智能農機 賦能蔬菜產業高質量發展

吳華瑞

（北京農業信息技術研究中心，北京 100097）

傳統農業機械替代了人力與耕牛，使農業生產力水平顯著提升，而將智能機器人技術應用到農業領域，將進一步幫助農民實現更加輕松、更加精準、高效的農業生產。近年來，各種新型農機作業裝備不斷涌現，如播種機、嫁接機、移栽機、植保機等，信息化、自動化水平也在日益提升，極大地提升了農業生產的作業效率與質量。同工業等其他領域應用相比，農業機具工作環境多變，以非結構環境為主，工作任務具有極大的挑戰性；因此，智能化發展成為農機裝備未來發展的重要方向。

本文以蔬菜智能化生產為窗口，展示感知識別、機器視覺、無人駕駛、智能決策、安全控制、柔性作業等信息化、智能化技術在智能農機領域的最新研究成果，涉及耕地、起壟、移栽、植保、收獲等蔬菜生產流程主要環節，這是人工智能技術與農業生產深度融合的集中體現，是智能農機在蔬菜全流程生產應用中的全新探索。相信在不久的將來，將形成以智能農機為主要形態、農業大數據為核心、人機物智能高效協作的農業生產新模式，引領中國農業產業現代化、高質量發展。

農業4.0與智能農機

智能農機是實現農業智能化的重要一環，是發展智慧農業的關鍵點之一，而智慧農業是以信息和知識為生產要素，通過互聯網、物聯網、云計算、大數據、智能裝備等智能信息技術與農業深度跨界融合，實現農業生產全過程的信息感知、定量決策、智能診斷控制、精準投入、災害預警和工廠化生產等的全新生產方式，是農業信息化發展從數字化到網絡化再到智能化的高級階段，是繼傳統農業（農業1.0）、機械化農業（農業2.0）、生物農業（農業3.0）之后，智慧農業（農業4.0）的核心內容（圖1）。農業1.0主要是指以人力和畜力為主的傳統農業，農業2.0是指以拖拉機等農業機械為代表的機械化農業，農業3.0是指以有機肥、生物農藥、轉基因育種技術為代表的生物農業，農業4.0指的是以信息知識為要素，以物聯網、云計算、大數據、人工智能和機器人等技術為特征的智慧農業。智慧農業是現代信息技術與農業深度融合后的全新產業業態，而智能農機裝備是其中最重要的組成部分。

自20世紀90年代美國將全球衛星導航系統（Global Positioning System，GPS）安裝在農業機械上起，農業機械就開啟了信息化、智能化的轉變之路。通過在農機上集成多種類型的傳感器、控制器，增加了農機對周邊環境、作物以及農機作業狀態的實時感知能力，提高了農機作業的自動化、智能化程度，降低了對操作人員的數量要求。相比傳統農機，智能農機具有以下優點：

一是功能強大、作業質量高。智能化農機在進行耕作、收獲、灌溉和病蟲害防治等作業的同時，還能采集土壤、農作物產量等信息，并根據環境、作物的具體情況，實時調整作業方式，以進一步提高農業作業的精細化水平。

二是勞動強度低，作業效率高。由于智能農機能根據作業需求變化自動調整、控制，減少所需的人工干預操作，大大降低了勞動強度。一個人可通過計算機同時控制幾臺智能化農機、完成不同作業，因而作業效率很高。

三是安全性好、可靠性高。智能農機集成了多種類型的傳感器實時監測環境、作業情況與農機工況，因而其安全性和可靠性較傳統農機更高。

四是節能、環保。智能化農機采用精準作業方式，可提高作業效率，實現按需定量澆水、施肥、打藥，能大幅度提高水、肥、藥利用率，避免浪費，減少環境污染。

智能農機助力蔬菜生產全程智能化

中國是世界上最大的蔬菜生產、消費國，蔬菜種植面積達2 33萬hm2，產量約為7.22億t。但與之相對應的是水、肥、藥過量投入，人力成本不斷攀升、用工難等問題。有報道顯示，中國蔬菜生產的水、肥、藥投入分別是發達國家農業的2倍、3倍和5倍；蔬菜生產中，人力成本約占生產總成本的70%；同時，蔬菜從業人口結構性短缺和老齡化問題日趨嚴重，這些問題都制約了中國蔬菜產業的健康與可持續發展，智能農機裝備則是解決中國目前“誰來種地，如何種好地”的關鍵。

