上海糧食生產(chǎn)無人農(nóng)場建設(shè)的現(xiàn)狀、問題與路徑建議

■施 忠 邢增濤

習近平總書記曾指出“中國人要把飯碗端在自己手里，而且要裝自己的糧食”，“農(nóng)業(yè)要振興，就要插上科技的翅膀，就要靠優(yōu)秀的人才、先進的設(shè)備”。智能化、無人化高效生產(chǎn)是我國糧食生產(chǎn)安全的科技保障。上海有150余萬畝的水稻種植面積，全程機械化率超過了96%，但近年來也面臨嚴重的勞動力危機，“如何種地，誰來種地”將成為糧食生產(chǎn)面臨的嚴峻現(xiàn)實問題。作為國際大都市，如何充分發(fā)揮科技引領(lǐng)與人才聚集優(yōu)勢，進一步提升農(nóng)業(yè)機械化及智能化水平，在糧食生產(chǎn)無人農(nóng)場建設(shè)方面先行先試，實現(xiàn)全國性技術(shù)引領(lǐng)、建立標桿示范作用，成為了農(nóng)業(yè)農(nóng)村高質(zhì)量發(fā)展的當務之急。

一、上海糧食生產(chǎn)無人農(nóng)場建設(shè)的現(xiàn)狀

無人農(nóng)場是指采用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G、機器人等新一代信息技術(shù)，通過對農(nóng)場設(shè)施、裝備、機械等遠程控制或智能裝備與機器人的自主決策、自主作業(yè)，完成所有農(nóng)場生產(chǎn)、管理任務的一種全天候、全過程、全空間的無人化生產(chǎn)模式。近年來無人農(nóng)場不斷發(fā)展進步。

（一）國外現(xiàn)狀

國際農(nóng)機巨頭正在探索建立農(nóng)機智能控制系統(tǒng)和精準作業(yè)系統(tǒng)平臺。如：美國凱斯公司發(fā)布了先進農(nóng)作系統(tǒng)，實現(xiàn)了農(nóng)機自動導航輔助駕駛、作業(yè)過程智能調(diào)控和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程智能管理及精準決策；美國迪爾公司推出綠色之星系統(tǒng)，基于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)實現(xiàn)了農(nóng)機自動導航輔助駕駛；德國克拉斯的高效農(nóng)業(yè)系統(tǒng)也實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程裝備的智能作業(yè)控制和優(yōu)化決策。目前，國外農(nóng)機裝備正向著智能化、信息化方向發(fā)展，但受限于法律、科技、經(jīng)濟等諸多因素影響，國外農(nóng)機無人農(nóng)場尚未實際落地運行。

（二）國內(nèi)現(xiàn)狀

我國在農(nóng)機作業(yè)過程智能調(diào)控和自動導航駕駛技術(shù)方面起步較晚，但近5年發(fā)展較快，農(nóng)機自動導航輔助駕駛技術(shù)已完全成熟并開始大量推廣應用。近年來，上海聯(lián)適、華測、合眾思壯、司南、無錫卡爾曼、哈爾濱星途、豐疆智能等公司都相繼推出了農(nóng)機自動導航輔助駕駛產(chǎn)品，中國農(nóng)機院、國家農(nóng)業(yè)智能裝備中心、華南農(nóng)大、南京天辰、雷沃阿伯斯、中聯(lián)重機等科研機構(gòu)和公司也相繼推出了農(nóng)機作業(yè)過程智能調(diào)控系統(tǒng)等，但目前仍無法實現(xiàn)無人化生產(chǎn)的真正落地和商業(yè)化運行。

