天津市智能機械化技術發(fā)展現(xiàn)狀及建議

王健平， 陳建林， 薄克明， 李 航， 趙亞洲

（天津市農(nóng)業(yè)發(fā)展服務中心，天津 300061）

0 引言

智慧農(nóng)業(yè)是在現(xiàn)代信息技術革命的紅利中探索出來的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的新模式，是集集約化生產(chǎn)、智能化遠程控制、精細化調節(jié)、科學化管理、數(shù)據(jù)化分析和扁平化經(jīng)營于一體的農(nóng)業(yè)發(fā)展高級階段。智能農(nóng)機是智慧農(nóng)業(yè)的重要裝備支撐，通過5G 技術、物聯(lián)網(wǎng)技術利用多樣多源遙感設備、智能監(jiān)控錄像設備和智能報警系統(tǒng)監(jiān)測農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)境和生長狀況，利用科學智能的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素遙控設備實時遙控管理農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)狀況，水肥藥食自動投放管理，智能化農(nóng)機技術形成了農(nóng)業(yè)精細化、規(guī)?；l(fā)展的智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)線系統(tǒng)，推動精細化耕作，提高農(nóng)產(chǎn)品品質、產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本，達到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提質增效的目的[1-2]。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

智能農(nóng)機又稱智能控制系統(tǒng)下的農(nóng)機裝備，是指裝有衛(wèi)星定位儀、傳感器及監(jiān)視器的農(nóng)機裝備，包括帶有自動監(jiān)測控制裝置的拖拉機、收割機、播種機、施肥機，以及其他能夠實現(xiàn)自動監(jiān)測和控制的農(nóng)機裝備總稱。智能農(nóng)機集成5G、北斗和網(wǎng)絡平臺技術，運用云計算方法，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息數(shù)字化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化、農(nóng)業(yè)管理智能化，從而構建低碳節(jié)能、高效高產(chǎn)、綠色生態(tài)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術保障體系。智能農(nóng)機和物聯(lián)網(wǎng)技術在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的應用，是解決種得好、養(yǎng)得好、管得好、收得好的重要手段[3-4]。

圍繞天津市重點關鍵環(huán)節(jié)智能農(nóng)機化技術，以實現(xiàn)“信息感知、定量決策、智能控制、精準投入、個性服務”為目標，以大田種植、設施農(nóng)業(yè)和林果生產(chǎn)等領域為重點，通過應用信息化技術，改變農(nóng)機管理及農(nóng)機作業(yè)監(jiān)管方式，開展了農(nóng)機作業(yè)服務、調度與質量監(jiān)管智能化，提升農(nóng)機作業(yè)質量和效率，有利于節(jié)本增效，實現(xiàn)清潔化生產(chǎn)。還要解決面向農(nóng)機服務組織提供精確匹配、科學調度及有效監(jiān)管服務的問題，動態(tài)、直觀地監(jiān)測農(nóng)機作業(yè)狀態(tài)，實現(xiàn)作業(yè)過程監(jiān)管與作業(yè)量自動核算，以及農(nóng)機作業(yè)、耗油量、維修記錄管理等。開展了基于北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的精準平地技術、農(nóng)機設備衛(wèi)星導航輔助駕駛技術及無人機植保和肥料撒施技術示范應用，取得了一定的成效，最大限度降低農(nóng)民勞動強度、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)標準化水平。

廣泛試驗智能農(nóng)用無人機，通過快速更換不同功能掛載設備，完成小麥、水稻高效植保和肥料撒施等作業(yè)，實現(xiàn)定點、定時、定量施藥，解決作業(yè)成本高、效率低、化肥農(nóng)藥浪費等問題。根據(jù)噴藥量、地塊大小、種植規(guī)模等，選擇懸掛式或自走式噴桿噴霧機、大型固定翼農(nóng)用飛機、直升飛機、動力三角翼，以及無人駕駛的單旋翼直升飛機、非共軸多旋翼直升飛機等機械。根據(jù)小麥病蟲草害發(fā)生規(guī)律，確定防治日期、合理選用農(nóng)藥品種及用量，采取綜合防治措施。在起身拔節(jié)期和抽穗期兩個關鍵時期進行防治，根據(jù)地塊大小合理選擇植保機械。利用無人植保機，作業(yè)質量一般要求藥量準確，霧滴大小一致，不重不漏、覆蓋均勻。

