（1.山東理工大學；2.山東省旱作農業(yè)機械及信息化重點實驗室）

圖1 久保田智能農業(yè)系統(tǒng)（KSAS）

KSAS是久保田公司推出的一種新型人工智能農業(yè)系統(tǒng)，如圖1，通過KSAS系統(tǒng)中的農機聯動和信息通用技術，實現可視化的農機作業(yè)，利用各種信息系統(tǒng)以及外部數據，分析收集的大數據，制定最佳農業(yè)計劃。其目標是實現高效農業(yè)，生產高品質農產品，強化農業(yè)發(fā)展經營基礎，提供迅速對應的服務體制。

1 久保田智能農業(yè)系統(tǒng)概況

久保田智能農業(yè)系統(tǒng)（KSAS）是利用智能農業(yè)機械裝備和ICT農業(yè)服務支援系統(tǒng)，實現超省力和高產量生產的新農業(yè)。系統(tǒng)通過利用最先進的農業(yè)機械和數據檢索及運營系統(tǒng)，控制農業(yè)機械裝備高精度和高效率的工作，解決農業(yè)發(fā)展面臨的勞動力短缺、成本降低、生產技術傳統(tǒng)和規(guī)?；葐栴}。目前，久保田正在努力推進智能農業(yè)的發(fā)展，其主軸是“開發(fā)智能農機裝備”和“通過數據實現精準農業(yè)”。

1.1 智能農機服務

農業(yè)機械自動化技術是農業(yè)走向現代化，進而實現農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎和途徑。日本作為農業(yè)自動化和無人駕駛領域的領頭羊，久保田公司于2016年首次推出具有內置直行保持功能的水稻插秧機和支持自動轉向的大馬力拖拉機，以提高其實際應用的準確性。近年來，隨著農業(yè)機器人的引入，2018年，在拖拉機、水稻插秧機和耕整地機械三類設備上，久保田公司將配備GPS的農業(yè)設備商業(yè)化，將農業(yè)裝備的自動化、智能化程度推向了新的高度。

通過信息通信與拖拉機的聯動控制實現農業(yè)優(yōu)化的內置，可以執(zhí)行各種任務，如耕作、施肥、施藥、割草和運輸收獲，如圖2。同時利用互聯網上的地圖信息，輕松的進行田間管理和工作記錄，以進一步提高工作效率。

圖2 KSAS 農機

如圖3所示，實現農機的完全無人化分為以下三個階段：一，在農業(yè)機械引入GPS自動駕駛系統(tǒng)等，實現農業(yè)機械在人搭乘下的自動操作，以提高農業(yè)機械的操作性能減輕駕駛員負擔；二，實現農業(yè)機械在有人監(jiān)視下的自動化和無人化操作，實現自動控制行駛，自動完成作業(yè)等；三，通過遠程監(jiān)控，了解機器的位置和操作信息，在農場實現無人值守的作業(yè)，實現完全無人化。

圖3 推進智能農機發(fā)展階段

作為本項技術的推廣普及，目前仍需進一步的研究與開發(fā)，包括采用汽車制造商使用3D動態(tài)地圖技術，以及需要進一步優(yōu)化安全系統(tǒng)。為了進一步提高自動駕駛和無人駕駛農機的運行效率，久保田推進的智能農業(yè)系統(tǒng)用于管理和操作多個農業(yè)機器，創(chuàng)建最佳行駛路線，并收集、監(jiān)控和使用自動農業(yè)設備的信息。

1.2 數據精準化服務

KSAS是一種由云組成的農業(yè)支持服務系統(tǒng)，將久保田的拖拉機、水稻插秧機等農機與ICT技術相結合，通過智能手機、PC等終端采集和使用與兼容農業(yè)設備合作的數據，實現農業(yè)管理的可視化，提高工作效率，降低施肥、施藥等成本，生產安全可靠的糧食。為了推進精密農業(yè)，KSAS將朝以下三方面繼續(xù)研究和開發(fā)：

（1）機械化集成系統(tǒng)與數據協作的擴展。除了在拖拉機、水稻插秧機和聯合收割機推廣應用外，還推出兼容KSAS的干燥制備系統(tǒng)，通過平板或智能手機遠程檢測干燥機的情況，將收獲和干燥制備工作連接在一起，根據在收獲時測量的蛋白質、水分、產量情況，通過蛋白質和水分進行分類干燥。此外，還與農藥噴灑無人機結合，在水稻種植、田間和蔬菜生產方面也取得重大進展。

