展望无人农场的未来发展

在全球农业劳动力持续减少、人工成本不断增加、农业生产投入不断加大的现状下，无人农场为现在农业发展提供了有效技术支撑。吉林省公主岭市围绕发展现代农业的战略需求，构建了玉米全程无人化生产农场，实现了玉米耕、种、管、收全程无人化作业，极大提高了玉米生产效率，减少了人工投入。

以北京市农林科学院智能装备技术研究中心在吉林省公主岭市参与建设的玉米无人农场为例，无人驾驶收获机可以24小时不间断工作，玉米收获速度提升了3~4倍，67公顷玉米3至5天即可完成收获，节省人工50~60人。在其他环节，无人化播种机在节省人力的同时，还可以实现精量播种和区段播种控制，有效避免了地头重复作业，提高了作业质量，减少了种子投入。

一、建设内容

玉米无人农场由信息感知系统、智能农机装备、管控云平台三部分组成。

1、信息感知系统

包含无人机遥感设备、田间综合监测站、物联网测控系统的天空地一体化观测和数据感知系统，能够自动监测农场环境及作物生长信息，并传输至智慧农机管理系统。无人机遥感设备用于开展农田地块信息、作物信息采集监测，为农场生产管理和农机装备无人作业提供基础地块边界、作物长势等信息数据。

此外，无人农场部署了田间综合监测站点和物联网监控系统，用于实时采集土壤肥力、土壤温湿度、大气温湿度、日照辐射等玉米生长环境信息和叶龄等生长状态的信息，为农场生产管理和农机装备精准作业提供基础数据。

2、智能农机装备

面向无人农场高效、精准作业需求，将现有的拖拉机及其配套机具、植保机、收割机、运粮车等进行无人化改造，加装无人驾驶系统、精准作业控制装置、远程监测终端等，通过与无人农场云平台进行数据共享和指令交互，实现玉米的耕、种、管、收无人化作业。

无人拖拉机可搭载深松机、秸秆还田机等农机具进行无人耕整作业，可实现自主规划路径、运行状态实时监测、作业效果实时拍摄上传、作业机具自动升降。挂接电驱播种机，并集成高精度卫星定位系统、导航控制系统、精量播种控制系统、作业路径规划系统和网络通信系统，实现主从机协作，完成无人播种作业。

在植保环节，利用无人机搭载多光谱相机采集农田作物信息，采用机器视觉算法对田间作物长势和养分等信息进行分析，生成叶片氮素含量分布图，并决策出施肥量;搭载可见光相机采集农田环境图像，分析并获得玉米病虫害信息，制定施药处方图;通过云平台管控系统将施肥、施药处方图下发至地面作业机器端，由无人植保机实现精准变量喷施。

采用无人驾驶高地隙喷杆喷雾机实现精量变量喷洒作业，实现了作业路径自主规划、高精度路径跟踪、地头自动转向、行进速度自动调控、喷杆升降折叠融合控制、紧急避障、远程遥控等功能，减少了药害产生，降低了用人成本，提升了高地隙植保机利用率，为玉米无人农场植保作业提供关键技术装备。

无人收获机集成了作业信息检测系统、自动导航系统、障碍物检测系统和收获作业智能控制系统，实现了玉米无人收获作业状态、工况自动检测、无人驾驶、自动避障、作业自动控制等功能，收获效率提高3~4倍，为农场玉米的无人化收获提供了有力支撑。

3、无人农场云平台

无人农场云平台主要包括无人农场基础地理信息管理系统、无人农机远程管控系统、智能农机精准作业管理系统和无人农机系统四部分。其中，农场基础地理信息管理系统通过农场田块尺度的厘米级数字地图测绘和处理，为无人农机精准作业提供基础地理信息支撑;无人农机远程管控系统主要面向智能农机装备的作业管控，提供农场耕种管收作业监管、工况监控、前后台交互和作业管理等服务;智慧农机精准作业管理系统及数据库主要面向智能农机装备基准作业，提供基础农作数据维护管理、变量处方管理、农机作业参数共享、农机作业质量监管等服务;无人农机作业展示系统为农场日常系统运维、运营服务和展示提供基础平台。

二、发展展望

全球农业生产均存在农业从业人员持续减少、人工成本高、传统机械作业质量差等问题，未来谁来种田、怎样种田甚至无人种田问题是全球农业面临的重要挑战。随着现代信息技术与农业生产的深度融合，无人农场在农业生产中发挥的作用和带来的效益越发明显，以自动导航为代表的无人农场关键技术已经或正在改变现代农业生产方式。

以农机自动导航为标志，中国无人农场关键技术已开展了近20年的研究。期间，中国农机自动驾驶系统的发展经历了学习、发展、追赶和超越国外技术的艰辛历程，形成了具有自主知识产权的农机导航系列产品，打破了国外产品长期垄断的局面。近些年，中国农机龙头企业先后研发出了无人驾驶拖拉机、无人植保机、无人收获机以及无人运粮车等无人化农机装备产品，并在小麦、水稻、玉米等大田生产中进行了大量的应用实践，初步形成了适应国内农业生产模式的无人农场雏形。

①与国外无人农场技术横向相比，中国无人农场技术总体落后。在农机作业智能决策、精准作业控制等方面，中国积累农业生产数据不足、数据维度也不够，且缺乏对数据的有效分析与利用;此外，中国幅员辽阔，农作物类型南北差异大，作物生长环境和生产农艺要求也存在时空变异;上述原因导致国内成熟的农机作业决策模型少，模型缺乏普适性。总体上，中国在精量播种与变量施肥控制、精准喷洒控制、高效高质收获作业控制等领域尚处于研究发展阶段，与国外存在一定差距，这也是中国未来无人农场技术领域需要着力发展的方向。

②无人农场作为新型生产方式，目前在技术上尚不完全成熟，普遍还存在农田非结构环境多模态信息融合感知模型缺乏、无人化农机装备自主性差等问题。未来无人农场技术研究将主要聚焦于农田非结构化环境感知、复杂多变农田环境下农机无人驾驶、无人农机作业任务分配与路径自主规划、无人化农机机群自主协同作业控制等核心技术领域，这些技术既是难点，也是未来最具竞争力的技术制高点。中国与国外在该领域基本处于同一起跑线，是未来最有可能超越国外同类技术产品的领域。

③中国无人农场的发展需要瞄准农业现代化与乡村振兴战略的重大需求，突破一批无人农场卡脖子与短板技术，创制适用于中国农业生产的无人化农机装备，实现机器代替人力、电脑代替人脑、自主取代进口的转变，并通过技术产品的广泛推广应用，加速改善中国农业生产面临的困局，提高中国农业生产效率与效益，引领现代农业的发展，早日成为世界农业强国。

审核编辑 黄宇