未來農(nóng)業(yè)新圖景:無人農(nóng)場(chǎng)!

發(fā)表時(shí)間:2022-05-27 16:39
無人農(nóng)場(chǎng)就是人工不進(jìn)入農(nóng)場(chǎng)的情況下,采用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G、機(jī)器人等新一代信息技術(shù),通過對(duì)農(nóng)場(chǎng)設(shè)施、裝備、機(jī)械等遠(yuǎn)程控制、全程自動(dòng)控制或機(jī)器人自主控制,完成所有農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)作業(yè)的一種全天候、全過程、全空間的無人化的生產(chǎn)作業(yè)模式,無人農(nóng)場(chǎng)的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)機(jī)器換人。無人農(nóng)場(chǎng)是新一代信息技術(shù),智能裝備技術(shù)與先進(jìn)種養(yǎng)殖工藝深度融合的產(chǎn)物,是對(duì)農(nóng)業(yè)農(nóng)動(dòng)力的徹底解放,代表著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和最先進(jìn)水平。全天候、全過程、全空間的無人化作業(yè)是無人農(nóng)場(chǎng)的基本特征。

以上是國內(nèi)著名的農(nóng)業(yè)信息技術(shù)專家李道亮教授對(duì)無人農(nóng)場(chǎng)的定義,羅錫文院士在不同的場(chǎng)合也引用這句話,羅錫文院士認(rèn)為無人農(nóng)場(chǎng)是一種生產(chǎn)組織模式,與以往傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式不同的是大量的使用信息化、無人化和大數(shù)據(jù)等工具,人的作用從直接參與勞動(dòng)變成隱身在信息技術(shù)之后。



01

在國內(nèi)無人農(nóng)場(chǎng)建設(shè)正在轟轟烈烈的展開


無人農(nóng)場(chǎng)已經(jīng)不是一個(gè)想象或概念,而是一種真實(shí)的存在,無人農(nóng)場(chǎng)的發(fā)展速度遠(yuǎn)超過我們的預(yù)期,也就是技術(shù)和實(shí)踐已經(jīng)領(lǐng)先于傳播。


無人農(nóng)場(chǎng)作為未來農(nóng)業(yè)的一種全新模式,正引領(lǐng)全球農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的 “新賽道”,未來國家之間農(nóng)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的主賽道極有可能是無人化。


隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)的發(fā)展,英國、美國、以色列、荷蘭、德國、日本等發(fā)達(dá)國家陸續(xù)開始構(gòu)建無人大田農(nóng)場(chǎng)、無人豬場(chǎng)、無人漁場(chǎng)。


在信息化社會(huì),無人技術(shù)幾乎是全球同步的,國內(nèi)的無人農(nóng)場(chǎng)也是與全球速度同步,國內(nèi)無人農(nóng)場(chǎng)真正的起步是在2017年,但2019年、2020年已經(jīng)有頗具規(guī)模的無人農(nóng)場(chǎng)現(xiàn)身,從各種媒體上可以看出來,國內(nèi)的無人農(nóng)場(chǎng)建設(shè)呈現(xiàn)出遍地開花的形勢(shì),目前山東、福建、北京、黑龍江、安徽、江蘇等地都建立起了無人農(nóng)場(chǎng)。


如黑龍江墾區(qū)在2019年9月在七星農(nóng)場(chǎng)北大荒精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)農(nóng)機(jī)中心開通建立了首批5G基站,為率先開展“全程智能化農(nóng)業(yè)”試驗(yàn)示范,打造“無人農(nóng)場(chǎng)”,推動(dòng)無人駕駛農(nóng)機(jī)等智能農(nóng)機(jī)裝備以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的規(guī)?;瘧?yīng)用提供了優(yōu)越的條件。


無人農(nóng)場(chǎng)主要是探索實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)自動(dòng)化、智能化應(yīng)用,減少人工的勞動(dòng)量,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)由有人到少人、從少人到無人的過程,建立作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化耕種管收。


02

無人農(nóng)場(chǎng)的五個(gè)特征


無人農(nóng)機(jī)的五個(gè)特點(diǎn),或者說是五個(gè)標(biāo)準(zhǔn),也就是說要實(shí)現(xiàn)無人化,至少要達(dá)到這五個(gè)要求。


01、全程機(jī)械化或全面機(jī)械化


如果農(nóng)場(chǎng)是單一作物種植,就需要全程耕、種、管、收,甚至初加工和深加工的全程機(jī)械化,并且是全程無人化的機(jī)械化,目前全球范圍內(nèi),真正能實(shí)現(xiàn)大田作物全程無人化的農(nóng)場(chǎng)還不存在,這是個(gè)努力的方向和目標(biāo)。


如果是多品類種植或種、養(yǎng)結(jié)合或其它更復(fù)雜的多生態(tài)經(jīng)營模式,就要求全面機(jī)械化,但也是全面無人機(jī)械化,實(shí)現(xiàn)難度會(huì)更大,當(dāng)然也是一個(gè)努力的方向。


