宋世圣，彭才望，宋 玲，付昌星

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學 機電工程學院，湖南 長沙 410128；2.懷化職業(yè)技術學院，湖南 懷化 418000）

中國是農(nóng)業(yè)大國。如圖1所示，2018年我國農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值約為61 719.69億元，對當年國民生產(chǎn)總值的貢獻超過13.9%。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部刊出的《中國農(nóng)業(yè)展望報告（2018—2027）》提出，在 2018年至 2022年期間，我國將投入約6000億元建設高水平農(nóng)場。預計2020年我國將建成面積約為2670萬公頃的高標準農(nóng)場。

在加大農(nóng)業(yè)建設投入力度的同時，也需要正視農(nóng)業(yè)發(fā)展中出現(xiàn)的問題。中國雖地大物博，但人均農(nóng)業(yè)用地僅為1.38畝（1畝=667m2），不及世界平均水平的40%。即便我國的耕地如此稀少，耕地面積還在逐年減少。不僅如此，我國農(nóng)業(yè)勞動力不足、勞動力老齡化、勞動力成本越來越高的問題也日益突出；因此，亟需建立一種新型的農(nóng)業(yè)模式，實現(xiàn)“以機易人”。

1 世界范圍內(nèi)農(nóng)場的四個發(fā)展階段

近年一些學者提出了農(nóng)業(yè)4.0的理念，很好地詮釋了農(nóng)場的發(fā)展歷程。

1.1 傳統(tǒng)農(nóng)場

中國是人類的發(fā)源地之一。大約在距今12 000年前，中國在新石器時代早期就出現(xiàn)了原始農(nóng)業(yè)的雛形。一些歷史學家認為，原始的采集活動逐漸發(fā)展為種植業(yè)，原始的狩獵活動孕育了之后的畜牧業(yè)。

傳統(tǒng)農(nóng)場的生產(chǎn)模式是使用傳統(tǒng)農(nóng)耕用具、施用自然肥料以及以牲畜為主要耕作動力。簡單來說，經(jīng)營傳統(tǒng)農(nóng)場可以概括為“靠天吃飯”。

1.2 機械化農(nóng)場

隨著科技不斷發(fā)展，農(nóng)場的生產(chǎn)模式也發(fā)生了巨大變革。地球上超過40%的無冰土地都被用來耕作，20%～30%的地表水被用來灌溉[1]。數(shù)量如此龐大的農(nóng)田自然不能一直依靠人畜耕作。19世紀中葉至末期，美國少數(shù)農(nóng)場開始使用一些簡單的畜力農(nóng)業(yè)機械，當時的農(nóng)業(yè)機械還不能自己提供動力。20世紀初拖拉機被應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)后，一些農(nóng)場將各種農(nóng)業(yè)機械相繼投入田間作業(yè)，取代了傳統(tǒng)農(nóng)場中的牲畜動力。據(jù)1975年聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織公布的數(shù)據(jù)，約占92%的農(nóng)用拖拉機與收獲機械為第一世界和第二世界國家所有，其中美國、英國、日本等發(fā)達國家的機械化程度高[2]。

由表1可以看出，主要發(fā)達國家在20世紀60年代就已經(jīng)實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機械化，只需投入較少的勞動力就可以滿足本國的糧食生產(chǎn)需求。隨著發(fā)達國家成功走上農(nóng)業(yè)機械化道路，農(nóng)業(yè)機械化也成為了時代潮流，目前我國也基本實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機械化。

表1 主要發(fā)達國家完成農(nóng)業(yè)機械化的情況

1.3 自動化農(nóng)場

20世紀80年代，計算機被應用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。20世紀90年代初，GPS開始由軍用化轉(zhuǎn)為民用化，美國、加拿大等國家提出了精準農(nóng)業(yè)的構(gòu)想。精準農(nóng)業(yè)利用工具和技術識別田間土壤和農(nóng)作物，改變耕作方式并優(yōu)化農(nóng)藝。精準農(nóng)業(yè)的提出開啟了農(nóng)業(yè)自動化新篇章。農(nóng)業(yè)自動化將大數(shù)據(jù)、機電控制技術、傳感器技術完美結(jié)合，運用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理中，實現(xiàn)了勞動力的解放，完成了精準種植、精準灌溉、精準噴藥以及智能化采摘[3-4]等任務，使作物得到最適合的生長環(huán)境，實現(xiàn)了生產(chǎn)者的利益最大化。

