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　　趙春江院士分享農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究與實(shí)踐

2019年4月26日，趙春江院士在“2019智慧農(nóng)業(yè)與智能裝備成果技術(shù)交流大會(huì)”上做了題為《農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究與實(shí)踐》的報(bào)告，以下是內(nèi)容節(jié)選。

一、 關(guān)于智慧農(nóng)業(yè)

當(dāng)前智慧農(nóng)業(yè)的概念在網(wǎng)上搜索量650萬左右，而且還在不斷增加，說明現(xiàn)在全社會(huì)都很關(guān)注智慧農(nóng)業(yè)。從過去的電腦農(nóng)業(yè)，到數(shù)字農(nóng)業(yè)，到精準(zhǔn)（精細(xì)）農(nóng)業(yè)，再到現(xiàn)在的智慧農(nóng)業(yè)，名詞在不斷發(fā)生演進(jìn)，其內(nèi)涵也不斷的變化。

怎樣理解智慧農(nóng)業(yè)？本質(zhì)上是先進(jìn)生產(chǎn)力要素組合后的變革，是信息化發(fā)展從數(shù)字化到網(wǎng)絡(luò)化再到智能化的高級(jí)階段變的過程。對(duì)比以往的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)（土地+機(jī)械），智慧農(nóng)業(yè)是信息知識(shí)與智能裝備的融合。特征有:（1）現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)深度融合，（2）有先進(jìn)生產(chǎn)工具（智能化裝備），（3）高質(zhì)量、高效利、高效能，（4）方便快捷與人性化。

近代信息科技發(fā)展很快，目前人工智能技術(shù)與大數(shù)據(jù)在社會(huì)上熱度比較高。人工智能和大數(shù)據(jù)與農(nóng)業(yè)深度融合后，將會(huì)推動(dòng)農(nóng)業(yè)發(fā)展，會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生非常重要的影響。

農(nóng)機(jī)具的智能化實(shí)時(shí)化體現(xiàn)出了農(nóng)業(yè)發(fā)展從傳統(tǒng)到現(xiàn)代的轉(zhuǎn)變過程。信息時(shí)代是通過一些算法，把簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)提升到一種算力。未來，物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、芯片、計(jì)算機(jī)視覺、預(yù)測(cè)分析、語音識(shí)別等都會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)生重要影響，可以通過優(yōu)化資源配置提升效率，推動(dòng)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，這標(biāo)志著農(nóng)業(yè)新時(shí)代的到來。

現(xiàn)在，智慧農(nóng)業(yè)已成為世界農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。日本2014年啟動(dòng)了“戰(zhàn)略創(chuàng)新/創(chuàng)造計(jì)劃（SIP）”，2015年啟動(dòng)了“基于智能機(jī)械+IT”的下一代農(nóng)林水產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造技術(shù)研發(fā)，核心內(nèi)容是“信息化技術(shù)+智能化裝備”，重點(diǎn)放在提高作物的光合生產(chǎn)力方面。2017年歐洲農(nóng)機(jī)工業(yè)學(xué)會(huì)（CEMA）計(jì)劃未來歐洲農(nóng)業(yè)發(fā)展方向4.0（Farming4.0），核心內(nèi)容是數(shù)字農(nóng)業(yè)，這和現(xiàn)在談的智慧農(nóng)業(yè)本質(zhì)是一樣的。2013年，英國發(fā)布了《農(nóng)業(yè)技術(shù)戰(zhàn)略報(bào)告，實(shí)施Future Farm智慧農(nóng)業(yè)項(xiàng)目》。

2012年，歐盟出臺(tái)了《農(nóng)業(yè)信息化戰(zhàn)略研究議程》，提出在種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)領(lǐng)域發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)畜牧產(chǎn)業(yè)。2017年，德國“工業(yè)4.0”實(shí)現(xiàn)收割過程的全面自動(dòng)化。加拿大聯(lián)邦政府提出了《MetaScan3:新興技術(shù)與相關(guān)信息圖》，其中提出了“土壤與作物感應(yīng)器家畜生物識(shí)別技術(shù)、農(nóng)業(yè)機(jī)器人在未來5-10年改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)”。美國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平比較高，從傳統(tǒng)機(jī)械化時(shí)代、生物化學(xué)時(shí)代、生物技術(shù)時(shí)代，到當(dāng)今數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下的農(nóng)業(yè)，與我們的智慧農(nóng)業(yè)相似。

