蔣婷婷

0 引言

智能農(nóng)機裝備是指將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)引入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，使作業(yè)場景與數(shù)字環(huán)境密切關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)土壤監(jiān)測、水肥控制、農(nóng)業(yè)遙感、無人作業(yè)、自動駕駛和智能控制，為優(yōu)化農(nóng)業(yè)系統(tǒng)提供方案［1］。作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工具的代表，智能農(nóng)機裝備將引領(lǐng)全面機械化、自主化和無人化作業(yè)，數(shù)字技術(shù)對農(nóng)業(yè)的改造，將推動數(shù)據(jù)要素驅(qū)動下的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力變革，為加快實現(xiàn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化提供全面支撐。

江蘇是農(nóng)業(yè)大省，農(nóng)機化工作一直走在全國前列。2021年，全省農(nóng)作物耕種收綜合機械化率達83%。近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、衛(wèi)星導航、人工智能等新興技術(shù)的發(fā)展，江蘇省智能農(nóng)機裝備的研發(fā)與應用步伐加快，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所、南京農(nóng)業(yè)大學、江蘇大學、揚州大學在智能農(nóng)機研發(fā)方面處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，江蘇北斗研究院、豐疆智能科技股份有限公司、南京天辰禮達電子科技有限公司、無錫卡爾曼航天應用技術(shù)有限公司已成為國內(nèi)智能農(nóng)機裝備領(lǐng)域的骨干企業(yè)。智能農(nóng)機裝備助力農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，農(nóng)機化技術(shù)推廣應用的社會效益、經(jīng)濟效益和生態(tài)效益進一步凸顯。

1 智能農(nóng)機裝備發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，江蘇省加快發(fā)展智能農(nóng)機裝備，農(nóng)機深松監(jiān)測、秸稈打捆監(jiān)測等農(nóng)機作業(yè)自動監(jiān)管系統(tǒng)，精密播種、穩(wěn)定噴藥、谷物烘干等農(nóng)機作業(yè)自動控制系統(tǒng)，無人植保飛機、北斗導航輔助駕駛系統(tǒng)都已得到廣泛應用。

1.1 智能農(nóng)機裝備發(fā)展情況

2021年江蘇省植保無人機和智能監(jiān)測終端設備保有量在1.5 萬臺左右。智能拖拉機及配套耕整地機械協(xié)調(diào)發(fā)展，其中，58.8 kW 以上自動導航/輔助駕駛拖拉機總量達4 037 臺。動力機械、監(jiān)測裝備智能化作業(yè)面積分別為31.97 萬hm2、22.78 萬hm2。植保環(huán)節(jié)、耕整地環(huán)節(jié)、種植環(huán)節(jié)智能化作業(yè)面積分別為225.82 萬hm2、22.81萬hm2、19.39 萬hm2。除植保環(huán)節(jié)外，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)其他各環(huán)節(jié)智能化作業(yè)水平差別不大。

1.2 “無人化”農(nóng)場發(fā)展情況

2020年，江蘇省開始建設“無人化”農(nóng)場。截至目前，已投入省級資金3 000 萬元，先后建成“無人化”農(nóng)場20 個。各市縣結(jié)合實際，通過項目引領(lǐng)，示范推廣耕整地、插秧/直播、植保、收獲等環(huán)節(jié)智能機具，取得了較好的效果，為智能農(nóng)機裝備技術(shù)水平進一步提升打下了基礎。

2022年江蘇省出臺《“十四五”農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展規(guī)劃》和《“十四五”數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展規(guī)劃》，提出推進農(nóng)業(yè)機械化與信息化深度融合，加強北斗導航、自動駕駛、無人機、農(nóng)機傳感器等技術(shù)在農(nóng)機裝備中的應用，推動傳統(tǒng)農(nóng)機裝備智能化改造。未來幾年，江蘇“無人化”農(nóng)場發(fā)展將進入快車道。

2 智能農(nóng)機裝備發(fā)展中存在的問題

當前，江蘇省智能農(nóng)機裝備的研發(fā)和應用尚處于初級階段，在技術(shù)應用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面還面臨著一系列的問題［2］：