農(nóng)業(yè)自動化技術雖然革新了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，但是目前該技術的應用還存在著一些問題，例如不同地區(qū)的土壤水分條件不同、種植作物不同、環(huán)境因素差別大。因此需要因地制宜，使用不同的自動化技術[5]。

1.4 無人農(nóng)場

2017年，世界糧食安全會議宣布：預計2050年世界人口數(shù)量將增長到100億，食品需求將比2013年增長約50%。需要進一步改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，優(yōu)化全球食品系統(tǒng)[6]。無人農(nóng)場，顧名思義，就是沒有人的農(nóng)場，即全程沒有人類勞動力參與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)、由智能計算機進行操控、勞動機器人自主決策和自主作業(yè)的一種新型農(nóng)場模式[7]。其本質(zhì)就是圍繞無人化、自動化、精準化、智能化、數(shù)據(jù)可視化的理念[8]，以智能代替人工，涵蓋物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能以及智能裝備等一系列新興技術[9]。可以說，建設無人農(nóng)場是精準農(nóng)業(yè)等新型農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，也是中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必經(jīng)之路。傳統(tǒng)農(nóng)場如果是“靠天吃飯”，無人農(nóng)場則是“人定勝天”。

全球范圍內(nèi)，農(nóng)田棄耕的趨勢顯著上升，這直接影響到了農(nóng)民生計，威脅到了世界糧食安全[10]。農(nóng)業(yè)食品系統(tǒng)需要向可持續(xù)性轉(zhuǎn)型，以實現(xiàn)可持續(xù)的糧食安全[11]。20世紀80年代，各發(fā)達國家開始對發(fā)展無人農(nóng)場進行探索，研制出各種新型農(nóng)業(yè)機器人并將其用于無人農(nóng)場中的種植、植保、收獲等環(huán)節(jié)。其中又以日本最為成功，研發(fā)的智能機器人目前處于世界領先地位[12]。

2 無人農(nóng)場概念

2.1 無人農(nóng)場發(fā)展階段

李道亮教授等人[7]根據(jù)計算機參與程度將無人農(nóng)場的發(fā)展分為遠程操控、無人值守、自主作業(yè)三個階段。而筆者根據(jù)無人農(nóng)場工作人員參與程度的不同，將無人農(nóng)場的演進過程分為四個階段：遠程操控、按時操控、自主作業(yè)、自主運行。

（1）初級階段——遠程操控。這是自動化農(nóng)場向無人農(nóng)場演進的過渡階段。雖然農(nóng)業(yè)機械已基本實現(xiàn)自動化，但是各個機械無法實現(xiàn)互聯(lián)，不能聯(lián)合作業(yè)，需要工作人員在操控室內(nèi)進行遠程操控。因為無需勞動力進入農(nóng)場從事體力勞動，所以也被稱為解放雙手的農(nóng)場（Handsfree Farm）。2017年9月，英國Harper Adams大學與Precision Decision公司聯(lián)合成立的一個“Handsfree Farm”，成功完成了第一批小麥收割。

（2）中級階段——按時操控。工作人員無需實時在操控室內(nèi)進行遠程操控。各農(nóng)業(yè)機械之間通過傳感器、機器視覺、數(shù)據(jù)處理以及信息傳輸?shù)燃夹g建立起了物聯(lián)網(wǎng)。但此時農(nóng)業(yè)機械沒有完全智能化，需要人工決策，工作人員要在指定的時間進入操控室對工作機械進行操控以完成工作環(huán)節(jié)之間的交替。在這一階段，稱之為按時工作的農(nóng)場（On Time Farm）。

（3）高級階段——自主作業(yè)。無人農(nóng)場的最終目標是實現(xiàn)“以機易人”。這就要求被使用的智能農(nóng)業(yè)機械擁有和人類一樣的判斷與決策能力。利用物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)，可以為智能農(nóng)業(yè)機械的運轉(zhuǎn)工作提供理論數(shù)據(jù)支持。同時，人工智能可以為農(nóng)業(yè)機械的自我決策提供技術支撐。在這一階段，因為工作人員只需日常維護機械、更換老舊機械而無需對農(nóng)業(yè)機械作業(yè)進行判斷與決策，所以被稱為解放大腦的農(nóng)場（Brainfree Farm）。