以智能農機為核心的無人化作業技術是改變傳統蔬菜產業生產模式，提高生產效率，引領蔬菜產業全面現代化轉型升級的重要技術手段。露地蔬菜智能無人化生產技術裝備的創制是現代信息技術與農業生產深度融合的高階集成應用，涉及標準化生產、北斗衛星導航、多傳感器融合、環境感知、自主路徑規劃、農機農藝融合等多方面技術。國家農業信息化工程技術研究中心團隊研發了以農機無人駕駛控制系統為核心的智能農機作業裝備集群，建立了全程技術解決方案，以露地甘藍、辣椒等大宗蔬菜為對象，在國內首次實現了覆蓋平整地、起壟、移栽、水肥、植保和收獲等環節的智能化無人作業。

農機無人駕駛控制系統

農機無人駕駛與機具作業控制是露地蔬菜無人化作業的核心，不同于傳統農機導航系統的簡單直線軌跡控制，農機無人駕駛控制系統通過集成GPS/北斗雙模高精度定位導航功能和多類型的感知模塊，創新了作業路徑規劃、機具協同控制、多機集群協作等方法，可以實現轉彎、掉頭、自動出入壟、機具起落啟停等復雜作業控制，提高農業機械的田間作業效率和質量、降低駕駛人員的勞動強度與作業能耗，促進實現高效、綠色的蔬菜生產。

農機無人駕駛控制系統（圖2）由檢測單元、控制單元、執行單元及監控單元4部分組成，在現有農機衛星導航框架的基礎上，主要根據GPS/北斗衛星定位確定導航作業軌跡，輔以激光雷達、紅外雷達、雙目視覺相機等實現田間的循跡作業?？筛鶕貕K、農藝等動態生成無人作業方案，支持套耕法、梭形耕法等多種耕作方式，用戶可選擇適宜方式減少機耕道寬度與作業距離，提高土地利用率，降低油耗。自主導航農機作業可以提高耕地利用率5%～10%；提高作業精度，將直線行走誤差控制在2.5 cm以內；提高農機作業效率30%～50%；降低機手的勞動強度60%。系統集成多源傳感器融合、深度學習等技術對地頭邊界特性、障礙物的種類和危險程度進行更準確的分類識別，提供路徑規劃、作業控制、軌跡跟蹤、路線糾偏、姿態優化等基礎服務，實現農機具靈活接入、作業參數調優配置和監測控制，并合理規劃作業及避障路線與控制車輛自主行進速度，以保障人機作業安全。

圖2 農機無人駕駛控制系統

蔬菜生產智能農機管理平臺

以露地蔬菜智能農機作業裝備為基礎，圍繞蔬菜生產的耕整地、起壟/移栽、植保、灌溉施肥、收獲等關鍵環節農機作業管理需求，研發構建蔬菜生產智能農機管理平臺，實現大數據驅動的蔬菜智能化無人作業決策管控。構建氣象、土壤、基肥、病害、農機、市場等蔬菜生產底數資源池，利用環境調優控制、病蟲害智能診斷、營養狀況分析、施藥配方生成、植保作業路徑規劃、采收量規劃等模型方法，制定蔬菜不同品種、不同氣候條件、不同生長階段的適宜生產管理方案，形成種植規劃、不同作業環節農機匹配選擇以及作業路徑規劃等執行方案，并向智能農機作業裝備集群下達作業控制指令，實現蔬菜生產全流程智能化預警、分析、決策以及智能裝備自動配置與精細化參數調優作業。