2.1 缺乏核心技術(shù)和裝備

目前，智能農(nóng)機裝備的研發(fā)和應用主要集中在大田糧食作物生產(chǎn)領(lǐng)域，對設施農(nóng)業(yè)以及果蔬茶生產(chǎn)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、畜禽養(yǎng)殖等特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)裝備涉及較少。在大田糧食作物生產(chǎn)裝備上的應用也僅限于自動導航輔助駕駛，諸如作業(yè)對象信息實時感知、作業(yè)負荷實時監(jiān)測、作業(yè)效果在線評價、作業(yè)過程自適應調(diào)控、全田塊無人駕駛自主作業(yè)、不同地形/土壤兼容兼適等核心技術(shù)還不成熟。智能農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效率不高，難以滿足農(nóng)機化“兩全兩高”的發(fā)展需求。

2.2 配套產(chǎn)品發(fā)展滯后，產(chǎn)業(yè)鏈尚未成形

由于智能農(nóng)機裝備種類多，單一產(chǎn)品市場規(guī)模小，工業(yè)控制類和IT 類企業(yè)參與研發(fā)的積極性不高，農(nóng)機零配件企業(yè)又普遍缺乏研發(fā)能力，導致各類傳感器、控制器、電液執(zhí)行元件、自動調(diào)控裝置、通訊模塊、顯示終端等智能農(nóng)機關(guān)鍵零部件只能借用相近工業(yè)產(chǎn)品，或由高校、科研院所、小型科創(chuàng)企業(yè)小批量試生產(chǎn)，價格高、可靠性差、維護校準不及時等問題十分突出，制約了整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2.3 數(shù)字化基礎薄弱，實施農(nóng)機作業(yè)全面智能化管控仍有差距

數(shù)字化是智能農(nóng)機裝備發(fā)展的基礎。高精度自動駕駛控制需要大量的土壤特性、車輛地面動力學數(shù)據(jù)支撐；農(nóng)機裝備作業(yè)過程智能調(diào)控需要大量的農(nóng)機作業(yè)機理模型和各因素相互耦合關(guān)系數(shù)據(jù)支撐；農(nóng)情信息感知系統(tǒng)和農(nóng)機裝備作業(yè)狀態(tài)監(jiān)測傳感器的建模標定需要大量的樣本數(shù)據(jù)支撐。數(shù)字化基礎薄弱，制約智能農(nóng)機裝備及其關(guān)鍵零部件的研發(fā)和升級。基礎數(shù)據(jù)庫建設不僅需要較高的創(chuàng)新研究能力，而且需要大量的時間和經(jīng)費投入，只有加大扶持力度，引導相關(guān)創(chuàng)新主體協(xié)同攻關(guān)，才能夯實產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎。

2.4 智能農(nóng)機裝備標準體系不健全，機具檢驗鑒定和監(jiān)管難度較大

智能農(nóng)機裝備標準化工作滯后，相關(guān)標準定位不清，標準間交叉重復、配套性差，導致部分智能農(nóng)機產(chǎn)品難以進行試驗鑒定，無法進行統(tǒng)一監(jiān)管，阻礙了智能農(nóng)機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3 對策建議

3.1 加強智能農(nóng)機裝備關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)

要加強高等院校、科研院所和生產(chǎn)企業(yè)間的合作，組織相關(guān)單位協(xié)同開展農(nóng)機作業(yè)對象信息實時感知、作業(yè)負荷實時監(jiān)測、作業(yè)效果在線評價、作業(yè)過程自適應調(diào)控、全田塊無人駕駛自主作業(yè)、不同地形/土壤兼容兼適等關(guān)鍵共性技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)大田作物精準播種、精準施藥/施肥、高效收獲等智能化/無人化農(nóng)機裝備和農(nóng)情信息自動巡檢機器人，實現(xiàn)無人駕駛自主作業(yè)、按需變量作業(yè)、作業(yè)過程遠程監(jiān)管、田間信息自動收集、作業(yè)信息的自動統(tǒng)計及可追溯。研究重點如下：

3.1.1 耕整地環(huán)節(jié)

完善拖拉機動力換擋技術(shù)、機械液壓無級變速傳動（CVT）技術(shù)、自動導航無人駕駛和自動避障技術(shù)，突破液壓懸掛伺服調(diào)控技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)耕深的實時監(jiān)測和自適應調(diào)控。