（4）終極階段——自主運行。無人農(nóng)場發(fā)展到這個階段，自動化技術成熟，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能裝備、人工智能配合達到完美。農(nóng)場無需人的參與，從種植、收獲到更換廢舊農(nóng)業(yè)機器甚至產(chǎn)品分銷等全過程都由計算機完成。這就是真正意義上的“無人農(nóng)場”（Unmanned Farm）。

2.2 建設無人農(nóng)場的關鍵技術

古代謀士運籌帷幄之中就可決勝于千里之外，而無人農(nóng)場的建設則可以實現(xiàn)農(nóng)民“足不逾戶就能種好田”的夢想?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，智能化與精準化不可或缺，需要實現(xiàn)“哪里缺漏補哪里，哪里需要給哪里”，利用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術完成對農(nóng)場中“四情”[13]的監(jiān)測，就必須掌握其核心技術——物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能以及智能機械[7]。

2．2．1 物聯(lián)網(wǎng)技術

近年來，傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)概念逐漸淡去，物聯(lián)網(wǎng)成為互聯(lián)網(wǎng)的擴展。在物聯(lián)網(wǎng)中，數(shù)以億計的物理對象搭載了傳感器等智能裝備，以在周圍環(huán)境中收集信息[14]。利用物聯(lián)網(wǎng)技術構(gòu)建無人農(nóng)場模式，就是在生產(chǎn)基地安裝密度足夠、相應功能的物理傳感器，將物理傳感器傳遞回來的電子信號經(jīng)計算機處理后發(fā)送給農(nóng)場的工作人員，使工作人員及時了解農(nóng)田的信息[15]。利用物聯(lián)網(wǎng)，可以為農(nóng)作物的生長提供最適宜的環(huán)境，使無人農(nóng)場各作業(yè)環(huán)節(jié)之間聯(lián)系更為緊密。

2．2．2 大數(shù)據(jù)技術

近年來隨著科學研究、工業(yè)應用、社交網(wǎng)絡等眾多領域的發(fā)展，全球的數(shù)據(jù)流量呈指數(shù)級增長。到2022年，數(shù)據(jù)的年增長量有望達到4.8 ZB，如此超大規(guī)模的數(shù)據(jù)也推進了大數(shù)據(jù)技術的發(fā)展[16]。如今，大數(shù)據(jù)技術被廣泛應用于耕地生態(tài)保護、農(nóng)業(yè)資源利用與管理、氣象災害預警等方面[17]。利用大數(shù)據(jù)要注重以下三個環(huán)節(jié)：采集、分析、應用，而且這些環(huán)節(jié)應當形成一個封閉的工作循環(huán)[18]。通過物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)技術對農(nóng)場的數(shù)據(jù)進行聯(lián)合收集與分析，工作人員可利用移動終端清晰地了解農(nóng)場內(nèi)部情況。

2．2．3 人工智能技術

人工智能通?？梢远x為處理數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為信息以告知目標導向的能力，旨在模仿人類大腦的能力，并在準確性上將其超越[19]。例如人工智能傳感器可以在農(nóng)田內(nèi)完成作物或雜草的判斷，同時對農(nóng)田進行分塊，根據(jù)各區(qū)域雜草種類與數(shù)量的不同決定施用不同種類和劑量的農(nóng)藥[20]。這有利于減少除草劑對作物的影響，提高農(nóng)藥的利用率。

2019年7月8日，總部位于英格蘭的農(nóng)業(yè)科技公司Soil Essentials宣布開發(fā)出了一個新型機器視覺系統(tǒng)，可用于農(nóng)田內(nèi)的精準除草。在日本北海道蘆別市，農(nóng)民將GNSS（全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)）技術應用于拖拉機上，通過GNSS定位數(shù)據(jù)幫助拖拉機駕駛員選擇最佳的駕駛路線，防止動力資源的浪費[21]。可見，人工智能在無人農(nóng)場的建設中是不可或缺的。

2．2．4 智能機械

智能農(nóng)業(yè)機械是無人農(nóng)場的核心。智能農(nóng)業(yè)機械需要在農(nóng)場的工作區(qū)域內(nèi)作業(yè)，所以對其智能化與精準化的要求更高。與傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機械相比，智能農(nóng)業(yè)機械的穩(wěn)定性更好、針對性更強、工作時間更長、工作效率和資源利用率更高[22]。