隨著蔬菜智能農機技術與裝備的不斷發展，如何采用信息化智能化的手段，對不同類型的智能農機裝備以及作業全過程進行有效地追蹤與管理的需求日益迫切。通過智能農機管理平臺匯集農機作業數據，并對獲得信息進行數據挖掘，將單一的管控模式轉換為以大數據為依據、以信息服務為手段的智能作業監管模式。目前蔬菜智能農機管理平臺均采用機載終端和云平臺結合的應用模式。機載數據采集終端包括多種關鍵作業狀態信息傳感器和移動數據通信模塊，所采集的作業高度、流量、飛行速度等信息可直接通過公共數據網絡上傳至云端平臺。通過大數據與人工智能方法，挖掘分析得出作業量、病蟲害類型、作業質量、水肥施用量等農情農事信息；同時，對農作物長勢、病蟲害發生趨勢、藥劑使用綜合效果、種植面積變化趨勢、產量等信息進行動態的預測；此外，平臺還可以綜合多源數據生成作業路徑規劃、肥藥施用處方等農機作業決策結果，為農業生產者和管理人員提供技術支撐，提高作業服務決策的智能化水平。

露地蔬菜全程無人化智能作業

◎ 露地蔬菜智能化平整地

土地平整度對于灌溉、排澇以及農機作業等有著較大的影響，良好的土地平整度是保證農機作業質量、排澇保墑的重要基礎條件，也可以節約灌溉用水與肥料施用量。露地蔬菜智能化平地作業首先對地塊平整度進行測量，生成地塊高程圖，并根據地塊地勢現狀確定平地作業方案，總體上作業行進方向由高處往低處走。智能化平地作業采用多次逼近式逐步實現地塊平整。平地作業前后的土地平整度數據如圖3所示，對比平地前數據，平地作業在保持坡度的同時，縮小了地塊的高程落差，達到了較好的平地效果。通過田間、裝備、作業情況反饋交互，實現蔬菜地塊高精準度自動整平、土壤結構與作物生長條件改善，滿足蔬菜種植、農機作業與水肥一體灌溉對土地平整度的標準要求。

圖3 昌平小湯山基地平地作業效果對比

深松和旋耕可以提高土壤的疏松度，是土地整理的重要環節，而且旋耕作業可將土壤與肥料混合均勻，降低土壤顆粒度、提高土壤肥力。無人深松旋耕環節采用5G＋北斗聯合定位實現高精度農機導航定位，創新邊界自適應的魚尾掉頭路線，可以進一步提高耕地作業效率。集成激光/紅外雷達、雙目視覺等感知模塊實現智能避障啟停，保證耕地連續作業安全。

構建了基于激光雷達的農田環境信息采集系統（圖4），通過對點云數據偏差進行機具姿態補償、配準，提高了機具障礙物識別和提取的準確性和穩定性。由于激光雷達費用相對較高，一定程度上限制了其在農業中的應用。隨著中國國產激光雷達性能提升和成本降低，激光雷達有望成為智能農機的標準化裝備。機器視覺相較于激光雷達硬件成本較低，科研人員提出了基于光照不變特征的土壤、蔬菜作物壟行線獲取方法，實現了復雜光照條件下，對土壤、障礙物、地塊邊界等的識別達到較高精度。

圖4 智能農機激光雷達點云

針對傳統人工耕地作業耕地區域覆蓋不全以及耕深質量監測困難等問題，研發了深松監測設備對耕地作業軌跡與耕深進行實時監測，采用衛星定位、角度感知等多傳感器融合技術實現耕地作業軌跡追蹤、耕深實時顯示、面積自動計量等功能。系統已通過72 h連續不間斷耕地作業測試，極大地降低了耕地環節的人力消耗。

◎ 露地蔬菜智能化起壟移栽

起壟在蔬菜種植中，尤其是春茬種植時可以起到提高地溫、防澇等作用，起壟作業要求壟線要直，壟行直線度好既有利于后續環節的農機作業，也保證了較高的土地利用率。在起壟/移栽作業環節，集成農機自主導航駕駛、軌跡監測、圖像采集等技術裝備，實現起壟、移栽智能化人機協作與標準化生產。