天津市智能農(nóng)機化技術起步較晚，與發(fā)達地區(qū)相比存在較大差距。目前天津市的農(nóng)業(yè)基礎設施仍舊落后，大型現(xiàn)代化農(nóng)機設備較少。而且農(nóng)村高素質人力資本流失嚴重，留守農(nóng)民的年齡、文化、性別結構不協(xié)調，年齡偏高、文化水平普遍較低且以女性為主，對互聯(lián)網(wǎng)信息技術了解應用較少，現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)意識比較淡薄[5]。而天津市智能農(nóng)機設備市場投放量較少、價格過高，導致智能化農(nóng)機無法大規(guī)模進入農(nóng)田投入使用。

智慧農(nóng)機再升級進程緩慢，就目前來看，由于智慧農(nóng)機的應用，天津市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平已經(jīng)有了大幅度的提高，但還需不斷進步。首先，從智慧農(nóng)機運用角度分析，農(nóng)作物的大規(guī)模播種、噴藥殺蟲、收割烘干等方面的智能技術已經(jīng)在實際的生產(chǎn)活動中運用，但還有很多方面的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)需要智慧農(nóng)機的參與來提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力。其次，從智慧農(nóng)機投入生產(chǎn)的程度分析，雖然如今智慧農(nóng)機在大田、蔬菜等很多方面的智能化生產(chǎn)水平有提高，但并未實現(xiàn)普遍的大規(guī)模生產(chǎn)，主流機型中智慧農(nóng)機使用水平偏低。

2 重要作用

農(nóng)業(yè)作為國家的基礎支柱產(chǎn)業(yè)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向智能化轉型是必然趨勢。這就要求智慧農(nóng)機技術能夠提供強力的技術支撐，加快農(nóng)機裝備的研究開發(fā)，與此同時，隨著我國城鎮(zhèn)化進程不斷加快，農(nóng)業(yè)勞動力紅利逐漸消失，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)缺乏從業(yè)人員問題越來越嚴重。為此，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的生產(chǎn)力水平急需提高，而隨著智慧農(nóng)機的開發(fā)和應用，要逐漸解放勞動力、解決農(nóng)業(yè)用工短缺的問題。

智慧農(nóng)機是基于無線通訊技術并以多種傳感裝置組裝而成的用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的農(nóng)機用具，是以衛(wèi)星導航、集成電子、信息軟件等現(xiàn)代技術手段為基礎，建立的一套實時監(jiān)測、統(tǒng)計、管理的復雜系統(tǒng)。智能農(nóng)機作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的高級階段，是我國農(nóng)村經(jīng)濟社會發(fā)展轉型的必由之路，也是增加農(nóng)民收入的重要方式。伴隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術的快速發(fā)展，需要進一步改變傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營方式，以適應智能農(nóng)機化技術應用，滿足新的服務模式需求。示范推廣智能農(nóng)機化技術，必將提高農(nóng)業(yè)自動化、智能化、精準化、規(guī)?；剑维F(xiàn)代化智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展。

智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎在于數(shù)字農(nóng)業(yè)和智能農(nóng)機，智能農(nóng)機是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的前提。智慧農(nóng)業(yè)是在現(xiàn)代信息技術革命的基礎上探索出來的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展新模式，是集約化生產(chǎn)、智能化控制、精細化調節(jié)、科學化管理、數(shù)據(jù)化分析和扁平化經(jīng)營于一體的農(nóng)業(yè)發(fā)展階段。智慧農(nóng)業(yè)是數(shù)字農(nóng)業(yè)、精準農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智能農(nóng)機等技術的融合。2019 年中央1 號文件提出，強化創(chuàng)新驅動發(fā)展，推動生物種業(yè)、重型農(nóng)機、智慧農(nóng)業(yè)等領域自主創(chuàng)新。智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展必然需要大量的智能農(nóng)機裝備，智能農(nóng)機將為現(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展提供重要支撐。

