒng)主要由檢測單元、控制單元、執(zhí)行單元、監(jiān)控單元4個(gè)模塊組成，在現(xiàn)有農(nóng)機(jī)基礎(chǔ)上，增加雷達(dá)、相機(jī)等設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)田間的循跡作業(yè)，可根據(jù)作業(yè)環(huán)境制定相應(yīng)的無人作業(yè)方案。

圖2 智慧農(nóng)機(jī)無人駕駛控制系統(tǒng)

目前蔬菜智慧農(nóng)機(jī)采用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠?qū)⒏乩寐侍嵘?%~10%，同時(shí)可以將農(nóng)業(yè)操作誤差控制在3cm以內(nèi)，將整個(gè)操作過程的工作量降低50%以上。

1.3.2 生產(chǎn)管理技術(shù)現(xiàn)狀

基于蔬菜智慧農(nóng)機(jī)，研發(fā)出一套蔬菜生產(chǎn)的智慧農(nóng)機(jī)管理平臺，實(shí)現(xiàn)蔬菜生產(chǎn)過程中涉及的起壟、植保、灌溉、收獲等作業(yè)管理。在現(xiàn)有的智慧管理平臺中，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)對蔬菜生產(chǎn)全過程進(jìn)行管控?；诖髷?shù)據(jù)技術(shù)，建立了蔬菜在生產(chǎn)環(huán)節(jié)的氣象、土壤、病害等數(shù)據(jù)庫，并利用數(shù)據(jù)庫分析建立了最優(yōu)生產(chǎn)環(huán)境調(diào)控、病蟲害診斷、成長狀態(tài)分析等模型，制定了蔬菜不同品種、不同生產(chǎn)環(huán)境、不同生產(chǎn)階段的最佳生產(chǎn)方案，然后向智慧農(nóng)機(jī)集群傳送相應(yīng)的指令，從而對整個(gè)蔬菜生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)全程監(jiān)控管理?，F(xiàn)有的智慧農(nóng)機(jī)利用生產(chǎn)管理平臺采集蔬菜生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，將原有“看天吃飯”式生產(chǎn)，變成以大數(shù)據(jù)為生產(chǎn)依據(jù)，利用技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)作業(yè)智能生產(chǎn)模式。當(dāng)前的智慧農(nóng)機(jī)系統(tǒng)采用機(jī)載設(shè)備與數(shù)據(jù)平臺相結(jié)合的模式，可通過智慧農(nóng)機(jī)平臺分析作業(yè)量、病蟲害類型。另外，還能預(yù)測農(nóng)產(chǎn)品的漲勢、病蟲害的時(shí)間、產(chǎn)量等信息。此外，這一平臺還能為從業(yè)人員提供技術(shù)支持，提高整個(gè)生產(chǎn)過程的智慧化管理水平。

1.3.3 起壟、移栽與灌溉技術(shù)現(xiàn)狀

蔬菜智慧農(nóng)機(jī)在種植過程中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在起壟移栽與灌溉等方面。起壟是大部分蔬菜種植環(huán)節(jié)中不可或缺的一步，這一環(huán)節(jié)可以起到保溫、防澇的作用。智慧化農(nóng)機(jī)在蔬菜起壟環(huán)節(jié)，可以利用軌跡檢測、圖像采集等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)起壟的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，利用智慧農(nóng)機(jī)進(jìn)行起壟操作，可以將壟行在直線度上面的偏差控制在2 cm以內(nèi)，從而減少了土地資源的浪費(fèi)，將蔬菜的種植標(biāo)準(zhǔn)化提升到一個(gè)新的水平。智慧農(nóng)機(jī)系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷作業(yè)，將從業(yè)人員從高強(qiáng)度的勞作中解放出來，現(xiàn)有的智慧農(nóng)機(jī)在起壟環(huán)節(jié)上能夠達(dá)到3500 m2/h。