（三）上海現(xiàn)狀

近年來，上海不斷加強頂層設(shè)計，積極溝通協(xié)調(diào)，重點聚焦基礎(chǔ)條件較好的高標準農(nóng)田，因地制宜推進無人農(nóng)場探索工作。2019年上實公司聯(lián)合江蘇大學、上海交大開始農(nóng)機無人駕駛和農(nóng)業(yè)全過程無人系統(tǒng)研究，目前已完成18臺農(nóng)機無人化改裝，并在實際生產(chǎn)中逐步投入使用。2020年起嘉定外岡開展無人農(nóng)場規(guī)劃和建設(shè)，1年多時間已初步實現(xiàn)了300畝水稻耕、種、管、收無人化生產(chǎn)作業(yè)。2021年市農(nóng)科院和青浦區(qū)聯(lián)合申報了國家發(fā)改委、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的“長三角水稻生產(chǎn)全程機械化科研基地（上海）項目”，重點推進水稻無人化生產(chǎn)技術(shù)。目前，本市在前期關(guān)鍵技術(shù)研究及示范性應用試驗探索已走在全國前列，并建設(shè)完成了農(nóng)機物聯(lián)網(wǎng)管理平臺，形成“精準作業(yè)、指揮調(diào)度、安全監(jiān)管”三位一體管理體系，有效促進各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料科學配置，推動本市農(nóng)機化與數(shù)字化、信息化融合發(fā)展。

二、上海糧食生產(chǎn)無人農(nóng)場建設(shè)存在的問題

無人農(nóng)場的最終目的是實現(xiàn)高質(zhì)高效的自動化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，但從目前上海的實踐和國內(nèi)其他地區(qū)的示范性試驗看，要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用還存在一些問題需要解決或完善。

（一）無人化農(nóng)機的關(guān)鍵技術(shù)需進一步突破

一是雖然農(nóng)機自動駕駛等技術(shù)的研究較多，但市場上缺乏標準化、系列化的量產(chǎn)無人化農(nóng)機產(chǎn)品，目前基本采用對現(xiàn)有農(nóng)機進行無人化改造的方式；二是種植機械和植保機械的無人化改造技術(shù)相對成熟，但拖拉機和半喂入收割機還存在無人化改造難點；三是目前無人化改造尚側(cè)重于自動導航駕駛功能實現(xiàn)，缺乏作業(yè)過程信息感知與智能控制的融合，如耕深檢測控制、漏播漏種監(jiān)測、割臺和喂入量控制、倒伏檢測、多機協(xié)同作業(yè)等，還不能完全實現(xiàn)無人化生產(chǎn)效率和作業(yè)質(zhì)量的最大化。

（二）無人化作業(yè)的農(nóng)田設(shè)施建設(shè)需進一步提升

一是雖然目前高標準農(nóng)田建設(shè)已經(jīng)滿足大型農(nóng)業(yè)機械作業(yè)需求，但部分設(shè)施的設(shè)計建設(shè)，如田塊規(guī)模與長寬設(shè)置、出入農(nóng)田坡道、過田埂等不利于無人化生產(chǎn)作業(yè)；二是農(nóng)機庫房建設(shè)比較滯后，絕大部分農(nóng)機面臨“住房難”問題，即使有房可住，布局不合理，不利于自動出入庫；三是通信設(shè)施、道路感知標識、智能傳感器等信息化基建較為滯后，目前無人化作業(yè)前須對作業(yè)地塊預先打點標記，不同企業(yè)農(nóng)機產(chǎn)品標準不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)共享程度低，效率較低。

（三）無人農(nóng)場的管控運營需進一步優(yōu)化

一是無人農(nóng)場建設(shè)是一項系統(tǒng)工程，需要不斷探索完善，目前尚缺乏配套政策和法規(guī)，如先行先試階段的扶持措施、無人化生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范及標準、無人化農(nóng)機使用的安全法規(guī)等；二是隨著無人農(nóng)場的逐漸推廣和成熟，將促使傳統(tǒng)農(nóng)民向利用高科技手段的“新農(nóng)人”轉(zhuǎn)變，需要探索適度規(guī)模經(jīng)營和新型職業(yè)農(nóng)民培養(yǎng)的新機制；三是未來面向無人農(nóng)場的社會化服務組織，需建立一套規(guī)范完善的“產(chǎn)品－培訓－服務－售后”新型服務體系。