智能化無人起壟作業通過精準導航控制保證壟行直線度，最大偏差小于2 cm，避免土地浪費，提高種植標準化水平，同時穩定的起壟作業速度也保證了起壟質量，壟面平整、壟間距穩定，整體作業質量的一致性好，規劃路徑軌跡可以直接用于移栽作業，提高作業效率，十分適宜大規模露地蔬菜種植作業。系統創新差分軌跡糾偏和農具控制方法，無人駕駛出入壟農機調頭與農具起落控制，保證壟直與壟形效果（圖5）。系統可實現全天候24 h連續不間斷作業，將農機手從高強度工作中解放出來，平均起壟效率達3 500 m2/h，無人起壟作業全過程無需人工干預，作業效率高、質量好，連續全天候作業能力強，提高了起壟作業效率、質量與安全性，極大地減輕了起壟環節的作業難度。

圖5 無人駕駛起壟作業效果

移栽是決定甘藍等蔬菜生長的關鍵環節，目前蔬菜移栽多以人工栽植方式為主，不僅效率低，勞動強度大，且大規模種植時移栽株距、深淺度和秧苗姿態等均存在一致性差的問題，不但會影響整體種植密度，也無法開展機械化采收作業。智能化無人移栽作業涉及因素與關聯環節多，壟行直線度控制與起壟、采收作業效率緊密相關，對農機、農藝、人工協同配合度要求高。要實現智能化移栽，應該綜合地塊情況、種植農藝、農機具等因素，確定種植規劃；再根據總體種植密度要求，結合農機行進速度、人工投苗頻率等對株行距等進行動態調整。

智能化無人移栽作業優勢明顯：智能化無人移栽作業以起壟軌跡為底數，嚴格對齊壟線路徑，不壓壟, 保證移栽質量和標準化程度；機械手自動取苗、分苗、投苗，實現了全自動的蔬菜無人移栽作業；創新了無人化移栽全息監測技術，研發漏苗率監測、苗壟對行等技術，動態調整作業行進速度，提高無人化作業的機具動態適配與協同作業控制，降低漏苗率；無人化移栽直線度好，行齊壟直，可以保證蔬菜生產全程智能化無人作業；無人化移栽作業效率2 334.5 m2/h，是人工移栽效率（667 m2/（人·d））的28倍；采用機器視覺等技術進行漏苗、重栽、裸根等移栽質量的數字化評估，同時匹配人工投苗、漏苗數據，綜合確定改進方案，提高“農機—農藝—人員”的適配度。

◎ 露地蔬菜智能化水肥一體灌溉

蔬菜較糧食作物而言，對水肥的需用量較大，不適宜的水肥策略會導致病蟲害易發、多發。傳統人工水、肥、藥施用不但費時、費力，而撒施、漫灌等粗放管理方式易造成資源浪費，且農藥化肥的過量使用也是農業面源污染的源頭。目前水肥一體化已經普遍應用，但在水肥配比、用量方面仍以經驗式、周期式等粗放管理方式為主。

