深瞳工作室出品
科技日報記者 馬愛平 策劃 劉恕 李坤
“農機下田，我不下田。”3月13日，站在田埂上，身著一襲黑色長裙、腳穿皮鞋的湖南宏碩生物科技有限公司負責人熊姣軍告訴科技日報記者，在專家團隊的指導下，他們現(xiàn)已開啟了“傻瓜式”種田模式?！熬拖裼檬謾C拍照一樣，并不需要了解光圈、感光度等知識，只需要按下快門鍵即可完成?！?/p>
熊姣軍腳下的這片土地是湖南省益陽市大通湖區(qū)再生稻無人智慧農場。該農場由中國工程院院士、華南農業(yè)大學羅錫文團隊打造，2024年畝產達1265.28公斤，實現(xiàn)了“人不下田也能種好地”。
正值春耕時節(jié)，放眼鄉(xiāng)村沃野，在智能技術的加持下，無人農場的版圖正不斷擴大。江蘇省已建成283個無人農場，項目總投入8.72億元；北大荒集團建三江分公司無人農場規(guī)模龐大，設備先進，實現(xiàn)了水旱田各環(huán)節(jié)的大面積無人化作業(yè)……全國多地已建成的多個無人農場示范項目。
今年中央一號文件提出，支持發(fā)展智慧農業(yè)，拓展人工智能、數(shù)據(jù)、低空等技術應用場景。《全國智慧農業(yè)行動計劃（2024—2028年）》明確提出，到2026年底，智慧農業(yè)公共服務能力初步形成，探索一批主要作物大面積單產提升智能化解決方案和智慧農（牧、漁）場技術模式，農業(yè)生產信息化率達到30%以上。為了實現(xiàn)這一目標，無人農場智能化技術創(chuàng)新面臨哪些挑戰(zhàn)？規(guī)模推廣存在哪些障礙？未來的發(fā)力點在哪里？帶著這些問題，記者進行了深入采訪。
無人農場可大幅提高生產效率
在新疆巴音郭楞蒙古自治州尉犁縣的廣袤土地上，極飛科技打造的“超級棉田”無人農場，占地3000畝，是一個集空中機器人、地面機器人、農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和智慧農場管理系統(tǒng)于一體的現(xiàn)代農業(yè)科技示范項目。
走進超級棉田，幾乎看不到農民忙碌的身影，取而代之的是各種智能機器人在田間地頭穿梭作業(yè)。它們或噴灑農藥，或澆水施肥，或巡田監(jiān)測，一切都在有條不紊地進行著。
據(jù)極飛超級棉田管理者艾海鵬介紹，自2021年運營以來，超級棉田無人化率達到了75%，去年棉花畝產達到529公斤。
“無人農場，采用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G、機器人等新一代信息技術，通過對農場設施、裝備、機械等進行遠程控制，實現(xiàn)農業(yè)生產全過程的無人化作業(yè)?！眹掖笞谑卟水a業(yè)技術體系智能化管理崗位科學家、北京市農林科學院信息技術研究中心研究員吳華瑞告訴記者，建設無人農場的重點在于解放人力，特別是在大規(guī)模種植中，通過機器替代人完成耕種、管理、采運等環(huán)節(jié)。
從2017年開始，國內科研機構和企業(yè)便開始探索無人農場相關技術研發(fā)。目前無人蔬菜農場的發(fā)展正逐步從理論驗證走向實際應用。吳華瑞介紹，他們的團隊在北京、河北、山西等地進行了大量的試驗和推廣工作，取得了顯著成效。例如，在山西太谷，團隊利用無人系統(tǒng)成功實現(xiàn)了胡蘿卜的種植和采收，大幅提高了生產效率和經(jīng)濟效益。
傳統(tǒng)的人工采收方式下，一塊200畝的胡蘿卜地需要雇傭二三十人，一天僅能采收兩三畝地。而采用無人系統(tǒng)后，可以實現(xiàn)24小時不間斷作業(yè)，一臺機器一天可采收20畝地左右，工作效率是人工的近十倍。