美國國家科學(xué)院、美國國家工程院和美國國家醫(yī)學(xué)科學(xué)院發(fā)布了《2030美國食品和農(nóng)業(yè)科技發(fā)展戰(zhàn)略》。這都反映了當(dāng)今世界各國很注重農(nóng)業(yè)發(fā)展。根據(jù)華為《聯(lián)網(wǎng)農(nóng)場(chǎng)——智慧農(nóng)業(yè)市場(chǎng)評(píng)估》，到2025年智慧農(nóng)業(yè)全球市值可達(dá)683.89億美元，復(fù)合增長(zhǎng)率為CAGR14.12%。

目前智慧農(nóng)業(yè)主要類型分為：大田智慧農(nóng)業(yè)（環(huán)境不可控的，如農(nóng)作物、果樹、蔬菜），設(shè)施智慧農(nóng)業(yè)（環(huán)境可控，如設(shè)施園藝、設(shè)施養(yǎng)殖），智能加工車間（如農(nóng)產(chǎn)品加工、動(dòng)物產(chǎn)品加工）和智能信息服務(wù)。

大田智慧農(nóng)業(yè)比較有代表性的是美國，是大機(jī)械裝備下與信息化融合之后高效的生產(chǎn)方式，如精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，過去的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)強(qiáng)調(diào)變量，現(xiàn)在是基于大數(shù)據(jù)的農(nóng)業(yè)智慧管理。在美國精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)國際學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)現(xiàn)，軟件數(shù)據(jù)服務(wù)公司從傳統(tǒng)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)向大田智慧農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，形成了相對(duì)業(yè)務(wù)化的模式，細(xì)致到每個(gè)季節(jié)每個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)使用。

設(shè)施智慧農(nóng)業(yè)最具代表性國家有荷蘭、以色列、日本，通過環(huán)境的調(diào)控，以滿足農(nóng)作物的生長(zhǎng)需求，最大限度的提高作物產(chǎn)量。水肥一體化、機(jī)械化、智能化等在設(shè)施農(nóng)業(yè)中體現(xiàn)的非常明顯。其中機(jī)械手將是以后智慧農(nóng)業(yè)在科技裝備智能化上比較核心的部件。除此以外，畜牧業(yè)方面的智能化也很高，其中最重要的是動(dòng)物養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)，收集動(dòng)物個(gè)體信息。

農(nóng)產(chǎn)品智能加工車間，從原料清洗、分級(jí)、風(fēng)干、包裝、到機(jī)器人打包，農(nóng)產(chǎn)品的加工環(huán)節(jié)很重要，應(yīng)該受到關(guān)注。

在基于大數(shù)據(jù)的個(gè)性化智能信息服務(wù)方面，發(fā)展中國家信息基礎(chǔ)設(shè)施化發(fā)展相對(duì)落后。我國互聯(lián)網(wǎng)的普及率到30%，農(nóng)村網(wǎng)民占1/3，個(gè)性化的服務(wù)是個(gè)突出的問題。

二、國際智能化農(nóng)機(jī)裝備

智能化農(nóng)機(jī)裝備綜合運(yùn)用機(jī)械電子、光學(xué)物理、傳感控制、信息通訊等現(xiàn)代信息技術(shù)，高效、安全、可靠地完成作業(yè)任務(wù)。智能化農(nóng)機(jī)裝備與傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)相比具有更好的易用性、可靠性、有效性。人與機(jī)、機(jī)與物之間交互性，表現(xiàn)出的效果更高、更快、更好。

2018年日本北海道農(nóng)機(jī)展上展示了不同公司的產(chǎn)品，以及電控上的核心組件。其中洋馬把農(nóng)機(jī)融合到智能的系統(tǒng)中叫Smart Assist系統(tǒng)，它采用GPS、無線通訊木塊等采集大量作業(yè)數(shù)據(jù)，通過優(yōu)化農(nóng)機(jī)做業(yè)參數(shù)并保護(hù)農(nóng)戶的農(nóng)機(jī)裝備，避免農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)生故障。