蔬菜智能化水肥一體灌溉系統（圖6）包括執行部分和感知部分，執行部分包括首部、出水口、干管、支管、滴灌帶等，感知部分包括氣象站、土壤墑情監測站、流量計等。出水口采用電動控制閥控制，根據土壤不同表層墑情，自動澆水施肥。通過田間部署的氣象、墑情傳感器實時監測地塊土壤水分信息，根據田間持水量比例智能決策灌溉時機、灌溉量等，集成灌溉控制器、無線電磁閥等設備，實現遠程實時灌溉控制。另外，研制的8通道陣列式水肥一體機實現了肥液精確配比、多通道路流量控制和按需灌溉，提供了從管路規劃、氣象墑情監測、自動灌溉決策控制到精準灌溉計量的成套解決方案，實現了灌溉時間、灌溉水量的智能化遠程管理。系統根據田間實時數據、生育期、天氣情況等進行綜合灌溉決策與灌溉方案調整，支持通過web或APP端遠程控制與參數配置決策參數、灌溉計劃，也可以查看灌溉設備狀態歷史灌溉信息，實現蔬菜水肥的按需灌溉。形成了“土壤含水量＋蒸散量＋作物長勢”的綜合決策方式，通過彭曼公式計算參考作物需水量，結合作物長勢參數，計算蔬菜不同時刻需水量，選取不同耕深的土壤墑情值，轉換為田間持水百分比控制方式執行灌溉。通過參數調節，模型可根據品種、生育期、氣象、土壤等條件，實現蔬菜水肥的按需灌溉，節水節肥，減少環境污染。遠程智能化灌溉控制也減少了人力投入，系統精確記錄澆水、施肥、打藥時間與頻次，比傳統人工管理方式更加科學可信，保證了蔬菜質量安全。

圖6 智能化水肥灌溉管控系統

◎ 露地蔬菜智能化植保

通過無人機、智能植保機器人等進行打藥，降低勞動強度，在極大地提高植保作業效率的同時，也避免了人工打藥不均勻現象的出現，還從根本上杜絕了農藥對生產人員的傷害，改善了農民工作條件。

近年來，農用無人機發展迅速，主要用于圖像、遙感影像數據采集與飛防植保，無人機可以方便、快捷地采集圖像、近紅外、光譜遙感等數據?；诓杉牡貕K遙感數據、無人機影像、田間圖像和環境監測數據綜合分析確定植保作業方案，根據田間蟲情實時數據和多光譜圖像分析數據，結合生育期、天氣情況等進行病蟲害施藥、草害施藥決策與方案調整，根據病蟲害和草害的發生等級規劃施藥路徑和施藥量。蔬菜智能化植保系統利用無人機平臺搭載施藥裝置，對蔬菜進行定量精準施藥和遙感信息獲取，具有復雜地形適應性強、作業效率高等優勢，十分適合在山區、丘陵及小型地塊作業。

智能植保無人機創新了苗草識別等目標識別技術，可以僅針對雜草、病株等進行施藥，同時還可以對單位面積用藥進行精確計量，為農藥減施提供決策依據。在田間作業時，可對環境中的作業對象和其他障礙物進行智能動態感知，采用模式識別方法，獲得障礙物基本尺度特征、類型屬性等關鍵信息，由此進行動態作業控制。

隨著人工智能技術和傳感器技術的飛速發展，無人系統控制技術正在從過去的既定條件下自動駕駛到在非既定條件下對環境的實時感知、實時自主決策轉變，進而自主完成作業任務，使得田間作業環境感知技術成為農業無人機自主作業的必要條件；而基于機器視覺和多傳感器融合的智能模式識別方法，為此類應用需求提供了有效的解決途徑。采用掃描式激光雷達傳感器對環境進行SLAM構建是目前最常用環境感知方式，結合慣性測量數據信息生成周圍環境的稀疏點云數據，可獲得障礙物與機體的相對距離、方向，再通過對稀疏點云數據加密的處理，進一步獲得精細化的環境感知信息。由于激光雷達體積較大，且后期數據計算量大，并不適用于農業植保實時感知作業；因此，基于圖像傳感器的機器視覺SLAM智能感知方法開始成為熱點。對環境和物體視覺機體特征信息進行提取，運用模式識別算法，通過坐標變換，對機體本身的位置、相對速度進行濾波估計，為系統提供作業環境導航的觀測量。在此基礎上可利用多個傳感器的視覺圖像對物體進行空間三維建模和運動狀態估計，再將多個傳感器獲得的環境信息進行融合、增強、擴展，再通過通信鏈路進行分發，可使無人機在田間復雜環境中實現安全、高效地飛行，以及精確對靶作業。

