建三江：無人化作業在中國糧倉大顯身手

過去，人們常常設想未來農業的樣子：由無人駕駛的拖拉機、插秧機、收獲機、噴藥機、無人機等配帶著不同的農具或裝置，從耕整地、播種、插秧、噴藥、噴肥，到收獲、運糧等農業生產全部由機器搞定，現在這已經不再是設想，由北大荒建三江—碧桂園共同打造的全球首個超萬畝無人化農場正上演著這樣的情景。

據了解，北大荒建三江—碧桂園無人化農場聯合國內外頭部農機制造與智能農機裝備企業、高等院校和科研機構，從現代化農場應用場景實際需求，重點突破農機無人駕駛、作業協同、多機聯動、自動避障、集群調度、遠程控制、智能決策等關鍵環節，探索形成覆蓋主要農作物耕、種、管、收、運全流程無人化生產作業和無人化農場建設運營的系統解決方案。

“北大荒建三江和碧桂園農業聯合組織實施的這個無人化農場試驗示范項目，是目前國內外針對主糧作物的規模最大、參加試驗示范的農機設備最多、作業環節項目最全、無人化技術最先進、農機田間作業無人化程度最高的一個無人化農場項目，也是迄今為止全球首個超萬畝的無人化農場試驗示范項目，”中國工程院院士、華南農業大學教授羅錫文表示，項目將帶動中國現代化大農業加速發展，為中國農業轉型升級、實現高質量發展注入強大動力，將在我國現代農業科技發展進程中具有里程碑式的重要意義。

無人農場：給農業插上“科技的翅膀”

先進的無人化作業之所以能在中國大糧倉大顯身手，是因為融合了智慧農業的最新技術。

智能農機作業技術。北大荒建三江國有農場針對水稻、玉米、大豆三大作物研發了相配套的智能農機，涵蓋全周期作業過程，主要體現在無人駕駛技術、無人機植保技術和主從導航收獲機系統三個方面。

在北大荒建三江-碧桂園農業無人化農場項目的農機無人駕駛作業現場演示會上，來自國內外的17家頭部智能農機生產企業、44臺（件）農機設備，分別演示了無人農機收割運糧協同作業，無人化水田筑埂、攪漿、插秧、旱直播、飛防、秋翻地、旋地以及無人化旱田滅茬、翻、耙、起壟、播種、噴藥等20多項無人農機作業，涵蓋主要作物從春到秋全周期作業過程。

無人駕駛技術需要提前測繪農田地圖，根據農田邊界和障礙物分布，規劃農機作業最優路徑，并將其儲存在農機上，作業時農機“按圖索驥”作業。無人駕駛技術自帶的高精度定位功能可以提供全天候、高精度和實時的機具位置、速度和時間信息，借此準確判斷拖拉機作業路線是否偏移，并結合控制系統不斷比較拖拉機的真實位置與規劃路徑之間的偏差，向拖拉機的轉向系統發出指令，讓拖拉機快速準確修正前進方向，使拖拉機始終保持在正確的航線上。此外，還可以通過毫米波雷達、激光雷達、攝像機等傳感器，準確識別人員和動態障礙物，實現自動避障作業。

植保無人機配有飛行平臺、攝像頭、BDGPS飛控、噴灑機構等，通過地面遙控或BDGPS飛控，可以實現精準定位。通過多次飛行進行農田巡查，幫助農戶更準確地了解糧食生長情況，更精確地實現植保作業。

智能收獲機系統為建三江國有農場自主研制，基于北斗衛星定位系統，通過無線自組網絡連接無人駕駛收割機與無人駕駛卸糧車，實現主從協調。當無人駕駛收獲機倉滿報警時，會自動發送卸糧命令給無人駕駛卸糧車，無人駕駛卸糧車根據無人收獲機作業路線和卸糧筒長度，智能規劃自身行走路線，并通過轉向和油門控制實現自身和無人駕駛收獲機的相對位置，將橫向誤差控制在10 cm以內，縱向誤差控制在20 cm以內，解決人力多次運糧問題。

過去建三江國有農場農業機械化率較低，僅插秧一項就需要20天的時間。而現在智能農機應用后，建三江國有農場已實現7天完成育秧播種、7天完成水整地、7天完成水稻插秧、7天完成收獲、7天完成秋翻地、7天完成水田翻后旋，一年水稻生產的關鍵環節只需“六個7天”就可完成，極大提高作業效率。

