智能助力“三北”治沙

驚蟄至，草木萌發(fā)，大地回春，生機(jī)盎然。

自2023年“三北”工程三大標(biāo)志性戰(zhàn)役打響，“三北”治沙進(jìn)入“戰(zhàn)時(shí)”節(jié)奏。當(dāng)下，眾多治沙相關(guān)機(jī)構(gòu)、組織、人員正積極準(zhǔn)備，為2025年春季造林保駕護(hù)航。

“三北”地區(qū)分布著我國八大沙漠、四大沙地和廣袤戈壁，沙化土地約占全國沙化土地面積的90%，是我國荒漠化防治的核心區(qū)域。經(jīng)過幾代人接續(xù)奮斗，這里已實(shí)現(xiàn)從“沙進(jìn)人退”到“綠進(jìn)沙退”的歷史性轉(zhuǎn)變。

智能化機(jī)械的廣泛應(yīng)用是近兩年來“三北”治沙的一大亮點(diǎn)。其中，植樹機(jī)器人的出現(xiàn)尤為引人注目。

植樹機(jī)器人登場

2024年12月，《聯(lián)合國防治荒漠化公約》第十六次締約方大會（UNCCD COP16）在沙特阿拉伯首都利雅得舉行，在中國館展出的“句芒301”等植樹機(jī)器人吸引了眾多參會者。這是中國首次通過COP大會在境外展示中國荒漠化防治和“三北”攻堅(jiān)戰(zhàn)成果。

目前，“三北”工程機(jī)械治沙造林比例已接近50%， 各類機(jī)械固沙造林累計(jì)節(jié)約資金數(shù)百億元，減少風(fēng)沙移動量1000 多億立方米。

“句芒301”機(jī)器人由內(nèi)蒙古錦泰明科技集團(tuán)有限公司（以下簡稱內(nèi)蒙古錦泰明公司）研發(fā)?！按蠹覍χ矘錂C(jī)器人表現(xiàn)出濃厚的興趣和認(rèn)可?！痹摴究偨?jīng)理張彬?qū)Α恫t望東方周刊》說，“全球荒漠化治理的需求不斷增長，傳統(tǒng)人工植樹方式存在效率低下、成本高昂等問題，植樹機(jī)器人有望提高沙漠植樹造林的效率和質(zhì)量?！?/p>

內(nèi)蒙古錦泰明公司研發(fā)植樹機(jī)器人始于2020年，共研發(fā)出6款機(jī)器人，“句芒301”為最新主打款，其外形類似小型拖拉機(jī)。句芒是中國古代神話中的木神、春神，301意為第三代第一款。

該公司技術(shù)部主管張群超告訴《瞭望東方周刊》，“句芒301”集成了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，如自主導(dǎo)航、離線錨點(diǎn)定位、視覺識別檢測、無人駕駛等，下方配備有覆土機(jī)、扦插機(jī)、水箱等，車身上的塑料管可一次性搭載1700株苗木，水箱可一次性載水3噸，可自動化完成松土、落苗、壓苗、覆土、注水等五道工序。

“它在沙漠扦插場景下表現(xiàn)尤為突出。通過控制系統(tǒng)，兩人即可操控一組5臺植樹機(jī)器人同步作業(yè)，每天可完成約400畝沙柳種植?！睆埲撼榻B，“機(jī)器油耗僅為每畝2.1升。”

在“三北”工程黃河“幾字彎”攻堅(jiān)戰(zhàn)中，內(nèi)蒙古鄂爾多斯市作為主戰(zhàn)場，攻堅(jiān)戰(zhàn)任務(wù)量的70%落在該市。為此，鄂爾多斯投入2000萬元專項(xiàng)資金進(jìn)行科技攻關(guān)。

“‘句芒301’的栽植作業(yè)效率是傳統(tǒng)人工作業(yè)的數(shù)十倍，作業(yè)成本僅為傳統(tǒng)人工的30%左右。”鄂爾多斯市林草局改革發(fā)展和科技科科長徐欣告訴《瞭望東方周刊》，2023年，該市林草局為植樹機(jī)器人研發(fā)項(xiàng)目爭取到140萬元科技資金。