不同于地面作業，農業航空植保效果受環境風場、飛行高度、飛行速度等多種因素影響。根據當前環境風場和作業參數預測霧滴飄移沉積區域，從而實時調整作業參數，是農業航空植保實現精準化的手段和追求目標。目前傳統航空植保領域的研究工作主要集中在對試驗數據的定量統計方面。通過航空噴灑霧滴沉積和飄移試驗，對各型無人直升機田間作業霧滴沉積效果進行評價，并研究霧滴沉積受飛行高度、霧滴粒徑譜、噴頭配置和天氣狀況的影響。

◎ 露地蔬菜智能化采收

蔬菜采收用工量大，人工采收效率低，機械采收對農機手操作精度要求極高，難以長時間連續作業，迫切需要信息化、智能化技術提升作業效率與質量。智能化采收是蔬菜生產智能化無人作業中的難點環節，對精準識別、智能定位、柔性操控等均有很高的要求。不僅如此，農機、農具、農藝、作業等的匹配度也是決定智能化收獲的關鍵因素。

智能化采收系統以智能化無人駕駛拖拉機為核心，適配了不同類型蔬菜的全自動采收機具，通過集成農機自主導航、軌跡監測、機器視覺、柔性感應等先進技術，以起壟、移栽軌跡數據為作業底數，利用自主導航和軌跡實時監測實現蔬菜的智能化無人采收作業。

以甘藍采收為例，需要建立復雜農機工況條件下的種苗、蔬菜植株、雜草機器視覺識別與柔性感應模型，實現地面仿形、甘藍球體快速自動識別、精準采收對行和采收臂割臺的動態調整，如通過柔性感應技術可實現甘藍球體大小自動識別和采收履帶寬度的動態調整，防止由于甘藍大小不一造成的采收障礙，利用機器視覺技術可實現漏采甘藍的快速識別，保證采收作業的環境適應性，提高作業效率，降低收獲破損率，為作業過程中農機、農具動態適配調優提供支撐。甘藍智能化無人采收作業采用回字形耕法，系統可以實現自動轉彎、出入壟和農機具起落控制，解放了采收作業對農機手的需求，長時間連續作業質量穩定，安全性高。無人化采收作業約40 min即可完成667 m2甘藍收獲，即每小時收獲1 000 m2，相較人工采收作業人均667 m2/d的作業效率，提升了12～18倍；可見，無人采收作業降低了勞動強度，改善了工作環境，節省了人力成本，提高了蔬菜收獲的成品率。

近年來，圍繞多機協同的作業效能提升開展了信息共享、優化調度以及協調控制研究。多機協同作業任務規劃需在多臺農機和多個作業地塊之間建立一種映射關系，綜合考慮任務數量、作業能力、路徑代價和時間期限等因素，在滿足實際作業約束條件的前提下，生成一個最優的任務調度方案，使各個農機有序地為農田地塊服務，從而降低整個系統的執行代價，提高作業效率，實現區域農田內的多機協同作業調度管理。多機協同作業可有效地提升作業效率、作業效果以及優化資源配置。國家農業信息化工程技術研究中心團隊在國內首次實現了雙機編組協同智能化無人甘藍采收作業（圖7），采用規劃同一任務下的多無人農機路線與編組作業，采收和轉運雙機協同無人化采收作業，一個采收一個運輸，較單機無人化采收，作業效率再提升30%。

圖7 雙機編組協同智能化無人甘藍采收作業

智能農機的機遇與挑戰

智能農機發展新機遇

傳統農業將逐漸淡出歷史舞臺，智能農機將助力其向著現代化、智能化方向發展，迎來發展機遇。近年來，國家連續出臺多套政策，支持智能農機發展；在技術方面，業界科研人員致力于農業機械深入研究；在市場方面，農民迫切需要“解放雙手”，提高農業效率，對智能農機需求迫切，可見智能農機市場需求旺盛。

