新能源智能農機裝備發展現狀與趨勢

楊 敏 蘇仁忠

(湖北工業大學經濟與管理學院,湖北 武漢 430068)

近年來，隨著我國城鎮化進程的加快，農業人口向城市轉移，從事農業生產的人員持續減少。農村人口往北、上、廣、深等大城市、省會城市、縣級城市落戶和務工的每年數以億計。另外，大量沒有離開農村的青壯人員，也基本脫離農業生產。由于這種原本從事農業生產的人口向城市轉移造成農村空心化，農村從事農業糧食生產的勞動人口嚴重短缺，特別是青壯年勞動力短缺更加嚴重。農業生產如果不順應形勢使用適應的機械化，農業糧食生產工作很難展開和推進。因此，新型智能農業機械的應用在推進農業現代化方面起著不可替代的作用，為保障我國糧食安全有重要戰略性意義。

1 我國農村農業生產機具的現狀及存在的問題

自從2004年《農業機械化促進法實施》以來，農業生產由牛耕向機耕實現了轉變，農業生產力得到了提高。但是，我國人多地少，人均耕地僅0.092hm2(據國土資源部2006年數據)，特別在我國南方仍然是小塊地、坡地、山地為主要形式。對于農村個體農戶，規模小、成本高、效率低仍然是當前存在的主要問題。

《農業機械化促進法》的實施，在2004-2014年這一階段，我國農業機械化取得了突飛猛進發展。但限于我國耕地的現狀，以動力機械為例，這一時期主要普及的以小微耕機、小手扶、小四輪居多，雖然農業生產力較前一時期得到了提升，但解放了牛，累死了人，是這一時期農業生產現狀的真實寫照，所以生產的糧食等農產品市場竟爭力仍然不高。2014-2020年隨著我國高標農田的推進建設及農機合作社等新型農業經營主體逐步出現和完善，農機裝備逐步向大的方向發展。這一時期農機裝備的現狀主要是三多三少，主要是小型機械多，大型機械少；單一功能機械多，多功能機械少；傳統機械多，舒適性智能化機械少。傳統的老舊農機產品過剩和新型多元化智能化舒適性農機產品短缺問題并存，傳統的耕種機械市場幾近飽和，新型適應不同作物的復合耕整、施肥、播種(種植)、管理、收獲、加工機械數量少、品質低；隨著時代的發展，農業農村新的情況不斷出現，對農業機械提出了更新、更高、更全面的要求。

2 舒適性智能化新能源農機的分析

舒適性智能化新能源農機指的是將傳統機械技術、電子技術、計算機與網絡通信技術、大數據技術、物聯網技術、傳感器技術、新材料、新能源等相結合的產物。人工智能控制與視覺技術和行業技術匯集于農業機械的生產和應用中，其最大特點是：智能農機的CPU芯片和遙感器能夠對應用場景進行檢測、反饋和分析，能對其他功能作出智能化指令和控制，同時，可以與農事綜合服務大數據指揮系統、操作人員進行信息交互。與傳統的農機相比，新能源智能農機具有以下特點：

2.1 清潔環保

在當前環保大時代背景下，“新能源”一詞越來越多地進入人們生活，近幾年新能源電動汽車在汽車行業所占比例也越來越高，在農機裝備領域，電動農機憑借其清潔、經濟等優點也受到各級政府的提倡和農民的歡迎。

特別是農用國Ⅱ柴油機動力機械，噪音大、NOX和PM2.5排放高。為配合世界污染防治，加強控制國內非道路移動污染源排放是大勢所趨。國家出臺相關規定從2016年4月1日起，停止生產和銷售國Ⅱ階段的柴油機。相應地，農機化司國家農機鑒定總站及各省級農機鑒定站均不再受理配套國Ⅱ階段排放柴油機的農業機械鑒定申請，對應的政策是用戶購買配裝國Ⅱ階段排放柴油機的農業機械也不能享受農機購置補貼。

受此政策影響，倒逼國內一些動力生產企業和農業機械進行升級，采用適配更加環保的第三階段排放型式或以上更加環保的綠色新動力。傳統動力工具和機具生產企業面臨轉型升級或被迫退出舞臺的風險。

目前農村電網的普及以及可移動鋰電池、穿戴式光伏電池、石墨烯電池技術的高速發展，對農用動力機械帶來顛覆性革命。其中以農用小機具變化尤甚，過去選用柴油或者汽油動力的，現在大量采用新能源電動化。以電能結構為主的新茶葉電動修剪機、電動割草機、電動微耕機等新能源農用動力新產品大量被研發和上市，逐步替代了過去傳統動力農用機具。