在COP16現(xiàn)場，來自易森智能裝備（北京）有限公司的植樹機(jī)器人亦備受關(guān)注。該公司副總經(jīng)理?xiàng)罘榻B，這款植樹機(jī)器人具備自動避障、自動挖坑、自動植樹、自動澆水，甚至自動管護(hù)的功能，全機(jī)械化可實(shí)現(xiàn)20—30秒種植一棵樹，目前已在內(nèi)蒙古、新疆等地區(qū)使用。

近年來，鄂爾多斯深入實(shí)施防沙治沙和風(fēng)電光伏一體化工程。為滿足光伏板下自動植樹作業(yè)的需求，市林草局聯(lián)合內(nèi)蒙古錦泰明公司，在植樹機(jī)器人基礎(chǔ)上，研發(fā)出可自動調(diào)整種植深度的光伏治沙智能機(jī)器人，將過去人工種植深度從80厘米調(diào)整為30—40厘米，能有效避免破壞光伏電站下埋電纜。

2024年，鄂爾多斯總結(jié)科學(xué)治沙“十大關(guān)鍵技術(shù)”，智能植樹機(jī)器人、光伏治沙智能機(jī)器人均榜上有名。

“植樹機(jī)器人的出現(xiàn)，是治沙領(lǐng)域極具潛力的新事物，代表了智能化、自動化技術(shù)在林業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的深度融合?！眹伊植菥止枮I林業(yè)機(jī)械研究所所長、“三北”工程機(jī)械裝備組組長周建波告訴《瞭望東方周刊》，“其最大亮點(diǎn)在于智能化和高效性，理論上可以實(shí)現(xiàn)不間斷作業(yè)，這對于廣袤的沙漠治沙工作意義重大?！?/p>

告別人海戰(zhàn)術(shù)

“當(dāng)前，植樹機(jī)器人研發(fā)取得了一定進(jìn)展，在定位精度、種植效率等技術(shù)指標(biāo)上有了突破。”周建波坦言，“但其仍處于起步階段，在復(fù)雜地形適應(yīng)性方面，有不少技術(shù)難關(guān)需要突破。”

沙漠大量區(qū)域存在沙丘，沙丘會移動且大小、坡度不一，沙地松軟，還有各類沙坑、草包等，復(fù)雜地形容易導(dǎo)致植樹機(jī)器人行動受阻、定位偏差，影響植樹效果。此外，在沙漠惡劣環(huán)境下，設(shè)備零部件易損耗，維修難度大。

周建波介紹，當(dāng)前，植樹機(jī)器人基本應(yīng)用于地形相對簡單、較為平坦的沙區(qū)，尚未大規(guī)模應(yīng)用于治沙實(shí)踐。

張彬認(rèn)為，當(dāng)前的行業(yè)痛點(diǎn)主要包括兩方面。一是應(yīng)用場景主要局限于特定區(qū)域和特定樹種，未能廣泛應(yīng)用；二是高端植樹機(jī)器人的研發(fā)和生產(chǎn)成本較高，導(dǎo)致市場售價(jià)昂貴，難以大規(guī)模普及。

據(jù)介紹，“句芒”項(xiàng)目歷時(shí)5年，匯聚來自機(jī)械、電子、自動化等多個(gè)領(lǐng)域的專家共計(jì)數(shù)十人，投入資金上千萬元。目前，“句芒301”已在鄂爾多斯、錫林郭勒等地進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用，在沙漠種植沙柳、黃柳共計(jì)3000畝。

“下一步亟待創(chuàng)新之處，在于引入更先進(jìn)的傳感器、人工智能算法等技術(shù)，使植樹機(jī)器人能夠更精準(zhǔn)地識別種植場景、樹種需求，實(shí)現(xiàn)更高效的植樹作業(yè)?！睆埍虮硎?。

幾十年來，科研人員和沙區(qū)百姓在治沙過程中不斷探索植樹新路徑。

2025 年，鄂爾多斯將推出續(xù)航不低于2 個(gè)小時(shí)、載重不低于60 公斤的智能無人機(jī)， 進(jìn)一步提升無人機(jī)飛播沙漠綠化作業(yè)的效率與質(zhì)量。

高毛虎是鄂爾多斯杭錦旗獨(dú)貴塔拉鎮(zhèn)人，20世紀(jì)90年代，他和眾鄉(xiāng)親參與建設(shè)從庫布其沙漠南緣到黃河南岸的穿沙公路，為了給沙漠增綠、防風(fēng)固沙，曾采取過酒瓶種樹方式。即在酒瓶中裝上水，插入小樹苗，用紅泥將瓶口封住，埋入沙中，等待奇跡發(fā)生。