◎ 政策引導

隨著中國智慧農業技術研發與深化應用，傳統農業生產已逐步向機械化農業轉變，而融合導航定位、感知測控、物聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術的智慧農業是未來的發展方向。2020年中央一號文件提出“加快大中型、智能化、復合型農業機械研發和應用”，以及“依托現有資源建設農業農村大數據中心，加快物聯網、大數據、區塊鏈、人工智能、第五代移動通信網絡、智慧氣象等現代信息技術在農業領域的應用”“強化現代農業科技和物質裝備支撐，提高農機裝備自主研制能力，支持高端智能、丘陵山區農機裝備研發制造”“推進全程全面農業機械化，在智慧農業等重點領域加強核心技術攻關，開展數字農業試點”。國家“十四五”規劃多次提及“物聯網、5G、人工智能等技術，并對智慧農業發展做出了部署”，其中的重點就是智能農機裝備。以上充分說明國家層面對于智能農機裝備發展的重視與戰略定位。2021年3月，《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》提出，要加強大中型、智能化、復合型農業機械研發應用，農作物耕、種、收綜合機械化率至2035年提高到75%。在政策的推動下，大中型、智能化、復合型農業機械產品將加速發展。可見，國家在政策上大力支持智能農業發展，支持智能農機的創新及應用。

◎ 技術攻關

智能農機以更高層次的集約度、精準度、協同度實現精準、智能的農業生產，可從根本上解決人均資源匱乏、勞動力短缺、環保形勢嚴峻等難題，是現代信息技術與農業生產、經營、管理和服務全產業鏈的“生態融合”和“基因重組”，是農業產業發展的重要方向。在技術攻關方面，需要繼續加強人工智能等共性關鍵技術產品與農業領域應用的深度融合，構建農業智能化技術體系。在技術應用推廣方面，從應用成熟、投資較小的階段性成果開始，再逐步向大規模的農場與有條件的農村和農戶滲透。智能農機裝備作為集智能感知、決策、作業等于一體的有機整體，是未來智慧農業的主要技術形態。智能農機裝備作為中國農業智能化水平的代表與應用載體，其發展將促進與帶動中國現代農業技術體系逐步完善，農業產業鏈條的不斷延伸。

◎ 產業市場需求

農業機械產業受益于國家政策、資金投入、財稅優惠等多個方面的扶持，以及科研、生產、開發體系進一步的創新和發展，產業規模不斷擴大并穩步保持發展態勢。數據顯示，中國農業機械總動力由2010年的92 781萬kW增長到2019年的102 708萬kW。預計到2025年，全國農機總動力將達到11億kW左右。隨著新一代智能農機對現有傳統農機裝備的全面取代，以及隨之建立的以智能農機技術為核心的現代農業發展體系不斷壯大，對智能化農機的需求將日益迫切。

農機購置補貼是《農業機械化促進法》明確規定的重要扶持措施，也是中國重要的強農惠農富農政策。2021年3月，《2021—2023年農機購置補貼實施指導意見》公布了新的農機購置補貼標準，并強調了要做到“有升有降”，其中對急需機具以及智能、復式、高端產品補貼比例從30%升至35%?？梢钥闯?，補貼政策在向技術先進的農機產品傾斜，這對智能機具擴大市場占有率有重要作用。未來，智能化、復合型的農用機械產品市場發展前景廣闊。

智能農機面臨的挑戰

◎ 技術應用

當前，中國農業機械整體水平相較于發達國家還很低，農機自動化、智能化等方面起步較晚，但受基礎條件、生產方式、產業模式等條件制約，中國智能農機與農機農藝深度融合等仍處于探索階段，技術成果應用與國外發達國家存在明顯的差距，發展任重道遠。

一是農業數據采集和應用整合程度低。農業數據采集覆蓋面不足，實時性與準確性不高，數據整合程度與數據標準化程度低，缺乏高效的跨域數據共享機制，預警決策模型的缺失也制約了智能農機的深入應用。

二是農村地區復合型高素質人才不足。農業從業人員整體文化水平偏低，缺乏能夠操作智能農機等現代化生產設備的高素質農民，農業生產經營管理和信息化復合型農業技術人才存在較大缺口，難以形成支撐智慧農業發展的人才隊伍。