3.1.2 種植環(huán)節(jié)

完善播種機精密排種、氣力輸種、漏播監(jiān)測和播種量檢測、播種量變量調(diào)控等關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)智能化高速精準變量播種機。完善無人駕駛、土壤肥力實時檢測和變量側(cè)深施肥技術(shù)，研發(fā)智能化高速插秧施肥復式作業(yè)機。

3.1.3 田間管理環(huán)節(jié)

完善施藥/施肥機噴桿自平衡、自動配藥、變量噴藥、自動導航無人駕駛、作業(yè)過程遠程監(jiān)管等核心技術(shù)，研發(fā)變量精準施藥/施肥機。

3.1.4 收獲環(huán)節(jié)

完善作物信息自動檢測、喂入量/作業(yè)負荷自動監(jiān)測、在線測產(chǎn)、損失率自動監(jiān)測、負荷反饋調(diào)控、脫粒/清選裝置自適應調(diào)控、自動導航無人駕駛等關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)智能化/無人化高效聯(lián)合收割機，以提高聯(lián)合收割機的作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量，降低機收損失率和故障率。

3.2 完善產(chǎn)業(yè)鏈

引導工業(yè)控制類和IT 類企業(yè)參與智能農(nóng)機關(guān)鍵零部件研發(fā)，培育中小型智能農(nóng)機零部件科創(chuàng)型企業(yè)，確保各類農(nóng)機專用傳感器、控制器、電液執(zhí)行元件、自動調(diào)控裝置、通訊模塊、顯示終端和衛(wèi)星定位模塊等關(guān)鍵零部件的研發(fā)和供應，完善智能農(nóng)機裝備產(chǎn)業(yè)鏈。一要推進電動方向盤專用力矩電機和控制器、高精度衛(wèi)星定位模塊、轉(zhuǎn)向角度傳感器、農(nóng)田電子地圖自動生成系統(tǒng)和組合導航系統(tǒng)的自主研發(fā)，進一步提高噴霧流量傳感器、種子/肥料流量監(jiān)測傳感器的精度和適應性。二要研制谷物產(chǎn)量傳感器、谷物水分傳感器、耕深監(jiān)測及自適應在線調(diào)控裝置，實現(xiàn)核心技術(shù)的自主、領(lǐng)先、可控，形成智能農(nóng)機裝備整機及其關(guān)鍵核心零部件的高端產(chǎn)業(yè)鏈，推進智能農(nóng)機裝備產(chǎn)業(yè)又快又好發(fā)展。

3.3 加強智能農(nóng)機基礎數(shù)據(jù)庫建設和基礎技術(shù)研究

充分發(fā)揮江蘇省高校和科研院所多、科研實力強的優(yōu)勢，組織相關(guān)單位共建平臺，共享數(shù)據(jù)成果，共同開展土壤理化特性、車輛地面動力學、農(nóng)機作業(yè)機理模型、農(nóng)業(yè)動植物生理物化特性、病蟲害圖譜、農(nóng)業(yè)知識模型、農(nóng)業(yè)動植物環(huán)境閾值等農(nóng)機基礎數(shù)據(jù)庫建設，開展智能控制和新一代人工智能技術(shù)在智能農(nóng)機裝備上的應用研究，夯實產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎。

3.4 完善智能農(nóng)機裝備標準體系

應加強國標、行標和團體標準的制修訂工作，規(guī)劃制定一批智能農(nóng)機裝備檢測標準和試驗鑒定大綱，不斷增加智能農(nóng)機標準的有效供給。要組織制定農(nóng)機作業(yè)遠程監(jiān)管和農(nóng)機自動導航無人駕駛技術(shù)等級分類標準以及變量播種、變量施藥、變量施肥機械標準，為相關(guān)產(chǎn)品的性能檢測奠定基礎。

3.5 開展智能農(nóng)機裝備試驗示范

應規(guī)劃建設智慧農(nóng)場、智慧漁場、智慧養(yǎng)殖場、智慧果園，組織開展智能農(nóng)機裝備試驗示范，總結(jié)形成智能農(nóng)機裝備推廣應用新模式，規(guī)范引導智能農(nóng)機裝備與技術(shù)有序發(fā)展。