病蟲害預警技術。建三江國有農場利用田間安置采集設備，通過高清攝像頭實時獲取水稻圖像信息，判斷水稻生長情況，再結合田間環境信息、作物品種、氣象信息、歷史病蟲害發生情況，經過后臺云服務系統的高效智能診斷，可以預測施肥、防病、除草時間，并將信息反饋到葉齡智能診斷App上，以實現對種植戶的栽培技術和植保技術作出實時指導。

葉齡智能診斷App根據葉齡與其它器官的同伸關系，以葉齡為基準，衡量和判斷水稻當時和以后一段時間的生長進程（株高、莖數、葉長等）、群體素質（葉面積指數、充實度、粒葉比等）等，進而按照生長標準實施調控，達到優質高產的實用技術。相比之前完全靠主觀判斷和經驗進行的田間管理更精準、更有效，并且能把是否需要施肥、除草、打藥等指導信息直接推送到農戶或農場管理人員的手機里，解決了農戶服務“最后一公里”問題，有力提高了田間管理水平。

智能施肥技術。建三江國有農場通過測土配方技術，建立了健全的水稻施肥配方圖，技術人員或種植戶通過點擊農場地塊位置，可以查詢施肥建議卡，使種植戶能了解到施肥總量、畝施肥量、全程的施肥時期等信息。

除了測土施肥配方技術外，建三江國有農場還研發了變量側深施肥技術，在插秧機前輪安裝傳感器，在插秧過程中實時檢測土壤中的氮、磷、鉀含量，并基于檢測結果按需定量施肥，實現水稻種植過程中肥料的減施增效，保證土壤肥力，更好地促進農作物的生長。

側深施肥技術提高了肥料利用效率。建三江國有農場多年數據證明，通過側深施肥技術，氮、磷和鉀肥利用效率可分別提高9.6%、8.5%和15.1%，肥料整體利用效率可達到50%左右。在提升肥料利用效率的同時，可實現肥料減量情況下的作物增產增收，且側深施肥技術還可減少水稻倒伏，提高水稻秧苗的成活率，一畝地能節省成本10元左右。

在北大荒集團建三江分公司紅衛農場有限公司，三臺無人插秧機組成的無人機群由一人操作，通過運用北斗衛星定位系統，按照既定路線由機庫駛出，隨停隨走，精準作業，插出筆直的秧苗，既節省了人工，又提高了土地利用率。

智能育苗技術。傳統水稻育秧技術存在苗床水分不足、溫度不適、出苗不齊、播種后直接擺放出苗不均勻、秧苗容易出現立枯病、綿腐病等現象，導致育供秧苗能力較小、成秧率低、秧苗質量差、爛秧死苗等風險增大。建三江國有農場針對這一問題研發了智能化育苗技術——疊盤暗室育苗技術，改變了傳統水稻育秧方式，通過結合流水線播種設備一起作業，實現裝土、播種、澆水、覆土、出盤、疊盤一條龍機械化，之后將秧盤放置在能控溫和控濕的溫室內（恒溫32℃、恒濕60%），通過配置一系列智能傳感器，可實時監測CO2濃度、溫度、相對濕度、光合有效輻射（PAR）、pH值等各項環境指標。通過微機進行數據分析，由微機對棚內的水簾、風機、遮陽板等設施實施控制，并對環境指標參數進行調節，給種子創造最佳的生長空間。采用統一浸種、催芽、育苗的智能化育苗技術有利于統一品種，并且培養過程中水循環導氧、種子浸種、催芽等環節是在有氧條件下進行的，提高了種子芽勢和芽率，在保證秧苗質量的情況下，極大縮短了育苗時間，由7-8天縮短到48小時，極大提高了生產效率。

稻田使用疊盤暗室設備后，成苗率提高5%左右，每畝可節約種子0.5 kg。單套播種流水線，每小時可播種800盤，每天可完成10000盤暗室育秧。疊盤暗室育苗技術研發為搶農時、搶積溫、早育秧、育壯秧提供了基礎，平均畝增產20 kg左右，增產比3.3%，畝增收52元左右。

智能灌溉系統。采用智能灌溉系統對農場水稻種植區開展精準灌溉，該系統集自動控制技術、傳感器技術、通訊技術、計算機技術等為一體，采用不同的傳感器采集農田墑情等環境數據，并在田間安裝水位監測系統，實時監測每個地塊的水位，通過數據傳輸設備將信號傳至遠程控制終端，用戶在控制中心進行灌溉參數設置，專用軟件會在計算機上分析，并在智農平臺給出灌溉方案。用戶可以選擇遠程操控，信息終端系統下達的指令將會經過信號轉換傳達給灌溉設備，也可以選擇人工進行現場操作，最終可以實現田間智能灌溉和灌溉遙控。

