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趙春江院士：實現農業自主無人化關鍵是什么？

2024-11-26 17:28:35

[ 導讀 ] 農業領域無人化作業的當下與未來。

農機一響，種地不慌。智能機械設備的應用，一改以往面朝黃土背朝天的生產模式，將農民雙手從繁重的農事工作中解放出來，有效推動農業產業快速發展。然而蔬菜生產的復雜多變，卻給智能化、無人化生產應用帶來了巨大挑戰。

5月16日，2024中國蔬菜產業大會在安徽和縣開幕。中國工程院院士、國家農業信息化工程技術研究中心主任趙春江作《無人農場的探索研究》報告，講述農業領域無人化作業的當下與未來。

蔬菜生產亟需注入科技的力量

“在城鎮化發展迅速，農村勞動力嚴重短缺，人工成本逐步增加的產業大背景下，讓機器代替人力進行生產尤為重要。”中國工程院院士、國家農業信息化工程技術研究中心主任趙春江指出，蔬菜作為我國第二大農作物，其產量和種植面積均得到了顯著提升，如今限制我國蔬菜產業發展的關鍵因素是人工成本過高。

以蘿卜為例，平均每人每畝田的用工成本高達1300~1500元，為蔬菜生產帶來了沉重的壓力。

蔬菜產業一方面連接城市“菜籃子”“果盤子”，一方面連系菜農菜商“錢袋子”，其產業發展對優化各地農業產業鏈條具有重要作用。近年來，隨著”卡脖子“技術不斷攻破，可用于蔬菜生產的農機設備如雨后春筍般快速涌現，為蔬菜生產解決了燃眉之急。

但目前我國蔬菜生產的數字化和機械化水平仍較低，設施園藝的機械化率僅有42%，而大田生產的機械化利用率也僅有73%。對此，趙春江表示，農機設備仍需要進一步提質，通過進行智能化、數字化的改造和升級，為農民生產應用帶來更大的便利。

智能化生產煥發大活力

從“解放雙手”到“知天而作”，新一代人工智能正深刻改變農業的科技創新、生產、銷售及經營組織方式，是推動農業新質生產力打造與高質量、可持續發展的重要手段。

“實現蔬菜無人化、少人化生產離不開人工智能的支持。”趙春江指出，農業是一個復雜的系統，盡管科學家們在農業生產領域做出過許多研究與努力，已期實現農業生產機械化，但是農業生產在很大程度上仍需依靠經驗進行管理，很多情景難以用數字模型進行精細表達。

隨著人工智能的出現，這一困境得到了有效解決。據趙春江介紹，現在新一代人工智能能有效實現數據和知識的動態化管理，使得智能農機設備在農業無人化作業應用中展示出大活力。

隨著生物技術、信息技術和智能裝備三大現代農業生產力要素不斷融合發展，近年來逐漸形成了一種先進的農業生產力——智慧農業。

智慧農業強調的是智能化的決策系統，配之以多種多樣的硬件設施和設備。智慧農業依托部署在農業生產現場的各種傳感節點和無線通信網絡實現農業生產環境的智能感知、智能預警、智能決策、智能分析等，為農業生產提供精準化種植、可視化管理、智能化決策。

在趙春江看來，智慧農業具有典型的新質生產力特征。①智慧農業具有先進的生產工具，如智能設備、機器人等，能對傳統農業生產具有一定的顛覆性。②智慧農業還表現出高質量、高效率和高效能等特性，能為農業生產提供更加方便快捷、人性化的服務。

智慧農業的發展與應用，能以智能機器代替人力完成許多復雜而繁重的農業勞動，減輕了農民生產經營者的勞作負擔，為農業發展提質增效。

無人化作用困境中破局

“世界范圍內農業生產的智能化與數字化是大勢所趨，然而目前我國農業領域的智能化水平仍比較薄弱，要在農業領域實現無人化作業仍比較困難。”趙春江介紹道。

如今新一代人工智能正由過去的單一機器人向多級協同的智能自主系統跨越和轉變。農業自主無人化系統便是由無人平臺及若干輔助設備組成，具有感知、交互和學習能力，并且能夠基于知識進行自主推理、自主決策，從而達到無人化生產管理目標的有機整體。

但與其他行業相比，農業生產更具有復雜性，如不同地區農田作業地形和土壤條件差異大，農藝生產需求復雜多變，不確定的影響因素太多，非結構化的應用場景為機械化、智能化生產帶來了重重挑戰。

感知技術是農業自主無人化系統的重要核心技術。“利用智能機器人從事田間作業，首先要對整個農田的情景信息具有足夠的了解，否則機器無法對前方位置的情況作出合理判斷，田間無人化作業便難以開展。”趙春江指出，發展農業自主無人化作業，需要研究復雜農田環境感知與認知方法，從而構建面向全程無人化作業的農田場景模型。

需要通過利用感知技術，將農業情景感知、機器視覺、自動規劃等認知技術整合傳感器、致動器等硬件中，讓機器設備了解整個農田的地形地貌、工作對象之間的關系等基本情況，使智能系統有能力在各種未知環境中作出合適的判斷，從而靈活處理不同的農業任務。

隨著關鍵核心技術的不斷提升與突破，如今自動駕駛拖拉機已經逐步實現批量應用，未來也會有更多廣適性的智能農機設備逐步替代人力進行復雜的蔬菜生產。

本文來源：種業寶典

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無人化農業智慧農業

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