三、上海無人農(nóng)場建設(shè)的總體構(gòu)想與路徑選擇

（一）目標定位

上海市深入貫徹落實黨中央、國務院關(guān)于實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的決策部署，銳意創(chuàng)新、敢闖敢試，開展前瞻性布局，研究制定了《上海市推進農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展行動方案（2021－2025年）》（滬府〔2020〕84號）、《上海市鄉(xiāng)村振興“十四五”規(guī)劃》（滬府發(fā)〔2021〕9號），提出了到2025年打造10萬畝糧食生產(chǎn)無人農(nóng)場，并打造嘉定數(shù)字化無人農(nóng)場產(chǎn)業(yè)片區(qū)。羅錫文院士來滬調(diào)研時也提出：上海在無人農(nóng)場建設(shè)方面裝備基礎(chǔ)好、科技人才優(yōu)勢突出，前期關(guān)鍵技術(shù)研究及示范性應用試驗探索已走在全國前列。在示范試驗型向生產(chǎn)應用型無人農(nóng)場發(fā)展的新階段應繼續(xù)先行先試，引領(lǐng)全國發(fā)展，積極輸出無人農(nóng)場建設(shè)上海方案及模式。

（二）建設(shè)思路

無人農(nóng)場是一項系統(tǒng)工程，為形成良好的推動機制，上海堅持高位推動，多次進行上海無人農(nóng)場方案設(shè)計與論證，并組織上海交大、華南農(nóng)大、聯(lián)適導航、世達爾公司等國內(nèi)領(lǐng)先的科研、生產(chǎn)及推廣應用團隊，形成技術(shù)合力。下一步，將在前期試點基礎(chǔ)上，遵循“由易到難、梯次推進”的原則，重點聚焦十三個綠色田園先行片區(qū)，綜合考慮農(nóng)田、信息化、配套庫房等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)情況，挑選條件相對成熟的地區(qū)，引導各方力量，加強協(xié)作攻關(guān)，因地制宜開展試驗、示范、推廣，有序推進10萬畝糧食生產(chǎn)無人農(nóng)場建設(shè)，逐步建立一套標準化、精細化、智能化的產(chǎn)銷管理模式。

一是生產(chǎn)無人化。使用無人駕駛、自動導航、遠程控制等技術(shù)，對農(nóng)機狀態(tài)和作業(yè)信息實時監(jiān)控，實現(xiàn)田間耕種管收全程無人化精準作業(yè)。

二是管理智能化。集成無人機、氣象監(jiān)測、田間傳感器等立體監(jiān)測體系，通過農(nóng)情和生長態(tài)勢監(jiān)測，實現(xiàn)水、肥、藥等智能預警、決策和管控。

三是服務社會化。打造新型農(nóng)機專業(yè)服務組織，采取訂單式、托管式、委托式、預約式等方式，全方位開展無人農(nóng)機社會化服務。

四是產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)化。打造區(qū)域式產(chǎn)業(yè)集成，全面實現(xiàn)標準化生產(chǎn)、精細化管理一條龍服務，提高大米品質(zhì)，推動品牌建設(shè)，讓上海人吃上自己的優(yōu)質(zhì)大米。

（三）推進步驟

1.第一期：現(xiàn)有農(nóng)機無人化改造

以500－1000畝高標準農(nóng)田為單位，針對現(xiàn)有主要品牌的農(nóng)機設(shè)計電控化改造方案，進行智能化提升，具體包括拖拉機、高速插秧機、精量穴播機、噴桿噴霧機和聯(lián)合收割機。同時，配套建設(shè)農(nóng)田改造、通訊導航基站等，根據(jù)農(nóng)機出入田塊位置、機具作業(yè)幅寬、最小轉(zhuǎn)彎半徑、車轍重復和交叉限制等，研究完善作業(yè)路徑自適應規(guī)劃與優(yōu)化技術(shù)，從而初步實現(xiàn)糧食耕、種、管、收無人化生產(chǎn)作業(yè)。

2.第二期：無人化作業(yè)試點應用

以2000－3000畝高標準農(nóng)田為單位，制定全域高精度數(shù)字作業(yè)地圖，融合農(nóng)田、機庫、農(nóng)機、農(nóng)具、農(nóng)資等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，設(shè)計遠程交互平臺，合理制定作業(yè)任務和計劃，優(yōu)化無人農(nóng)機調(diào)度和農(nóng)資補給管理，攻關(guān)多機協(xié)同的生產(chǎn)作業(yè)方式，采用無人機等遙感技術(shù)構(gòu)建精量施肥施藥處方圖，進行較大規(guī)模的全過程無人化生產(chǎn)實踐應用。