傳統(tǒng)的澆水、增肥主要依靠人工經(jīng)驗(yàn)來判斷，在一定程度上會造成水、肥等資源的浪費(fèi)，并可能造成相應(yīng)環(huán)境污染。當(dāng)前采用智慧農(nóng)機(jī)系統(tǒng)對蔬菜進(jìn)行灌溉，不但能夠保證最佳的農(nóng)藥、化肥用量配比，還能夠幫助蔬菜進(jìn)行高效生長?，F(xiàn)有的智慧水肥一體灌溉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（見圖3）是由執(zhí)行、感知兩部分組成的，能夠感知空氣、土壤中的信息，然后利用中控平臺實(shí)現(xiàn)對蔬菜澆水、施肥量的控制。另外，這一系統(tǒng)還能根據(jù)田間信息，適時(shí)調(diào)整灌溉方案與決策，還可以利用手機(jī)APP進(jìn)行遠(yuǎn)程控制灌溉參數(shù)，實(shí)現(xiàn)蔬菜水、肥的按需灌溉。這比傳統(tǒng)的操作更加科學(xué)準(zhǔn)確，更能保證蔬菜產(chǎn)量。

圖3 智慧水肥一體灌溉管控系統(tǒng)

2 蔬菜智慧農(nóng)機(jī)發(fā)展存在問題

目前，蔬菜智慧農(nóng)機(jī)發(fā)展遇到的問題主要包括從業(yè)人員專業(yè)素養(yǎng)低、農(nóng)場生產(chǎn)規(guī)模小、可應(yīng)用場景少以及售后服務(wù)質(zhì)量低等方面。

2.1 從業(yè)人員專業(yè)素養(yǎng)低

根據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，我國農(nóng)業(yè)的從業(yè)人員數(shù)量遠(yuǎn)高于農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家，但是從業(yè)人員的專業(yè)素養(yǎng)相對較低。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，2020年我國農(nóng)業(yè)人員受教育水平在初中以下的數(shù)量超過90%，受接高等教育的人員比例不到2%。另外，參與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人員36歲以上的占了近81%。這表明，當(dāng)前國內(nèi)農(nóng)業(yè)從業(yè)者的文化程度普遍較低，且從業(yè)人員的年齡比較大。而智慧農(nóng)機(jī)屬于高技術(shù)操作領(lǐng)域，這對從業(yè)人員的專業(yè)素養(yǎng)有一定的要求，這也是導(dǎo)致智慧農(nóng)機(jī)在國內(nèi)推廣得慢的主要原因之一。

2.2 生產(chǎn)規(guī)模小

根據(jù)美國農(nóng)業(yè)部2020年發(fā)布的數(shù)據(jù)可知，美國境內(nèi)大型農(nóng)場的數(shù)量有205萬個(gè)，農(nóng)場機(jī)械化水平的應(yīng)用程度也很高。而同時(shí)期我國境內(nèi)的農(nóng)場數(shù)量還不到2000個(gè)，占總體耕地面積的比例小。智慧農(nóng)機(jī)采用的設(shè)備、技術(shù)都比較先進(jìn)，一般情況下，一套智慧農(nóng)機(jī)的采購價(jià)格在幾十萬元左右，所以產(chǎn)生的投資成本比較大，而國內(nèi)的蔬菜生產(chǎn)規(guī)模一般比較小，回本的時(shí)間較長，這就導(dǎo)致很多從業(yè)人員直接在生產(chǎn)中排除使用智慧農(nóng)機(jī)系統(tǒng)。

2.3 應(yīng)用場景少

目前國內(nèi)蔬菜種植采用智慧農(nóng)機(jī)生產(chǎn)仍處于探索階段，短時(shí)間內(nèi)的應(yīng)用量并不理想。我國可用于種植蔬菜的耕地面積較小，種植區(qū)域多山地、少平原的特點(diǎn)導(dǎo)致難以大規(guī)模采用智慧農(nóng)機(jī)。另外，由于還有地形與氣候的原因，北方的平原居多，南方的丘陵居多，所以在智慧農(nóng)機(jī)的應(yīng)用上，北方要快于南方。