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02、從機(jī)庫到田間全程無人駕駛


這是衡量假無人與真無人的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn),假無人是人工把機(jī)械開到地頭,然后由機(jī)械自動(dòng)作業(yè)而真無人則是農(nóng)機(jī)從機(jī)庫轉(zhuǎn)移到田間,全部由機(jī)器自行完成,中間遇到意外突發(fā)事件全部由機(jī)器自行判斷和處理,作業(yè)完成之后機(jī)器會(huì)自己回到機(jī)庫充電或加油,并能恢復(fù)到最佳的作業(yè)狀態(tài)。


03、自動(dòng)處理不確定性事件,保證安全


這一點(diǎn)最重要,安全問題是無人駕駛和無人作業(yè)的首要條件,如果解決不了安全問題,先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備就不會(huì)被允許大面積推廣。


如轉(zhuǎn)基因技術(shù),雖然能提高產(chǎn)量,減少種植成本,提高作物的抗性,但是由于還有不確定的安全問題,所以該技術(shù)被很多國家限制推廣。


無人農(nóng)場(chǎng)幾乎所有的機(jī)器都是自動(dòng)化和無人化操作,所以首要解決的是安全。


最低的安全要求就是在轉(zhuǎn)移和作業(yè)的過程中能自行判斷和處理意外事件,能自動(dòng)避開障礙物,遇到人畜能停車避讓或報(bào)警等,一是要保障人畜、物安全,二是要保證機(jī)器人本身的安全。


04、生產(chǎn)和經(jīng)營全過程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)調(diào)整


這是兩個(gè)層次,第一層是作物生長過程中作業(yè)過程、生長過程和病蟲害預(yù)防、發(fā)生、發(fā)展、防治等情況全時(shí)全程監(jiān)控,第二層是對(duì)農(nóng)場(chǎng)整個(gè)經(jīng)營過程中的全過程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并且具備自行判斷和處理突發(fā)事件的能力。


05、精準(zhǔn)作業(yè),智能決策全過程無人化


這也是兩個(gè)層次,一個(gè)是作業(yè)過程,一個(gè)是管理過程。


作業(yè)過程中的精準(zhǔn)化、變量化、經(jīng)濟(jì)性,都是通過無人技術(shù)來實(shí)現(xiàn),比如自行決定哪個(gè)田要噴藥或除草,并且根本不同的作物長勢(shì)決定噴藥量大小,濃度的強(qiáng)弱等。


03

無人農(nóng)場(chǎng)要經(jīng)歷兩個(gè)階段


無人農(nóng)場(chǎng)的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)過程,不能一蹴而就,要從機(jī)械替代人到半有人,直到實(shí)現(xiàn)作業(yè)和管理過程的全無人化,無論從技術(shù)層面抑或是管理層面,都需要一個(gè)循序漸進(jìn)的過程,根據(jù)李道亮教授的觀點(diǎn),無人農(nóng)場(chǎng)要經(jīng)歷兩個(gè)階段。


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初級(jí)階段:遠(yuǎn)程控制


這是一種人機(jī)結(jié)合的模式,也就是作業(yè)的機(jī)器可以全部或部分實(shí)現(xiàn)無人化,但整個(gè)過程是人要控制,這種模式的意義在于人從繁重的體力作業(yè)勞動(dòng)中解放出來,變成腦力勞動(dòng)者,但對(duì)于勞動(dòng)者的要求更高了。


這事實(shí)上就是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上的腦體分離,機(jī)器只具備按指令執(zhí)行作業(yè)任務(wù)的功能,機(jī)器只是人腦的延伸,國外也叫徒手農(nóng)場(chǎng)或有人值守的無人農(nóng)場(chǎng),目前國內(nèi)外大多數(shù)無人農(nóng)場(chǎng)就是這個(gè)水平。


高級(jí)階段:自主作業(yè)


高級(jí)階段的無人農(nóng)場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)真正的無人化,或者偶爾的人工干預(yù)或糾偏。


農(nóng)場(chǎng)所有的機(jī)械化作業(yè)或過程管理,都是通過管控平臺(tái)自主計(jì)劃、自動(dòng)執(zhí)行、自主作業(yè)和自動(dòng)決策、自行糾錯(cuò)。


高級(jí)階段的無人農(nóng)場(chǎng)將是人類歷史上農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的真正的革命,由人主導(dǎo)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將讓位于無人技術(shù),機(jī)器取代工人,智能技術(shù)和算法替代人腦決策或人類集體決策,將讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)徹底的由經(jīng)驗(yàn)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)向技術(shù)農(nóng)業(yè)和算法農(nóng)業(yè),人類在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中將得到徹底的解放。


04

實(shí)現(xiàn)無人農(nóng)場(chǎng)的三大技術(shù)


無人農(nóng)場(chǎng)是一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的管理模式,不能將其神秘化,其背后是不斷發(fā)展的最前沿的高新技術(shù)的支持,當(dāng)然不僅僅是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的前沿技術(shù),事實(shí)上無人農(nóng)場(chǎng)所依賴的生物技術(shù)、智能農(nóng)機(jī)和信息化技術(shù),都可以從外行業(yè)得到了技術(shù)的支持或援助,所以無人農(nóng)場(chǎng)的發(fā)展取決于全社會(huì)技術(shù)水平的發(fā)展。