3.第三期：萬畝標準化推廣應用

以10000畝高標準農(nóng)田為單位，熟化第一、二期的成果，實現(xiàn)從示范研究到產(chǎn)業(yè)化推廣應用。深化與主機企業(yè)的合作開發(fā)，推動開放線控底盤通信協(xié)議，實現(xiàn)農(nóng)機的前置無人化智能改裝。探索糧食生產(chǎn)全過程的農(nóng)機、農(nóng)藝物聯(lián)智能管控體系，集成智能農(nóng)機控制、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)控制、田間數(shù)據(jù)監(jiān)測等綜合功能。構(gòu)建和完善無人農(nóng)機安全作業(yè)體系，為全面推廣無人農(nóng)場建設(shè)提供可借鑒的經(jīng)驗和模式。

四、加快推進無人農(nóng)場建設(shè)的幾點建議

（一）加強頂層設(shè)計，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)推進

進一步加快布局規(guī)劃，細化建設(shè)規(guī)模、建設(shè)內(nèi)容、推進期限、投入預算及效益分析。構(gòu)建上海無人農(nóng)場產(chǎn)、學、研、用創(chuàng)新新機制，邀請知名專家學者領(lǐng)銜科研人才隊伍，組建由農(nóng)場/合作社、農(nóng)機企業(yè)、科研院所構(gòu)成的協(xié)同推進平臺。統(tǒng)籌做好示范區(qū)域選點落地、設(shè)施設(shè)備改造完善、農(nóng)業(yè)技術(shù)優(yōu)化調(diào)整、服務模式變革創(chuàng)新等工作，全力推進相關(guān)項目有序建設(shè)，為全市10萬畝糧食生產(chǎn)無人農(nóng)場建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

（二）加快應用示范，規(guī)范相關(guān)標準

及時、充分總結(jié)無人農(nóng)場示范推廣的經(jīng)驗和成效，以行業(yè)應用層面為落腳點，在無人農(nóng)場建設(shè)、無人化農(nóng)機性能、操作管控技術(shù)、安全生產(chǎn)作業(yè)、高標準農(nóng)田改造、配套設(shè)施布局、通信導航功能、數(shù)據(jù)信息接口、農(nóng)情監(jiān)測能力等領(lǐng)域，建立完善相關(guān)規(guī)程、制度或標準。加大宣貫實施力度，推動無人農(nóng)場全系統(tǒng)規(guī)范化發(fā)展，發(fā)揮標準對農(nóng)機裝備智能化轉(zhuǎn)型升級的引領(lǐng)帶動作用。

（三）加速人才培養(yǎng)，完善服務體系

主動創(chuàng)新求變，培育組建高科技、腦力型“新農(nóng)人”隊伍，探索完善相應的農(nóng)機社會化服務體系，應對無人化生產(chǎn)帶來的革命性變革。推動縱向協(xié)作，建立由農(nóng)機服務主體和智能農(nóng)機企業(yè)構(gòu)成的優(yōu)勢聯(lián)合體，充分發(fā)揮研發(fā)企業(yè)的維修和培訓優(yōu)勢，并通過作業(yè)服務，形成研發(fā)迭代正反饋。推動橫向聯(lián)合，引導建立區(qū)域性農(nóng)機服務中心，充分發(fā)揮資源集聚效應，培育農(nóng)機社會化服務品牌。

（四）加大政策支持，落實專項扶持

目前無人農(nóng)場還處在探索、研發(fā)、示范階段，應加強協(xié)調(diào)溝通，設(shè)計突破性扶持措施。一是設(shè)立無人農(nóng)場領(lǐng)域相關(guān)科研專項，對無人農(nóng)場領(lǐng)域的核心關(guān)鍵技術(shù)，面向全國“揭榜掛帥”，吸引科研領(lǐng)軍人才和尖端團隊開展專項攻關(guān)。二是分階段實施推廣扶持政策，無人農(nóng)場建設(shè)前期因技術(shù)瓶頸和規(guī)模應用較小等因素，投入成本較高，建議采取以獎代補方式，盡可能加大推廣扶持力度。