三是智慧農業發展受要素資源影響大。智能農機的前期投入較大，配套的農藝作業標準、人員要求等較高，資源要素的高配置要求在某種程度上也限制了當前智能農機的應用推廣；此外，中國農業農村信息基礎設施薄弱，也制約了智能農機在較大范圍內推廣和應用。

◎ 技術裝備研發

中國智能化裝備還處于起步階段，大型化、智能化、信息化等農業機械裝備較少。一些高端智能化農機設備主要依賴進口，中國自主研發的智能農機在關鍵部件與核心算法方面仍存在自主水平不高、集約化程度低等問題，限制了中國智能農機裝備的研發應用。

智能農機未來可期

要發展智慧農業，必將需要發展智能農機。未來，智能農機將圍繞物聯網＋新動能，走“農機—農藝—智能化”三融合之路，設計與種植、大數據配套的農機，開發適宜智能無人農場的農機也是一個新的方向。農業現代化需要智能農機，智能農機發展未來可期。

智能農機聯網新動能

隨著北斗自動導航、精準變量作業等智能農機配套智能終端的推廣應用，“物聯網＋”信息化技術在大中型動力機械上逐步應用，能夠實現機具精準定位、變量播種施肥、作業全程監控、生產調度等功能，提升農機具精準作業和連續作業能力，大幅度提高作業效率與質量?！拔锫摼W＋”讓農機作業更智能精準、生產調度更科學合理、政策實施監管更智慧高效，農業生產全程機械化與信息化快速融合必將進一步促進農業機械化發展提檔升級，成為推動農業現代化的新動能。

“農機—農藝—智能化”三融合

蔬菜生產作業涉及的“農機—農藝—智能化”主要發展方向包括：一是適應機械采收的育種、育苗技術；二是適應全程機械化生產的種植農藝模式；三是適應智能化管控的全環節銜接的機械作業標準化規范。

以智能農機為載體，以“農機—農藝—智能化”為主線，通過5G、農業物聯網、農業遙感、農業大數據分析決策、智能農機、農業機器人等現代信息技術與蔬菜產業的深度融合應用，實現蔬菜規模化生產及平整地、起壟、移栽、管理、收獲等全生長周期的智能化、無人化作業與管理。通過蔬菜生產標準化、機械化、信息化、智能化四化同步推進，實現提高蔬菜產出水平、改進產品質量安全、提高資源利用效率、減少勞動力投入、改善農業生態環境等蔬菜產業發展核心需求。

智能無人農場新方向

智能無人農場具有耕種管收生產環節全覆蓋、機庫田間轉移作業全自動、自動避障異況停車保安全、作物生產過程實時全監控、智能決策精準作業全無人5個特點。以智能農機為核心的智能無人農場代表著最先進的農業生產力水平，可以極大地提高勞動生產率、資源利用率和單位產出率，將實現農業勞動力的解放，是未來農業的發展方向。

智能無人農場通過人工智能、大數據、智能測控與物聯網等前沿信息技術與農機裝備深度融合，符合政策方向，是未來農業高質量發展的重要方向。智能農機技術與裝備改變了傳統的農業生產模式，可有效地提升農業生產的科學化、標準化、高效化、智能化水平，推動農業生產進入“機器換人”新時期，引領中國傳統農業向現代化、智能化農業全面轉型。蔬

后記：

傳統農業顛覆，智慧農業已成大勢所趨，智能農機的作用將更加凸顯，也將會成為科研人員研究的“寵兒”，也是實現智慧農業要努力的方向。在蔬菜方面，智能農機基于現代化信息技術，進行智能決策、安全控制、無人作業等，使蔬菜生產有望實現全程智能化，而病蟲害控制是極難解決的環節，也是保證蔬菜生產安全、食品安全及保護生態環境的關鍵。鑒于此，下期業界觀察將圍繞“智能裝備與技術讓蔬菜施藥更精準”主題展開探討，希望能給業界人士提供參考。