3 存在的問題

近年來隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術迅猛發(fā)展，北斗衛(wèi)星導航、傳感器監(jiān)測、無線傳輸、遠程監(jiān)控，以及大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術已經(jīng)逐步運用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，促進了我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和農(nóng)機智能化發(fā)展，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和精準化管理水平[6]。綜合分析天津市智能農(nóng)機化發(fā)展之路，仍存在以下6 個方面問題。

（1）人才匱乏，不能滿足技術發(fā)展需求?；鶎愚r(nóng)機化技術推廣體系缺乏既精通農(nóng)業(yè)生物技術又熟悉計算機技術和信息技術，以及農(nóng)機化技術的人才，還不能實現(xiàn)做給農(nóng)民看、教會農(nóng)民用、帶著農(nóng)民干、幫著農(nóng)民賺。

（2）信息標準不統(tǒng)一，標準化程度較低。我國農(nóng)業(yè)應用信息化管理還處于起步階段，尚未實現(xiàn)標準化運作，農(nóng)機作業(yè)標準化程度也比較低，還不能完全實現(xiàn)依標生產(chǎn)。

（3）未形成完善的智能機械化技術模式和機具配置方案。智能機械化技術與關鍵配套機具裝備不配套，尤其是糧經(jīng)飼生產(chǎn)過程中大型、高效、節(jié)本智能化機械裝備比較匱乏。

（4）規(guī)?；捷^低?，F(xiàn)有技術模式還不能滿足智能農(nóng)機大面積、大規(guī)模作業(yè)要求，智能機械化技術更加適合大規(guī)模集約化生產(chǎn)模式，較小規(guī)模生產(chǎn)模式情況下，智能機械化技術優(yōu)勢發(fā)揮不明顯。

（5）農(nóng)機農(nóng)藝技術融合程度較低，阻礙了技術推廣應用。智能機械化技術還不能適應現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術發(fā)展變化，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中，智能機械化技術的支撐和保障作用還不明顯，還需農(nóng)機農(nóng)藝技術融合發(fā)展。

（6）示范推廣應用力度不足，技術不能盡快落地。廣大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者對智能機械化技術翹首以待，但由于還不能提供強有力的技術服務，致使廣大農(nóng)民還不能熟練掌握智能機械化技術，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一線非常缺乏技術成熟的農(nóng)業(yè)工人，急需加大技術示范推廣力度，培養(yǎng)一批高水平的農(nóng)業(yè)工人。

4 發(fā)展建議

智慧農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，智能農(nóng)機是智慧農(nóng)業(yè)的重要支撐，是解決誰來種田、如何種好田的根本出路[7]。應用現(xiàn)代信息技術提高農(nóng)機裝備的智能化水平，是提高農(nóng)業(yè)發(fā)展質量和效益的重要手段，尤其在大田種植、設施農(nóng)業(yè)、畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)機作業(yè)管理、農(nóng)產(chǎn)品流通與質量安全等方面都將得到廣泛應用。

（1）開展基于北斗衛(wèi)星導航輔助駕駛技術。組織開展基于北斗衛(wèi)星導航輔助駕駛技術試驗示范，實現(xiàn)農(nóng)機自動輔助駕駛行走，滿足機械化耕整地、播種、植保、撒肥、收獲等作業(yè)需求，提高作業(yè)效率與作業(yè)質量。

（2）收獲機監(jiān)控系統(tǒng)智能化改造。通過聯(lián)合收獲機監(jiān)控系統(tǒng)智能化改造實現(xiàn)對谷物損失、產(chǎn)量、喂入量和工作部件工作狀態(tài)進行在線監(jiān)測，并對喂入量進行自動控制以提高收獲質量和效率，實現(xiàn)高效和減損收獲。

（3）示范推廣變量自動控制施肥播種等智能化機具裝備。大力推廣變量自動控制施肥播種等智能化機具，實現(xiàn)播種施肥精準可控，減少種肥等投入品不合理施用，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。同時通過專家決策系統(tǒng)，制定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)字地圖，并將變量數(shù)據(jù)輸入到自動控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)自動變量播種和施肥控制。