01、生物技術(shù)


如果簡(jiǎn)單化一點(diǎn),就是為了適應(yīng)無人化作業(yè)而培育的適合機(jī)械化作業(yè)的作物品種,以及相關(guān)的種植模式和農(nóng)藝。


舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子,如果一個(gè)無人農(nóng)場(chǎng)主要種植的是辣椒,要求移栽和收獲全部無人化,則這個(gè)品種就需要滿足用機(jī)械收獲的條件,這種品種的性狀要滿足以下的條件:


一是植株具備直立性,不是藤蘿狀,不能倒伏,也不是搭在架上生長的品種。


二是不能長的太高,最好是80CM左右,不能超過1M,太低了產(chǎn)量不高,也不好采收。


三是果實(shí)開花期、成熟期一致,且果實(shí)大小適中,符合機(jī)械采收的條件。


四是紅椒,易脫水,椒皮較厚且有一定的韌性,不易破損和破裂。


五是成熟期葉子先掉落,或是收獲時(shí)打脫葉劑時(shí),葉子容易脫落而果柄不易脫落。


如果能滿足以上的條件,這個(gè)品種就適合于機(jī)器采收,目前主要是線椒和板椒,燈籠椒并不適合,據(jù)說國內(nèi)的科研院所和種業(yè)專家先是在現(xiàn)有的資源里里面尋找較適合機(jī)收的品種,之后再進(jìn)行雜交和篩選。


符合這種要求的辣椒,第一是能實(shí)現(xiàn)機(jī)械化收獲,第二是不需要人工去采摘或撿拾,而要達(dá)到這些要求,就需要對(duì)辣椒進(jìn)行改良和優(yōu)化。


02、智能農(nóng)機(jī)


智能農(nóng)機(jī)是無人農(nóng)機(jī)無人化技術(shù)的具體的載體,智能農(nóng)機(jī)需要涉及四大技術(shù)體系與設(shè)備,其一是傳感器,其二是無人駕駛技術(shù),其三是精準(zhǔn)作業(yè),其四是智能管理。


傳感器是智慧農(nóng)業(yè)、無人農(nóng)場(chǎng)的基礎(chǔ),未來的智慧農(nóng)業(yè),其平臺(tái)的管理和決策的基礎(chǔ)就是通過各種各樣的傳感器收集到的信息和數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)包括土壤信息(墑情、養(yǎng)分、松疏度、顆粒度等)、作物生長信息、病蟲害信息、作業(yè)信息、機(jī)械狀況信息、駕乘者個(gè)人身體狀態(tài)(比如疲勞度、血糖水平、體溫)等信息。


無人駕駛技術(shù),在國內(nèi)分三個(gè)發(fā)展階段,分別是自動(dòng)導(dǎo)航、輔助駕駛、無人駕駛,目前的無人駕駛技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入應(yīng)用級(jí)別,但是受制于用戶接受度等因素,實(shí)際使用中還是以自動(dòng)導(dǎo)航、輔助駕駛為主,無人駕駛技術(shù)是實(shí)現(xiàn)無人農(nóng)場(chǎng)的關(guān)鍵技術(shù),該技術(shù)成不成熟,關(guān)系到能不能真正實(shí)現(xiàn)設(shè)備的無人化操作。


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無人駕駛技術(shù)應(yīng)用在無人農(nóng)場(chǎng)上,細(xì)分一下就可以分為以下的10項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù):導(dǎo)航定位技術(shù)、導(dǎo)航控制技術(shù)、轉(zhuǎn)向輪偏角檢測(cè)技術(shù)、遙控離合與啟動(dòng)技術(shù)、油門自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)、作業(yè)機(jī)具自動(dòng)操控技術(shù)、遙控熄火停車控制技術(shù)、自動(dòng)避障技術(shù)、系統(tǒng)集成控制技術(shù)、監(jiān)控終端技術(shù)。


03、信息技術(shù)


信息技術(shù)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)場(chǎng)無人化作業(yè)和管理的基礎(chǔ)技術(shù)和最底層的技術(shù),包括的東西非常多,比如設(shè)備之間的信息傳輸與反饋技術(shù)、智能農(nóng)機(jī)平臺(tái)控制技術(shù)、無人農(nóng)場(chǎng)運(yùn)營管理平臺(tái)技術(shù)等。


總結(jié):無人農(nóng)場(chǎng)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一種高級(jí)的組織方式和先進(jìn)的生產(chǎn)模式,該模式要依托于生物技術(shù)、智能農(nóng)機(jī)、信息化技術(shù),目前在全球范圍內(nèi),無人農(nóng)場(chǎng)仍在模式探索階段,中國在無人農(nóng)機(jī)的技術(shù)應(yīng)用和模式上并不落后,無人農(nóng)場(chǎng)極有可能是中國農(nóng)業(yè)彎道超車的一次契機(jī)。



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