作物倒伏監測。為解決協調保險公司和農民之間關于作物倒伏核保的賠款結算問題，建三江國有農場研發了水稻倒伏的遙感監測系統，利用HJ-1衛星遙感數據多光譜、多時相、高分辨率優勢，依據遙感影像特征的變異建立水稻倒伏分類特征，如光譜反射率、紋理特征、植被指數等，使用最大似然法對遙感數據進行監督分類以及提取水稻倒伏面積，并通過人機交互對分類結果進行修正，在此基礎上建立衛星遙感圖，以實現快速、準確地計算出農戶稻田的倒狀面積，比傳統的人工測量更為準確、高效，也得到農戶和保險公司肯定。

火情監測技術。為更好地減少火災帶來的危害，建三江國有農場采用衛星遙感監測技術，建立了線上可視化操作系統，可以實時監測火點位置、面積、火情大小等信息，并及時發送短信至農場相關領導及管理區主任，以便及時控制火勢，減少火災帶來的損失。這一技術的應用，極大提高了農場火情監測的及時性及準確性，同時極大降低了巡檢人力成本和火災損失。

以上這些無人化技術、數據智慧決策等新型手段將推動農業生產方式變革，是破解中國農業發展瓶頸的重要途徑之一。

隨著機器人、物聯網、人工智能等先進技術被不斷應用到農業生產經營的各個環節，農業走科技化、智能化的發展道路已經成為大勢所趨，加快布局“無人農場”應用場景，廣泛應用農牧機器人新技術，全面提升農業產業鏈自動化水平，將成為占據全球農業未來發展制高點的重要手段。

構建可復制推廣的無人化農業生產系統

“北大荒建三江-碧桂園無人化農場項目”實施以來，先后與17家國內外農機生產制造企業建立合作，完成了水稻、玉米、大豆三大農作物單機無人駕駛田間作業耕、種（插）、管、收、運五大環節20多個作業項目的試驗示范任務，全年累計完成田間作業面積約16000畝。經濟效益、社會效益、環境效益顯著。

經濟效益。建三江無人化農場通過采用智能農機、病蟲害預警、智能施肥、智能化育苗技術、智能灌溉、作物倒伏監測和火情監測等現代化生產和管理技術，具有勞動強度低、生產集約化程度高、生產效率高的特點。通過引用大量系統集成系列的前沿技術和先進設備，實現農作物從耕種、管理到收割的全流程覆蓋，不僅可以大幅提升生產效率和作業質量，也極大減少了所需要投入的人力成本，同時具有增產增收效果，經濟效益顯著。生產管理效率較普通生產管理方式提高35%以上，肥料利用率提高10%以上。

社會效益。建三江無人化農場作業先進技術將在江蘇、重慶、新疆、河南、海南等10個省區市展開，重點解決自動駕駛算法、地理信息系統、融合感知系統、線性底盤、液壓轉向、動力換擋、V2X等地面無人農業設備的關鍵和基礎問題，建立全國無人農機合作聯社，采取農機共享等方式，重點解決我國農業生產人口老齡化、作業效率低下、作業標準差異化等問題，對打造我國農業生產新模式等方面具有積極的社會效益。

環境效益。無人化農場的產生是資源高效利用的內在要求，由于我國農業資源的過度開發和利用、傳統作業模式頻繁耕種、化肥農藥濫施等，使得耕地資源逐年下降，耕地退化嚴重，農業生產環境日益惡化，農業資源的綜合利用率不高。無人化農場因其在提升土地產出率、勞動生產率、資源利用率以及科學利用農業資源方面的獨特優勢，可以更好地實現生態、高效、優質、高產、安全的農業生產輸出效果，環境效益顯著。

“發展建設‘無人化農場’符合未來農業的發展方向，不僅能夠加速推動和促進無人化農場技術的發展，有助于大幅提升農業生產效率，保障我國糧食安全，還能夠總結經驗，優化和集成無人化技術，拿出可復制、可推廣應用的無人化農業生產系統和無人化農場系統解決方案，為全球農業發展和糧食安全作出重要貢獻。”中國農業機械化協會會長劉憲表示。