“無人農場不僅大幅降低了人工成本，提高了采收速度，還提升了胡蘿卜的產量和質量。”吳華瑞說，由于無人系統(tǒng)可以實現(xiàn)精準作業(yè)，減少了對作物的損傷，因此胡蘿卜的商品性更好，售價也更高?！皳?jù)初步估算，采用無人系統(tǒng)后，每畝地的經(jīng)濟效益可提高約20%至30%?！眳侨A瑞說。
華南農業(yè)大學工程學院副院長胡煉是羅錫文團隊的一員。據(jù)他介紹，近年來，隨著北斗導航系統(tǒng)的廣泛應用，水稻無人農場的研發(fā)步伐顯著加快。特別是自2018年起，該團隊開始籌備水稻無人農場項目，并于2020年在廣州成功示范。此后，水稻無人農場技術迅速推廣，多個省份紛紛提出建設規(guī)劃。
胡煉指出，我國在無人水稻農場的研究和應用方面已經(jīng)取得了顯著成果，不僅在耕種管收等作業(yè)環(huán)節(jié)實現(xiàn)了無人化，還在插秧、水直播、旱直播等多種種植方式上實現(xiàn)了無人作業(yè)。目前，無人農場的關鍵技術和裝備已經(jīng)形成了完整的配套體系，并在全國近20個省份進行了示范應用。水稻無人農場建設進入快車道。
羅錫文強調，我國在水稻無人農場的技術和應用方面已經(jīng)處于第一梯隊。未來，無人農場有望解決“誰來種地”和“怎么種地”難題。
智能設備仍需人工兜底
隨著科技的飛速發(fā)展，無人農場逐漸成為農業(yè)現(xiàn)代化的重要方向。然而，關鍵核心技術缺乏仍是亟待解決的難題。
當前，無人農場的核心技術集中在“耕、種、管、收”四大環(huán)節(jié)，各個環(huán)節(jié)均存在技術瓶頸。吳華瑞舉例說，蔬菜無人農場的移栽和采收環(huán)節(jié)的機械化率不足10%?！皣鴥妊邪l(fā)的全自動移栽機漏苗率達10%—20%，還需人工補苗?！彼f，與國外先進設備相比，國產農機具的自動化成熟度仍有差距。
此外，由于蔬菜種類繁多、生長環(huán)境各異，實現(xiàn)蔬菜的全自動化采收也存在較大難度。
“比如，現(xiàn)有國產采收機僅能處理單一品類，采收白蘿卜與胡蘿卜需不同機型。”吳華瑞說，“這不是簡單的機械可靠性問題，而是涉及品種宜機化選育、育苗標準化等系統(tǒng)性問題?！?/p>
艾海鵬坦言，盡管超級棉田在植保、智能灌溉和遙感巡田等方面取得了突破，但在耕種環(huán)節(jié)仍有25%的場景無法實現(xiàn)完全無人化。其中原因涉及農業(yè)機械的自動駕駛技術和播種機的全自動化、輕量化升級。
“比如，3000畝棉田播種期需2—3人跟機，核心障礙是播種機未實現(xiàn)‘自動上種+換膜’，僅通過農機自駕儀提升路徑精度，沒能解決人機協(xié)同的痛點?！卑ｙi說。
艾海鵬分析，這些技術的突破不僅需要高額的研發(fā)投入，還需要長時間的積累和沉淀。然而，由于農業(yè)設備的研發(fā)周期較長，且測試環(huán)境受季節(jié)限制，許多企業(yè)在研發(fā)方面的積極性不高?！案鼮殛P鍵的是，播種機的全自動化升級需要農機具廠商突破輕量化設計和智能供種技術，這不是一家企業(yè)能完成的?！彼f。
目前，國內無人農場技術研發(fā)呈現(xiàn)“單點先進、系統(tǒng)薄弱”的特點。
艾海鵬舉例說，遙感無人機雖能識別雜草、苗情，但“處方圖”生成依賴經(jīng)驗參數(shù)。如施肥量僅基于葉色指數(shù)，缺乏動態(tài)修正的AI模型，農戶仍需“人工看苗+機械作業(yè)”?！拔磳崿F(xiàn)‘數(shù)據(jù)—決策—執(zhí)行’閉環(huán)，導致智能設備仍需人工兜底。”
羅錫文團隊在廣東河源的千畝示范基地也發(fā)現(xiàn)類似問題，盡管農機能精準作業(yè)，但缺乏實時監(jiān)測作物長勢的智能傳感器，導致“處方圖”的生成仍需人工干預。