2018年，國務院提出要大力發(fā)展智能化的農(nóng)業(yè)機械，以推動農(nóng)業(yè)的發(fā)展。近年來，智能農(nóng)業(yè)機械發(fā)展迅速，無人機、無人車以及各種農(nóng)業(yè)機器人也已經(jīng)投入使用。

根據(jù)工程具體信息進行施工組織設置，在最大限度減少交通運輸基礎上，采用分段施工的模式，針對工期緊公路工程做連續(xù)作業(yè)，人員配置上按照兩班倒的方式，保障施工質(zhì)量同時，最大限度提升施工效率，使公路施工技術水平充分得以體現(xiàn)。在施工機械設備選擇上，明確攪拌站方位布控合理性，瀝青則采用廠拌法做相應拌制，做好對相應裝載機、推土機、挖掘機、平地機等機械的參數(shù)確認，制定專業(yè)流程方案，確保機械設備施工質(zhì)量充分得以保障[1]。

在過去的幾十年里，植保工作主要有地面與空中兩種形式。在實施地面作業(yè)時會產(chǎn)生作物被碾壓、土壤被壓實的問題，相比之下，空中作業(yè)就可以解決這個問題[23]。利用無人機，可以完成墑情測定、環(huán)境監(jiān)測、作物病蟲害監(jiān)測、作物生長情況記錄和農(nóng)業(yè)保險勘察等任務[24]。搭載多光譜儀和熱成像儀的無人機可對農(nóng)作物的生長周期進行實時監(jiān)測，可精準測算作物需水量[25]。1990年，日本Yamaha公司推出了世界上第一款用于噴灑農(nóng)藥的植保型無人機。據(jù)統(tǒng)計，相較于傳統(tǒng)人工噴灑作業(yè)，使用電動農(nóng)用無人機進行農(nóng)藥噴灑作業(yè)可以節(jié)約50%的農(nóng)藥，減少90%的用水，大大提高了資源利用率。如今中國無人機也已發(fā)展到世界領先水平，截至2018年，中國農(nóng)用植保無人機的保有量突破了30 000架，完成植保作業(yè)約3億畝。農(nóng)用植保無人機工作如圖2所示。

農(nóng)業(yè)機器人是一種通過計算機操控進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機械，根據(jù)工作的不同可分為育種機器人、施肥機器人、除草機器人、收獲機器人等類型[26]。不管是面對復雜的工作任務還是是惡劣的工作環(huán)境，農(nóng)業(yè)機器人都可以準確地完成工作。農(nóng)業(yè)機器人工作周期包括檢測作物、到達作業(yè)點、確定作物是否成熟、收獲作物[27]。下達工作指令后，農(nóng)業(yè)機器人就可以在田間或果園中自主移動并進行工作[28]。

四大核心技術共同支撐起了無人農(nóng)場的建設。通過這些技術的快速發(fā)展，相信在不遠的將來，無人農(nóng)場會廣泛應用于世界各國。

3 國內(nèi)外無人農(nóng)場發(fā)展

3.1 國外無人農(nóng)場發(fā)展狀況

3．1．1 美國

美國是世界農(nóng)業(yè)第一強國，其農(nóng)業(yè)高度發(fā)達，機械化水平領先世界。近年來美國個人農(nóng)場的數(shù)量持續(xù)減少，但規(guī)模卻越來越大，據(jù)統(tǒng)計，美國如今的農(nóng)場要比20世紀60年代的農(nóng)場平均大16%左右[29]。美國的農(nóng)業(yè)人口僅僅占總?cè)丝诘?%，可是其農(nóng)產(chǎn)品不但可以自給自足，多余農(nóng)產(chǎn)品還可以出口銷售[30]。由于美國勞動力過少，所以無人農(nóng)場是其農(nóng)業(yè)發(fā)展的必由之路[31]。美國堪薩斯州的一家名為Farmobile的農(nóng)業(yè)科技公司，推出了一款可以記錄設備運營信息的連接器，該連接器適用于市場上的大部分農(nóng)用機械。通過該連接器，可以將農(nóng)用機械的數(shù)據(jù)信息傳至農(nóng)場主的移動終端，隨后人工智能將會對該數(shù)據(jù)進行分析、判斷，做出適用于該農(nóng)場的規(guī)劃。同時生產(chǎn)廠家可以支付一定費用來購買該數(shù)據(jù)，用以優(yōu)化調(diào)整該連接器[32]。整個信息交換過程高度智能化，體現(xiàn)出了無人農(nóng)場的雛形。