國際上智能化農(nóng)機(jī)系統(tǒng)的趨勢(shì)是農(nóng)機(jī)（復(fù)雜農(nóng)機(jī)）、智能（感知+決策+控制）、系統(tǒng)（大數(shù)據(jù)+云平臺(tái)+物聯(lián)網(wǎng)）等的融合。未來的機(jī)器不是單獨(dú)存在的，而是成體系的，在系統(tǒng)中形成一個(gè)單元發(fā)揮協(xié)同作用。

農(nóng)機(jī)智能化還能促進(jìn)農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝的融合。機(jī)器人化的無人駕駛拖拉機(jī)它有很多的傳感器，在田間自主作業(yè)能夠知道周邊的情況，預(yù)設(shè)性的路徑規(guī)劃圖使其自主完成作業(yè)。還體現(xiàn)在通過實(shí)際情況調(diào)節(jié)播種細(xì)節(jié)。

三、 智能化農(nóng)機(jī)裝備研究實(shí)踐

信息化和機(jī)械化是國家戰(zhàn)略發(fā)展之一。2018年9月25日習(xí)近平在黑龍江建三江國家農(nóng)業(yè)科技園中指出要大力發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械化、智能化，給農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)插上科技翅膀。1959年毛澤東提出農(nóng)業(yè)的根本出路在于機(jī)械化，發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，必須堅(jiān)持機(jī)械化與信息化融合推動(dòng)機(jī)械設(shè)備的智能化。

目前通過精準(zhǔn)作業(yè)導(dǎo)航提高作業(yè)質(zhì)量和效率、通過農(nóng)機(jī)作業(yè)檢測(cè)和控制提高作業(yè)質(zhì)量、農(nóng)機(jī)作業(yè)監(jiān)控是管理是我們智能農(nóng)機(jī)研究的重點(diǎn)工作。已經(jīng)形成了四個(gè)方向的系列產(chǎn)品，包括農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航、農(nóng)機(jī)智能監(jiān)測(cè)、農(nóng)機(jī)作業(yè)精準(zhǔn)控制和智慧農(nóng)場(chǎng)。

農(nóng)機(jī)智能監(jiān)測(cè)基本實(shí)現(xiàn)了“耕、種、管、收”全部覆蓋，主要作物有甘蔗、水稻、馬鈴薯等，如今有農(nóng)機(jī)作業(yè)監(jiān)管終端40000多個(gè),自動(dòng)導(dǎo)航、圓捆機(jī)電控1600多個(gè)，覆蓋了21個(gè)省區(qū)，312個(gè)縣市，100多個(gè)國營農(nóng)場(chǎng)，覆蓋作業(yè)面積7000多萬畝地。在農(nóng)機(jī)作業(yè)精準(zhǔn)控制方面，通過控制達(dá)到農(nóng)業(yè)實(shí)施的要求，如衛(wèi)星平地控制系統(tǒng)與變量施肥（播種）控制系統(tǒng)。智慧農(nóng)場(chǎng)集中了所有技術(shù)，體現(xiàn)在綜合管理、監(jiān)測(cè)，形成數(shù)字化的地圖，從而進(jìn)行有效的經(jīng)營化管理。

四、 思考與展望

未來智慧農(nóng)業(yè)向著農(nóng)機(jī)生產(chǎn)智能化、田間作業(yè)精準(zhǔn)化、農(nóng)機(jī)管理數(shù)字化、經(jīng)營服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，需要做到積極推進(jìn)信息化與農(nóng)機(jī)現(xiàn)代化融合，提高企業(yè)的創(chuàng)新能力，企業(yè)需要根據(jù)情況及時(shí)轉(zhuǎn)型，建立以農(nóng)機(jī)大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的農(nóng)機(jī)服務(wù)體系，農(nóng)機(jī)服務(wù)業(yè)需要大數(shù)據(jù)監(jiān)管，通過農(nóng)機(jī)大數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)問題。

充分認(rèn)識(shí)我國耕地規(guī)模小的特點(diǎn)，在相當(dāng)長(zhǎng)的一個(gè)時(shí)期，小農(nóng)仍將是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的主要組織形式。另一方面，數(shù)據(jù)是至關(guān)重要的，而信息獲取的關(guān)鍵在于傳感器，作為我們的短板，需要?jiǎng)?chuàng)建平臺(tái)，加強(qiáng)開發(fā)。