胡煉認為，無人農場不僅要實現(xiàn)無人化生產，更要實現(xiàn)智慧化管理。
“未來需要進一步加強關鍵技術的突破和熟化，特別是在數(shù)字化感知、智能化決策、精準化作業(yè)、智慧化管理等方面?！焙鸁捳f，在施肥環(huán)節(jié)，團隊已實現(xiàn)通過無人機搭載自研“感—存—算”一體化作物長勢傳感器獲取水稻長勢信息，快速生產施肥作業(yè)處方圖，從而實現(xiàn)變量的精準施肥。
規(guī)?；茝V還需降低成本、標準先行
極飛科技在新疆尉犁縣建設的超級棉田無人農場，經(jīng)過4年的運營，產量逐年提升，成為棉花種植領域的佼佼者。然而，在推廣過程中，極飛科技也遇到了不少難題。
由于不同地區(qū)的土壤、氣候、作物種類等存在差異，對智能農機的適應性要求較高。極飛科技雖已研發(fā)出多款適應不同場景的智能農機，但在推廣過程中需根據(jù)不同地區(qū)的實際需求進行定制化調整，這無疑增加了推廣的難度和成本。
針對不同規(guī)模的農場，極飛科技已為用戶推出模塊化的解決方案，提供個性化的產品和服務。然而，要實現(xiàn)超級棉田的規(guī)?；茝V，還需要探索更多新的推廣模式?！叭缗c地方政府、合作社等聯(lián)手，共同推動其建設和發(fā)展。”艾海鵬說。
胡煉坦言，在實際應用中還需要考慮成本、規(guī)?；徒?jīng)濟性等問題。
首先，在無人農機的投入方面，雖然可以節(jié)省大量的人工成本，但前期的設備投入會增加總體成本。像智能拖拉機、無人植保機、智能灌溉設備等，其價格明顯高于傳統(tǒng)農機。
其次，無人農機的運營成本也不容忽視。雖然無人農機可顯著提高作業(yè)效率和質量，但其日常維護、保養(yǎng)和升級需要更專業(yè)技術人員來完成，并支付一定的費用。此外，無人農機的作業(yè)效果還受到多種因素的影響，如天氣、土壤、作物生長狀況等，這也在一定程度上增加了運營成本和經(jīng)濟收益的不確定性。
我國地域遼闊，農業(yè)生產條件復雜多樣，無人農場規(guī)?；茝V還需標準先行。為此，胡煉建議將無人農場標準納入高標準農田建設的規(guī)劃設計中。
今年政府工作報告提出，高質量推進高標準農田建設。胡煉認為，高標準農田的建設是實現(xiàn)水稻等大田作物無人農場規(guī)?；瘧玫幕A條件之一。
“通過統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準，不僅能實現(xiàn)無人農場與標準化農田的無縫對接，提高農業(yè)生產效率和質量，還能促進無人農場技術的普及和應用?！焙鸁捊ㄗh，相關部門應加強對標準化農田建設的投入，推動無人農場標準的制定和實施。
“推進無人農場規(guī)?；?，還需要加大研發(fā)創(chuàng)新，加快補齊短板?！北本┦修r林科學院智能裝備技術研究中心主任陳立平建議，相關部門應從智能農機裝備的創(chuàng)新發(fā)展體系構建出發(fā)，推出相關戰(zhàn)略舉措與行動計劃。
這包括加大對智能農機研發(fā)的資金投入，鼓勵科研機構和企業(yè)加強合作，共同攻克關鍵技術難題，提升智能農機的自主創(chuàng)新能力。同時，鼓勵企業(yè)根據(jù)市場需求進行定制化生產，提高智能農機的適用性和市場競爭力。“可借鑒新能源汽車等行業(yè)的發(fā)展經(jīng)驗，制定優(yōu)惠政策、提供購機補貼、整合相關產業(yè)鏈資源，以促進我國無人農場規(guī)?；l(fā)展?！标惲⑵秸f。
“在智能農機推廣過程中，我們還碰到一個問題，對于很多智能農機，技術人員會用、研究生會用，但是農民不會用。”羅錫文建議，加強對農民的培訓和指導，提高他們對無人農場技術的認識和接受度。