（2）助力精準農業(yè)。通過利用分層地圖，將采集的收獲和生長信息以及外部天氣信息等大數據疊加在地圖信息上，實現可變施肥、施藥、生長預測、病蟲害預測等。

（3）利用人工智能構建先進的農業(yè)支持系統(tǒng)。利用各種信息系統(tǒng)以及外部數據合作，分析收集的大數據，通過AI進行大數據處理，制定最佳農業(yè)種植計劃，包括種植、施肥、施藥、水管理、成本等計劃，如圖4。

圖4 大數據處理

2 久保田智能農業(yè)系統(tǒng)功能介紹

2.1 農場管理

運用智能化農場管理服務系統(tǒng)，通過智能手機查看農場電子地圖，如圖5，通過自動計算農場的面積，對不同的作物品種農田編碼，形成透明化的管理體系，記錄下相關數據信息。通過智能手機、PC等終端采集和使用與兼容農業(yè)設備合作的數據，實現農業(yè)管理的可見化，提高工作效率，使用KSAS管理農場和工作內容，同時可以管理所有者信息和合同信息等。

2.2 工作記錄

圖5 農場管理

使用智能手機或電腦輕松查看工作記錄?？梢酝ㄟ^智能手機從地圖上選擇種植計劃田地，使用直接通信單元設備，可自動創(chuàng)建日志。如圖6，可以從日歷和地圖上查找過去的作業(yè)信息，同時作物的生長情況也按時間順序保存并記錄，可以實時檢查工作內容、使用農藥、肥料和機器等信息，提高農場工作的智能化管理。

圖6 作業(yè)信息記錄

2.3 工作進度

如圖7所示，通過工作室內的監(jiān)視器，實時監(jiān)測農場作業(yè)工作進展，同時可以共享進度信息，可以解決田地作業(yè)疏漏等問題。根據地圖上田地的顏色情況可知作業(yè)進度，同時可以自動計算進度，預估工作結束時間，制定合適的工作計劃。

圖7 工作進度監(jiān)控

2.4 生產計劃

在KSAS中，可以模擬種植材料成本。如圖8，從電子地圖上選擇計劃種植田地，通過自動計算種植田地的面積，自動規(guī)劃農場中的需要的農藥和肥料量，最后自動計算出需要的產品數以及需要的物料成本總和。

2.5 食味與產量檢測

KSAS系統(tǒng)大部分可以在收獲機中安裝食味和產量傳感器，利用蛋白質越高食味感越低的原理，KSAS感應系統(tǒng)可以在農作物收割過程中實時或收割完成后便知曉蛋白質、水分及產量情況，如圖9、10所示。將采集的信息自動發(fā)送至KSAS，通過采集的數據分析，可以對下一年施肥計劃和水管理進行調整，進行肥田的單獨管理，實現作物高產量、高品質。

2.6 收獲與干燥制備

如圖11所示，KSAS將收獲和干燥制備工作連接在一起，在收獲的同時測量蛋白質、水分、產量情況，根據蛋白質和水分含量進行分類干燥，通過平板電腦或智能手機遠程檢查干燥機的狀態(tài)（操作狀態(tài)、結束時間、水分值）和顏色分選機的狀態(tài)（設置值和檢測率），實現收割、干燥作業(yè)的可見化，通過分類干燥提高質量和實現高利潤。

圖9 食味與產量監(jiān)視器

圖10 信息數據分布圖

圖11 干燥制備系統(tǒng)

3 前景展望

KSAS已經實現了自動、高精度作業(yè)的"自動駕駛拖拉機"、具有直行保持功能的"水稻插秧機"、在收獲的同時測量和收集田地稻米蛋白質、水分和產量數據的"復合收割機"等農機。此外，KSAS通過收集和利用與相應農業(yè)機器合作的數據，實現農業(yè)管理的可見化，提高生產效率和作物質量。

今后，日本將加大在KSAS中引入人工智能來支持業(yè)務規(guī)劃的功能，并研究和開發(fā)目前尚未投入實際應用的領域，比如農機的完全無人駕駛。同時將利用大數據（如天氣信息）進行生長預測，將各種信息系統(tǒng)（如會計和銷售）與金融機構的外部數據集成，通過 AI 處理實現利潤最大化，從而提供先進的農業(yè)管理解決方案，并進一步發(fā)展更加完善的管理系統(tǒng)，向世界各國推進智能農業(yè)，促進未來農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。