3．1．2 加拿大

加拿大是世界上最大的農(nóng)產(chǎn)品出口國之一，農(nóng)業(yè)的發(fā)展水平僅次于美國。隨著科學技術的發(fā)展，數(shù)字技術也逐漸滲透到農(nóng)業(yè)建設領域中。ROSE和CHILVERS在2018年發(fā)起號召，將數(shù)字農(nóng)業(yè)視為第四次農(nóng)業(yè)革命，重新定義農(nóng)業(yè)的概念，建設無人農(nóng)場[33]。2016年，加拿大的農(nóng)業(yè)用地為62.67萬平方公里，約占世界總農(nóng)業(yè)用地的1.29%。加拿大地處北美洲的北方，一大部分國土處在北極圈內(nèi)，氣候惡劣，不適合農(nóng)業(yè)耕作。目前加拿大的小型農(nóng)場正在整合成為大型農(nóng)場，據(jù)加拿大統(tǒng)計局2012年給出的數(shù)據(jù)，2011年加拿大共有205 730個農(nóng)場，相比2006年減少10.3%，而農(nóng)場面積僅僅減少4.1%，如圖3所示。

加拿大的Saskatchewan省被譽為“產(chǎn)糧之籃”，其中部地區(qū)有一名為Battleford的城市，該市大型農(nóng)場占地可達24 000多畝，在大型農(nóng)場內(nèi)進行農(nóng)業(yè)作業(yè)時，智能化顯得尤為重要。Farmers Edge公司據(jù)此推出了一款APP，該APP能從農(nóng)場以及周邊氣象觀測站提取數(shù)據(jù)，再利用人工智能進行分析，可得出耕作施肥的最佳時間。不僅如此，利用采集的數(shù)據(jù)，人工智能系統(tǒng)還可以建造數(shù)學模型，實時監(jiān)測作物植株生長狀況[34]。隨著一系列智能程度較高的APP投入使用，無人農(nóng)場的成功建設指日可待。

日本地少人多，國土面積僅有37.8萬平方公里，人口卻達到了1.26億，所以農(nóng)業(yè)對其來說至關重要。日本針對農(nóng)業(yè)建立了一套科學的研究體系，通過科研院所、高校以及各民營農(nóng)業(yè)公司的協(xié)同研究，使其農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速[35]。日本正在經(jīng)歷耕地向大型非家庭農(nóng)場集中的過程，據(jù)2012年日本農(nóng)業(yè)部的統(tǒng)計，日本的大型稻田機械設備資金投入占農(nóng)場運營成本的30.8%[36]。

目前日本在推行一種叫“植物工廠”的農(nóng)業(yè)模式。該模式始于二十世紀中葉的美國，但沒有獲得美國人的青睞。1974年，日本將該模式投入使用。如今，日本的“植物工廠”自動化程度較高，操控人員通過計算機來獲取作物的生長數(shù)據(jù)（如環(huán)境溫度、植物墑情、光合作用強度等），獲取數(shù)據(jù)之后利用人工智能進行分析，從而得到植物生長的最佳參數(shù)。因為這種模式在密閉的溫室工廠內(nèi)運行，所以不受外界環(huán)境的制約[37]?！爸参锕S”就是無人農(nóng)場的初級階段。

3.2 國內(nèi)無人農(nóng)場發(fā)展狀況

1998年，時任國家主席的江澤民同志在兩院院士大會上提出發(fā)展“數(shù)字中國”的概念，數(shù)字農(nóng)業(yè)由此而生。發(fā)展至今，數(shù)字農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)、精準農(nóng)業(yè)共同推動中國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展[38]。我國對于數(shù)字農(nóng)業(yè)相當重視且投入逐年上漲[39]，見表2。

表2 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部數(shù)字農(nóng)業(yè)項目概況

位于湖南長沙的湖南湘數(shù)公司是一家研究農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)終端的公司，該公司推出了一款名為“農(nóng)業(yè)123”的APP。只要在農(nóng)機具上安裝物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集傳感器（如圖4所示），就可將農(nóng)機具工作的路線軌跡、作業(yè)強度、作業(yè)時間等數(shù)據(jù)上傳云端，經(jīng)人工智能分析后，就能把完整的數(shù)據(jù)傳到用戶手機的APP上，從而可以實現(xiàn)足不出戶就能了解農(nóng)機的整個工作情況。