2.4 售后服務(wù)質(zhì)量低

智慧農(nóng)機(jī)涉及的技術(shù)比較先進(jìn)，現(xiàn)有的農(nóng)機(jī)服務(wù)站還無法對這一類型的機(jī)械進(jìn)行維修?，F(xiàn)有的智慧農(nóng)機(jī)服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)不健全，農(nóng)機(jī)的基層服務(wù)體系比較弱，售后技術(shù)支持人才比較短缺。再有就是現(xiàn)有的服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)的管理與監(jiān)督機(jī)制都不太規(guī)范，使得智慧農(nóng)機(jī)缺少競爭力，很難形成高質(zhì)量的社會化服務(wù)。

3 蔬菜智慧農(nóng)機(jī)發(fā)展對策

3.1 加大政策引導(dǎo)

我國農(nóng)業(yè)發(fā)展已經(jīng)邁進(jìn)一個(gè)新的階段，政府層面應(yīng)加大對智慧農(nóng)機(jī)的推廣力度，運(yùn)用大數(shù)據(jù)來引導(dǎo)智慧農(nóng)機(jī)發(fā)展。大數(shù)據(jù)是推動農(nóng)業(yè)進(jìn)入現(xiàn)代化的催化劑，是引領(lǐng)農(nóng)業(yè)向智慧化升級的助推器，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)已經(jīng)成為未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要環(huán)節(jié)之一。國家可以通過推動農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)區(qū)建設(shè)，建立相應(yīng)的示范區(qū)以及推廣相關(guān)應(yīng)用，可以利用5G、衛(wèi)星定位等先進(jìn)技術(shù)獲取較多的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，從而建立智慧農(nóng)機(jī)的綜合數(shù)據(jù)平臺。另外，政府層面應(yīng)對智慧農(nóng)機(jī)的管理系統(tǒng)進(jìn)一步完善，形成一套自動生成作業(yè)面積、辦公與業(yè)務(wù)自動化的作業(yè)體系；培養(yǎng)一支系統(tǒng)、科學(xué)的智慧農(nóng)機(jī)服務(wù)隊(duì)伍。

3.2 給予財(cái)政支持

購買智慧農(nóng)機(jī)的補(bǔ)貼政策需要進(jìn)一步完善。對購買智慧農(nóng)機(jī)的個(gè)人或企業(yè)應(yīng)當(dāng)給予一定額度的財(cái)政補(bǔ)貼，必要的時(shí)候可以加大財(cái)政補(bǔ)貼力度。也可以開展以舊換新的業(yè)務(wù)，進(jìn)一步提高智慧農(nóng)機(jī)的利用效率。支持智慧農(nóng)機(jī)項(xiàng)目的快速啟動，積極推進(jìn)科研成果轉(zhuǎn)化的融資渠道，建立更加方便的保障制度和體系，提供農(nóng)機(jī)具抵押貸款、保險(xiǎn)補(bǔ)助等通道，以便降低經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)，拓寬智慧農(nóng)機(jī)市場。

3.3 加大專業(yè)型人才培養(yǎng)力度

產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開人才的培養(yǎng)。目前國內(nèi)蔬菜產(chǎn)業(yè)的從業(yè)人員大多文化水平相對較低，而智慧農(nóng)機(jī)屬于一種高新技術(shù)，因此智慧農(nóng)機(jī)很難推廣開來。所以，應(yīng)加強(qiáng)對從業(yè)人員的培養(yǎng)，加大對智慧農(nóng)機(jī)應(yīng)用的推廣，培養(yǎng)智慧農(nóng)機(jī)方面的領(lǐng)軍人才隊(duì)伍，以保障智慧農(nóng)機(jī)在未來發(fā)展上有強(qiáng)大的軟實(shí)力。

4 結(jié)論

智慧農(nóng)機(jī)的發(fā)展對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與升級至關(guān)重要，本文從我國蔬菜智慧農(nóng)機(jī)的現(xiàn)狀出發(fā)，對當(dāng)前智慧農(nóng)機(jī)在蔬菜生產(chǎn)上存在的問題進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上對蔬菜智慧農(nóng)機(jī)未來的發(fā)展從政策、財(cái)政、人才培養(yǎng)等方面提出了相應(yīng)的建議，為今后蔬菜智慧農(nóng)機(jī)的推廣與應(yīng)用提供參考。