（4）大力推廣無人機技術。農(nóng)用無人機作為一種高效、智能、先進的農(nóng)業(yè)裝備，模塊化多功能無人機技術設備可以通過快速更換不同功能掛載設備，完成植保和肥料播撒等多項作業(yè)，解決農(nóng)村勞動力短缺、作業(yè)成本高、效率低、農(nóng)業(yè)投入品浪費等問題。

（5）示范推廣農(nóng)機設備遠程監(jiān)控技術。通過物聯(lián)網(wǎng)和農(nóng)機具傳感器技術，實現(xiàn)對農(nóng)機裝備作業(yè)監(jiān)控，實時掌握作業(yè)進度、精確評估作業(yè)質量，包括農(nóng)機定位、作業(yè)軌跡、作業(yè)面積統(tǒng)計、作業(yè)質量監(jiān)控、機具性能監(jiān)測等。實現(xiàn)生產(chǎn)過程精準化操作，及時獲取過程信息和精細執(zhí)行過程控制指令，能夠最大限度改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的工作條件，提高工作效率，實現(xiàn)精確化生產(chǎn)。

（6）開展衛(wèi)星遙感精準農(nóng)業(yè)技術試驗示范。利用北斗衛(wèi)星遙感技術監(jiān)測作物生長環(huán)境數(shù)據(jù)，結合歷年產(chǎn)量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，建立農(nóng)業(yè)精準決策大數(shù)據(jù)體系，為生產(chǎn)作業(yè)和農(nóng)資投放提供田塊級氣象、土壤肥力和墑情等決策信息，指導精準施肥、噴藥、灌溉、耕種等作業(yè)過程，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增效。

（7）強化關鍵技術創(chuàng)新。無人駕駛技術逐漸成熟，具備應用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的條件，完成耕種防收全程無人作業(yè)，配套水肥一體化、智能噴灌等，智慧農(nóng)機率先開啟無人作業(yè)新模式[8]。探索建立和支持智慧農(nóng)業(yè)機器人研發(fā)，通過農(nóng)機裝備企業(yè)智能化、綠色化產(chǎn)品改造，促使新農(nóng)機、新技術不斷升級。

（8）促進農(nóng)業(yè)機械設備提檔升級。加快智能化農(nóng)機設備進入農(nóng)田，支持農(nóng)機設備生產(chǎn)企業(yè)研究生產(chǎn)智能農(nóng)機，擴大農(nóng)機設備生產(chǎn)規(guī)模，增加市場投入量，實現(xiàn)精準化、智能化、科學化遠程控制管理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對減輕農(nóng)民勞動強度、減少人力費用支出、降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益等方面發(fā)揮重要作用。

（9）加大政府支持力度。統(tǒng)籌規(guī)劃、建立統(tǒng)一協(xié)調的農(nóng)業(yè)科研體系，促進農(nóng)業(yè)推廣機構與科研院所的相互合作和交流，使農(nóng)業(yè)科研項目井然有序地進行，減少重復研究，強化集成創(chuàng)新，并統(tǒng)籌兼顧智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展所需的各項高科技技術。通過開展智能農(nóng)機化技術推廣服務，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化、自動化、少人化目的，達到農(nóng)機智能化決策、數(shù)字化管理、精準化作業(yè)，推動智慧農(nóng)業(yè)技術發(fā)展。

全面加速智能農(nóng)機技術示范推廣，積極示范推廣無人駕駛系統(tǒng)、精量播種、高效植保、智能灌溉等智能農(nóng)機裝備技術[9-10]。推動智能農(nóng)機應用由種植業(yè)向畜牧業(yè)、漁業(yè)、設施農(nóng)業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品初加工等領域延伸。加快在農(nóng)業(yè)機械上安裝多種傳感器和中央處理芯片，以及衛(wèi)星定位檢測終端設備、數(shù)字化集成模塊、無線通訊系統(tǒng)等，形成一種智能化動態(tài)作業(yè)系統(tǒng)，充分利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、“3S”（遙感、全球定位系統(tǒng) GPS、地理信息系統(tǒng)）等嶄新的信息技術與農(nóng)機鏈條相融合，通過數(shù)據(jù)分析，得出科學決策，在不同的作業(yè)環(huán)境下，發(fā)出不同的指令，使機具準確無誤地完成作業(yè)。