2.2 精準智能

精準農業的“硬件”是現代機械工程裝備技術，其核心技術是“機電一體化”，包括全球定位系統、地理信息系統、遙感技術和計算機自動控制技術等。在現代精準農業中，應用于農田的精細、精量、精準耕、種、管、收等農業生產活動的各個環節。精準農業是實現農業低耗、高效、優質、安全的重要途徑，其中智能農機是直接實施和執行者。

精準智能從20世紀90年代開始在發達國家興起，目前已成為一種普遍趨勢，英美法德等國家紛紛采用先進的航天技術、生物化工技術使現代農業走向4.0時代。

精準農業4.0時代由衛星及激光定位系統、土地地理信息采集系統、土地環境狀態監測系統、遙感遙控系統、智能化農機系統、農業專家系統、農事服務大數據指揮系統等多個智能系統構成。其中，智能農機裝備是農業生產活動的直接實施和執行系統，包括精準整地、精量播種、精準施肥、精準灌溉、精準收獲等農業生產全過程；操作人員完全可以做到定位、定量地進行施肥和播種，而收割機工作時可自動記錄每平方米農作物產量、土壤濕度和養分等的精細數據。

2019年湖北省農業農村廳10萬hm2油菜機械化直播項目采用了北斗農機信息化智能遠程管理系統，對全省油菜機直播41個示范縣市的機械化開溝、旋耕、直播作業情況通過北斗定位技術、視覺技術、遙感技術、計算機及通信技術進行遠程監控、測畝等智能管理。

2.3 集成高效

智能農機實行模組化系統設計，均集成有人工智能仿形和機械自動控制系統，能將許多操作節拍壓縮集成，化繁為簡，自動地完成復合操作，取代許多需要人為的操作，集成、自動、高效。比如，中軒2BFQ-6聯合精量播種機，能一次性完成開溝、起壟、覆膜、鋪滴灌帶、仿形播種、壓膜等作業，還可以根據播種時間和季節前后，通過播種機播量控制器輸入每畝播種用量數字，播種機自動實現精準調整播種用量，并根據拖拉機前進的速度自動實現同步變量播種，以自動確保播種株距的一致性。

TY787植保無人機號稱空中機器人，具備2種作業模式：一是可以遠距離遙控植保飛防作業；二是可以根據田塊的地理信息、作業要求、作業副寬，自動規劃飛防航線或經人工修正后，無人植保飛機完全自主導航飛行完成作業任務并返回到作業原點。無人植保飛機在空中自主做飛防植保作業，同時還可以采集農田農作物的信息，通過圖傳系統反饋給地面。TY787植保無人機還可以實現故障自動報警、自動施藥，斷點續噴自動生成飛行軌跡、電子避障、機械防撞、一鍵起飛和一鍵降落的農用飛機作業飛控導航等系統功能。

拖拉機裝上自動駕駛系統后，能夠實現整地和播種作業調頭轉彎后的自動對行操作，無需人工肉眼長期、持繼觀察，避免疊耕疊播、漏耕漏播現象。增強了農業從業人員作業舒適性，降低農機操作人員勞動強度，提高勞動生產效率。新型的智能農業裝備還體現在采用了模塊化設計理念，支持即換即用、即插即用技術。比如新一代拖拉機駕駛室集成有USB5V電源及12V電源，可快速外接使用其它輔助設備，中軒2BFQ-6精量播種機采用模組設計，可分別掛接4組、6組、8組、10組，分別實現不同播種行數需求，提高播種效率。

2.4 一機多用

智能農機除了中央處理器強大的電子智能外，其機械部分也具備人工仿形等機械智能，能夠實現一機多能，一機多用，提高機械的使用效率。如拖拉機配裝液壓升降、叉運裝置，可以完成秸稈裝缷、搬運、碼垛工作，解決田間秸稈繁重的人工搬運強度；聯合直播機可以完成整地、開溝、起壟、播種、鎮壓、噴藥作業，更換不同播種盤可實現播種油菜、辣椒、蘿卜、高粱、玉米、大豆、油葵等不同的農作物。