隨著我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)技術的突破，我國農(nóng)機裝備的導航系統(tǒng)擺脫了依賴進口的不利形勢[40]，我國農(nóng)機行業(yè)發(fā)展也煥然一新。2005年我國開始研發(fā)植保無人機，歷時五年生產(chǎn)出我國第一架植保無人機[41]。目前，我國在民用無人機的研發(fā)達到世界領先水平，足以與美國等發(fā)達國家分庭抗禮，其中又以大疆的農(nóng)用無人機最為出色。新一代的大疆T20植保無人機（如圖5所示），不僅將最大載重提高到了20kg，還將工作效率提高到了180畝/h。在工作時，只需輸入農(nóng)田參數(shù)，無人機即可進入自主作業(yè)模式，配合大疆的農(nóng)業(yè)服務平臺，在手機上即可獲取無人機的工作信息，自動化水平極高。

目前，華南農(nóng)業(yè)大學羅錫文教授及其團隊已經(jīng)開展了關于無人農(nóng)場的初步實踐。在廣州市增城區(qū)的試驗田內(nèi)，該團隊通過智能化機械與技術，實現(xiàn)了“耕、種、管、收”四環(huán)節(jié)無人化作業(yè)，收獲了第一批水稻，畝產(chǎn)量可達五百余公斤。這意味著我國的無人農(nóng)場建設正逐步展開。

3.3 國內(nèi)外無人農(nóng)場技術發(fā)展對比

我國在物聯(lián)網(wǎng)技術方面發(fā)展迅速。由表3、表4可以看到我國被SCI收錄的有關物聯(lián)網(wǎng)技術的論文數(shù)量世界領先。但根據(jù)被引情況可以發(fā)現(xiàn)，我國發(fā)表的論文被引用的情況低于世界平均水準，影響力不及其他發(fā)達國家[42]。

表3 2009～2018年SCI收錄有關物聯(lián)網(wǎng)的論文數(shù)前五名

表4 2009～2018年SCI收錄有關物聯(lián)網(wǎng)的論文被引情況

目前我國的傳感器芯片制造能力遠不及美國，傳感器芯片大多依賴進口。物聯(lián)網(wǎng)感知技術落后于發(fā)達國家。但在5G等方面我國領先于其他國家。

我國地域廣闊、地形復雜等原因，大數(shù)據(jù)發(fā)展較為困難。推行無人農(nóng)場模式需要精準的數(shù)據(jù)，但我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)老舊、丟失的情況極為常見，發(fā)展并沒有預期的那么快。近年來，我國不斷推進大數(shù)據(jù)的發(fā)展，目前正在一些農(nóng)業(yè)大省進行試點試驗，如新疆、黑龍江等。不僅中國，美國也將發(fā)展大數(shù)據(jù)技術作為其增強國際影響力的一種重要手段。美國通過將大數(shù)據(jù)技術滲透到國民經(jīng)濟中，實施多方面的計劃，以此實現(xiàn)其科技的進步。二戰(zhàn)后，美國提出了“西裝革履的農(nóng)民”新概念[43]。依靠先進的手段，農(nóng)場工作管理性越來越強，入農(nóng)田實地耕作的情況則越來越少。

在人工智能技術方面，我國發(fā)展趨勢良好。根據(jù)《中國新一代人工智能發(fā)展報告 2019》的數(shù)據(jù)，在2013～2018年，世界關于人工智能（AI）領域共發(fā)表了304 914篇論文，我國以發(fā)表74 408篇論文位居第一，美國發(fā)表論文數(shù)量比我國少兩萬余篇，位居第二。我國不僅發(fā)表的論文數(shù)量多，論文質(zhì)量含金量也高。據(jù)統(tǒng)計，在世界AI領域排名前1%的被引用論文中，我國被引用的論文數(shù)量排名世界第二，僅次于美國，領先于其他發(fā)達國家[44]。雖然我國關于人工智能領域的研究世界領先，但我國人工智能基礎端建設薄弱的問題也不能被忽視。目前，我國關于人工智能的研究主要集中在高校，已經(jīng)有31所高校建成了AI院，但與企業(yè)聯(lián)動較少。我國應當加強高校與民營企業(yè)的聯(lián)動，共同推進人工智能的發(fā)展。