“當(dāng)時(shí)，在沙漠里種活一棵樹的艱難程度，不亞于養(yǎng)活一個(gè)孩子?！备呙⒏锌?。

后來，庫布其沙漠地區(qū)探索出微創(chuàng)植樹法，也稱螺旋鉆法——用微動力帶動螺旋鉆在沙地上打孔，然后插入苗條、夯實(shí)沙土。在此基礎(chǔ)上，又發(fā)明了水汽植樹法，即用加壓水槍噴射的水汽流在沙地上沖出直徑數(shù)厘米、深約1米的小洞，將樹苗快速插入，挖坑、栽樹、回填、澆水，一氣呵成。這兩種方式種植1棵樹僅需10秒左右，兩人一組每天可植樹約40畝。

2023年，張群超團(tuán)隊(duì)對植樹機(jī)器人進(jìn)行性能實(shí)地測試，團(tuán)隊(duì)9人在庫布其沙漠駐扎了1個(gè)月，沙漠環(huán)境之艱苦令其印象深刻?！皶円箿夭畲螅L(fēng)沙大，吃住補(bǔ)給非常不方便，用機(jī)器替代人工治沙真的很有必要?！睆埲撼f。

目前，“句芒301”可實(shí)現(xiàn)1公里范圍內(nèi)的遠(yuǎn)程控制，張群超最為期待的突破，是實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離無人化系統(tǒng)控制。“希望將來能在不同城市、不同省份間實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，讓沙漠植樹變得更輕松，從勞動密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變，這是我們科研人員的使命。”

“新裝備新技術(shù)為‘三北’工程建設(shè)提供了強(qiáng)有力的科技支撐，在勞動力短缺、人工成本增加的大背景下，以機(jī)械作業(yè)替代人海戰(zhàn)術(shù)是治沙的必然趨勢?！敝芙úū硎?。

徐欣介紹，自黃河“幾字彎”攻堅(jiān)戰(zhàn)打響以來，鄂爾多斯因地制宜發(fā)展林草新質(zhì)生產(chǎn)力，已完成沙化土地治理近700萬畝，日均治沙1萬畝，機(jī)械化率達(dá)到75%以上，林草科技應(yīng)用轉(zhuǎn)化率達(dá)到60%。

目前，“三北”工程機(jī)械治沙造林比例已接近50%，各類機(jī)械固沙造林累計(jì)節(jié)約資金數(shù)百億元，減少風(fēng)沙移動量1000多億立方米。

“工具箱”日益豐富"

“三北”三大戰(zhàn)役激勵(lì)了治沙機(jī)械研發(fā)的積極性，催生了各種各樣的智能化新機(jī)械裝備，治沙“工具箱”越來越豐富。

在2024年鄂爾多斯科學(xué)治沙“十大關(guān)鍵技術(shù)”榜單上，智能無人機(jī)飛播亦位列其中。該技術(shù)由鄂爾多斯市林草局依托黃河“幾字彎”重大科技攻關(guān)項(xiàng)目，申請科技資金900萬元，與清華大學(xué)天津高端裝備研究院、哈爾濱林業(yè)機(jī)械研究所、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)等合作研發(fā)。

智能無人機(jī)可一次性搭載40—60公斤丸?；N子（在種子外包裹一層特制材料，包括肥料、保水劑、驅(qū)蟲劑等），飛行速度達(dá)每秒14米，作業(yè)半徑約2公里，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜沙區(qū)人車無法進(jìn)入情況下的大規(guī)模播種作業(yè)。

經(jīng)測算，飛播過程當(dāng)中，每平方米沙地接收到的種子為8—10粒，種植效率較人工種植效率提高100倍，較普通機(jī)械種植效率提高10倍，丸?；N子的出苗率較普通種植提高約15%。

2025年，鄂爾多斯將推出續(xù)航不低于2個(gè)小時(shí)、載重不低于60公斤的智能無人機(jī)，進(jìn)一步提升無人機(jī)飛播沙漠綠化作業(yè)的效率與質(zhì)量。