“不過，未來，我們要讓農民像玩手機、刷視頻一樣，用最簡單的方法操作和使用智能農機?！绷_錫文對此充滿信心。
專家觀點：無人農場很“缺人”
科技日報記者 馬愛平
無人農場的發(fā)展，正面臨一場“新人才荒”。
北京市農林科學院信息技術研究中心研究員吳華瑞在調研中發(fā)現(xiàn)，我國蔬菜無人農場全自動移栽機漏苗率高，仍需人工補苗，而日本同類設備因技術封鎖無法引進。“打破國外技術壟斷，我們只能自己攻關，但面臨的困境是，既懂機械設計又懂作物栽培的復合型人才太缺乏了?！彼f。
極飛超級棉田管理者艾海鵬直言：“無人農場的‘無人’是假象，我們其實比任何時候都缺人——缺能研發(fā)、操作和維護這些‘黑科技’的新農人?！?/p>
無人農場作為現(xiàn)代農業(yè)的新興領域，其快速發(fā)展離不開專業(yè)人才的支撐，尤其是跨領域人才的支撐。
吳華瑞坦言，目前無人農場領域人才匱乏，尤其是既懂人工智能又懂農業(yè)的復合型人才更是稀缺?，F(xiàn)實情況是，大部分從事無人農場研究的人員都來自信息領域或機器人領域，他們對農業(yè)的了解相對有限；而農業(yè)領域的人員則對人工智能和智能裝備技術不夠熟悉。
“未來無人農場領域的人才培養(yǎng)需注重交叉學科融合，培養(yǎng)既懂人工智能、機器人技術，又熟悉農業(yè)生產規(guī)律的復合型人才。”吳華瑞建議，高校設立智能裝備、智能控制、農業(yè)機器人等細分專業(yè)方向，強化校企合作，推動理論與實踐結合。同時，加強基礎教育階段的科普教育，通過參觀示范基地、參與科研項目等方式，激發(fā)青少年對智慧農業(yè)的興趣。此外，完善職業(yè)教育體系，培養(yǎng)一線技術操作與設備維護人才，確保先進技術在田間地頭的落地應用。
“現(xiàn)有農機具廠商多為民營企業(yè)，研發(fā)周期長、成本高，缺乏具備創(chuàng)新能力的技術團隊?！痹诎ｙi看來，無人農場的推廣更需要技術適應型人才。人才的培養(yǎng)應聚焦于模塊化技術應用能力和數(shù)字化管理思維。
他建議，企業(yè)與高校聯(lián)合開發(fā)課程，通過實戰(zhàn)培訓提升技術人員對無人機、灌溉系統(tǒng)等智能設備的操作與維護能力。同時，注重場景化教學，依托示范農場開展全流程實踐，幫助技術人員理解無人化管理的核心邏輯。此外，需加強新農人培訓，引導農戶轉變傳統(tǒng)觀念，掌握遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析等數(shù)字化技能，推動技術與生產的深度融合。
華南農業(yè)大學已將“農業(yè)機器人”設為必修課，學生們不僅要編程調試導航算法，也要下田插秧。“現(xiàn)代農業(yè)早已不是面朝黃土背朝天了。”該校工程學院副院長胡煉指著三維農場模型說，“未來的新農人，得會用衛(wèi)星數(shù)據(jù)規(guī)劃耕種，用AI、大數(shù)據(jù)防病蟲害、預測產量?！?/p>
“無人農場領域的人才培養(yǎng)需圍繞數(shù)字化感知、智能化決策、精準化作業(yè)和智能化管理四大核心技術開展?！焙鸁捊ㄗh，通過國家項目牽引，鼓勵科研團隊與企業(yè)合作，在實踐中培養(yǎng)科研人員解決復雜問題的能力，如農田環(huán)境感知、智能決策模型、智能農機裝備開發(fā)等，為無人農場的規(guī)模化推廣提供人才儲備。
“當前，我國農業(yè)的發(fā)展比以往任何時候都更加需要科技的支撐，需要年輕人的力量?！敝袊こ淘涸菏苛_錫文呼吁，“我想以我的親身經(jīng)歷對所有選擇農業(yè)事業(yè)的年輕人說，要深入農村、扎根基層，唯有深入田間地頭，親身體驗農耕的艱辛，方能洞悉農民的真實需求，準確評估技術在田間的實際效能?！?/p>