2.5 安全可靠

新型智能農機在設計上不僅有傳統的機械安全結構，而且通過集成傳感器技術、反饋系統構筑有電子安全圍欄。以T16植保飛機為例，在傳統機械防撞結構基礎上，通過加裝雷達系統，實現電子避障達到自主繞障飛行、自動防撞自我保護的目的，提高了安全可靠性。2BFDN型播種機裝配電子控制器后，能對播種、施肥進行監控，在施肥、播種作業中，出現漏施、漏播現象，則會自動報警提醒機器操作者。

3 新能源舒適性智能農機裝備發展趨勢

傳統農機裝備向新能源、自動化、物聯網、智能化、舒適性提檔升級是必然趨勢，農業4.0時代，農機裝備不能掉隊。農機裝備智能化是實現我國農業現代化的重要途徑。

3.1 新能源綠色動力

國家要求節能減排政策逐年收緊，從政策和市場層面看，以農用動力產品為例，借鑒新能源汽車發展的經驗，走 “農機裝備新能源 ”產業道路，發展節能型拖拉機，注重技術投入，力爭達到低能耗、零排放的標準，開發農機新產品是農機企業未來求生存和發展的關鍵。

3.2 農機裝備物聯網、舒適性、智能化

近幾年來，國家土地深松作業、油菜種植作業、水稻機插作業等農事社會化服務都進行了對應財政補貼，這涉及到面積及作業效果的實時監管和核定。只有具備4G數據傳輸模塊、農機GPS系統、角底傳感器、圖傳系統等智能功能的農機裝備才具備作業條件。農機只有智能化，這些數據才能夠接入到農事綜合服務大數據指揮平臺。隨著農機手逐年知識化、年輕化，操作性、安全性、舒適性差的老、破、小傳統農業機械將不受年青人的歡迎，將面臨時代的淘汰。農機裝備自動化、智能化、舒適性的作業方式是農業發展的必然趨勢，也是發展高效、降本農業的有效途徑。世界農業發達國家在采用了高度自動化的作業機械后不僅降低了作業成本、提高了工作效率，而且還提高了其農產品在國際市場占有量和擴大價格優勢。

3.3 農事綜合服務大數據指揮管理系統

2019年湖北省農業農村廳實施秋季油菜機直播項目，首次啟用了農機大數據平臺管理系統，油菜機直播、拖拉機、農機手、主管部門正式開啟了農機裝備物聯網時代。通過運用農機大數據管理系統既能讓管理部門實時了解農機作業狀態，掌握農作物播種作業面積數據等情況，又能為農機進行遠程故障診斷提供服務。還能為群眾進一步加強科學生產與管理，提升農民信息化應用水平，合理調配作業機具，提高農機效率，為農業經營者創收、增收。

4 推進我國新能源智能化農機裝備發展的建議

農機裝備企業要想立足國內，走出國門，就必須縮小與歐美發達國家農業機械裝備技術上的差距，可從以下幾點著手：

(1)關鍵技術創新。加大中央自動控制系統的研發和科技含量，增加人機界面互動的友好性能，使農機操作人員通過界面實現對機器進行了解和操控。

(2)集成模塊創新。綜合現代計算機技術、大數據技術和先進加工工藝相結合應用于傳統農機產品上，實現衛星及激光定位系統、土地地理信息采集系統、土地環境狀態監測系統、遙感遙控系統、智能化農機系統、農業專家系統、農事服務大數據指揮系統與與農機裝備產品的有機結合。我國農機裝備產品只有通過機械高度自動化、信息化并最終走向人工智能化，這才是我國農機裝備企業的根本出路。

(3)新能源聯合創新。經過多年發展，我國在新能源技術領域已獲得良好的技術積累，將新能源與智能農機強強聯合，是我國智能農機實現“彎道超車”，由“農機制造大國”向“農機制造強國”突破的重要途徑。

(4)支持模式創新。加強科技創新能力，促進農業機械化新技術、新機具的研究和開發。堅持引進、消化和自主創新相結合，堅持產、學、研、用、推、管相結合，加大關鍵技術和產品研發、生產、應用力度。

5 結語

綜上所述，新能源智能農機不僅可降低成本、減少環境污染、提升農業生產精確度和提高耕地輸出率，更重要的是通過自主創新、技術集成，不斷開發適應市場需求的產品，并通過科研開發、政策扶持、示范推廣及市場機制，促使農業向規?；?、智能化、環保及高效化發展，從而推動農業的健康可持續發展，實現勞動力的最大程度解放。