簾狀網(wǎng)格式沙障鋪設(shè)機(jī)是哈爾濱林業(yè)機(jī)械研究所引以為傲的另一款治沙機(jī)械。

所謂沙障，是用柴草、秸稈、黏土、樹枝、板條、卵石等物料在沙面上做成障蔽物，以消減風(fēng)速、固定沙表。人工鋪設(shè)草方格沙障是沙區(qū)多年來的傳統(tǒng)做法，通常每人每天可鋪設(shè)約300平方米，勞動強(qiáng)度大，鋪設(shè)速度慢，且容易出現(xiàn)鋪設(shè)不均勻、質(zhì)量不穩(wěn)定的狀況。

周建波介紹，簾狀網(wǎng)格式沙障鋪設(shè)機(jī)的作業(yè)效率是人工鋪設(shè)的20—30倍，成本可從每畝地近2000元降至1000元左右，在材料使用上也取得突破，可適配麥草、秸稈、沙柳、蘆葦?shù)榷喾N生物材料，材料成本低、來源廣。

在“三北”工程三大戰(zhàn)役中，該機(jī)械已在鄂爾多斯鄂托克旗、杭錦旗等地推廣應(yīng)用，有效遏制了沙化土地的蔓延，助力生態(tài)環(huán)境改善。

為加快林草機(jī)械裝備推廣應(yīng)用，國家林草局科技司分別于2023年10月在內(nèi)蒙古巴彥淖爾，2024年4月在內(nèi)蒙古鄂爾多斯，2024年6月在甘肅武威、青海海北舉辦了共4場防沙治沙機(jī)械現(xiàn)場演示活動。植樹機(jī)器人、沙障鋪設(shè)機(jī)、螺旋鉆孔機(jī)、漠云全自動沙漠治沙車等多種治沙機(jī)械紛紛亮相，展示科技之力，令人大開眼界。

周建波參加了全部的演示活動，現(xiàn)場情形令他印象深刻：“大家切實(shí)感受到科技為治沙帶來的新希望，也深刻認(rèn)識到智能化機(jī)械在未來治沙工作中的巨大潛力?！?/p>

對于推進(jìn)治沙機(jī)械智能化，周建波認(rèn)為尤其需要重視裝備適應(yīng)性，即針對不同地區(qū)的沙漠特征，研發(fā)適用于流沙地、戈壁灘、丘陵沙區(qū)等不同地形的智能治沙機(jī)械，提高機(jī)械適應(yīng)能力；此外，建議建立示范應(yīng)用基地，通過政府扶持、企業(yè)參與等模式，推動治沙智能裝備的規(guī)?；瘧?yīng)用，提升治沙工作的整體機(jī)械化、智能化水平。

新科技之外，治沙新模式也在“三北”三大戰(zhàn)役過程中應(yīng)運(yùn)而生。

2024年4月，全國首個(gè)防沙治沙機(jī)械化作業(yè)服務(wù)隊(duì)成立。該服務(wù)隊(duì)由哈爾濱林業(yè)機(jī)械研究所牽頭，聯(lián)合20多家科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)共同組建，每支服務(wù)隊(duì)通常由機(jī)械操作員、技術(shù)支持人員及后勤保障人員組成，作業(yè)方式以機(jī)械化操作為主，運(yùn)用各類治沙機(jī)械設(shè)備，承擔(dān)防沙植樹造林、沙障鋪設(shè)、固沙材料應(yīng)用等任務(wù)。

該模式首次將機(jī)械化治沙與社會化服務(wù)結(jié)合，首創(chuàng)“適沙適機(jī)、多機(jī)聯(lián)合”策略，針對不同沙漠環(huán)境匹配最優(yōu)設(shè)備。該服務(wù)隊(duì)已在內(nèi)蒙古、甘肅、新疆等多個(gè)沙化嚴(yán)重區(qū)域?qū)嵤┐笠?guī)模治沙作業(yè)，累計(jì)完成超34萬畝沙化土地治理任務(wù)，應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大。

2024年11月25日，國家林草局舉行防治荒漠化主題新聞發(fā)布會。中國林業(yè)科學(xué)研究院首席科學(xué)家、三北工程研究院院長盧琦在會上評價(jià)防沙治沙機(jī)械化作業(yè)服務(wù)隊(duì)“提高了安全性和效率，降低成本，節(jié)約勞動力，為‘三北’工程攻堅(jiān)戰(zhàn)探索了一條機(jī)械裝備服務(wù)新路子”。