在中國成為世貿(mào)組織成員國之前，中國農(nóng)機行業(yè)發(fā)展緩慢，所占全球農(nóng)機市場的份額不足1%。自2001年中國加入世貿(mào)組織以來，中國農(nóng)機產(chǎn)業(yè)開始快速發(fā)展，所占全球農(nóng)機市場份額由2001年的0.9%上升到2017年的9%。1994～2017年世界各國農(nóng)機行業(yè)市場份額如圖6所示。

2004～2013年，我國農(nóng)機發(fā)展平均年增長20%左右。2014年開始，我國經(jīng)濟由高速增長轉(zhuǎn)為中高速增長，農(nóng)機行業(yè)也由此進入了農(nóng)機發(fā)展“新常態(tài)”。2015年，國務院印發(fā)《中國制造2025》的通知，明確地將農(nóng)機行業(yè)列入了十大重點發(fā)展領域。我國在農(nóng)機行業(yè)快速發(fā)展的同時，也要正視農(nóng)機行業(yè)底子薄弱、核心技術掌握遠不如發(fā)達國家的情況。

由表5可知，我國農(nóng)機核心專利整體落后于農(nóng)業(yè)強國[45-47]。

表5 Innography檢索關于農(nóng)機專利強度統(tǒng)計

美法德日等國家在農(nóng)機各領域均有各自的核心技術。美國約翰迪爾（John Deere）公司，通過在森林機械上搭載全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）和地理信息系統(tǒng)（GIS），可使機械在林間工作時，減少對土壤的潛在損害[48]。法國庫恩（KUHN）公司使用了一種漸進式偏導數(shù)線性回歸模型，以此可以集中運算，尋求最佳參數(shù)[49]。其他農(nóng)機行業(yè)的國際巨頭也各有關鍵技術。我國農(nóng)機企業(yè)如一拖、雷沃、沃德等還需要繼續(xù)追趕，爭取能在國際農(nóng)機行業(yè)內(nèi)占有更重要的位置。

4 結(jié)論

4.1 無人農(nóng)場發(fā)展現(xiàn)階段存在的問題

目前我國的無人農(nóng)場發(fā)展仍存在多方面問題。一方面，我國農(nóng)機裝備的技術問題仍有待突破。只有掌握核心技術，才能生產(chǎn)出與無人農(nóng)場相匹配的高級別農(nóng)業(yè)裝備[50]。一方面，因為無人農(nóng)場所需的大型智能農(nóng)業(yè)機械較多，所以無人農(nóng)場的建設需要一定的土地面積并且對網(wǎng)絡的要求也較高。我國國土雖然面積遼闊，但地形復雜，全面推行無人農(nóng)場較為困難。另一方面，由于無人農(nóng)場是智慧農(nóng)業(yè)的最終形態(tài)，所以對農(nóng)業(yè)從業(yè)者的綜合素質(zhì)要求較高。例如德國雖然是農(nóng)業(yè)大國，但是由于智慧農(nóng)業(yè)對民眾普及不全面，導致德國民眾對數(shù)字化農(nóng)業(yè)批評反對的聲音居多[51]。而目前我國從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主體力量還是知識儲備較少的普通農(nóng)民，所以想要成功建設無人農(nóng)場，對農(nóng)民的知識普及工作任重道遠。最后，由于智慧農(nóng)業(yè)的基礎設施較為昂貴，想要推廣無人農(nóng)場，仍需國家加強對基礎端的持續(xù)投入。

4.2 無人農(nóng)場發(fā)展展望

無人農(nóng)場的發(fā)展是智慧農(nóng)業(yè)的最終形態(tài)，是歷史的需求。我國在無人農(nóng)場方面雖然起步比農(nóng)業(yè)發(fā)達國家晚，但近些年來發(fā)展迅速，在多方面的研究均有不錯的進展。

中國工程院院士羅錫文在接受采訪時，談及無人農(nóng)場，他說：“無人農(nóng)場預計在五年之內(nèi)投入使用，五年后進行推廣，十年后加速推廣”。面對未來建設無人農(nóng)場的機遇和挑戰(zhàn)，首先，應加強農(nóng)業(yè)尖端人才的培養(yǎng)，高校與企業(yè)聯(lián)動，形成一個良好的培養(yǎng)體系[52]。其次，應加強對農(nóng)業(yè)的投入力度，加大農(nóng)業(yè)的曝光度，改變?nèi)藗児逃械霓r(nóng)業(yè)觀念，讓農(nóng)民不再是“沒出息”、“辛苦”的代名詞。