過去，人們常常設(shè)想未來農(nóng)業(yè)的樣子：由無人駕駛的拖拉機、插秧機、收獲機、噴藥機、無人機等配帶著不同的農(nóng)具或裝置，從耕整地、播種、插秧、噴藥、噴肥，到收獲、運糧等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全部由機器搞定，現(xiàn)在這已經(jīng)不再是設(shè)想，由北大荒建三江—碧桂園共同打造的全球首個超萬畝無人化農(nóng)場正上演著這樣的情景。

據(jù)了解，北大荒建三江—碧桂園無人化農(nóng)場聯(lián)合國內(nèi)外頭部農(nóng)機制造與智能農(nóng)機裝備企業(yè)、高等院校和科研機構(gòu)，從現(xiàn)代化農(nóng)場應(yīng)用場景實際需求，重點突破農(nóng)機無人駕駛、作業(yè)協(xié)同、多機聯(lián)動、自動避障、集群調(diào)度、遠程控制、智能決策等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，探索形成覆蓋主要農(nóng)作物耕、種、管、收、運全流程無人化生產(chǎn)作業(yè)和無人化農(nóng)場建設(shè)運營的系統(tǒng)解決方案。

“北大荒建三江和碧桂園農(nóng)業(yè)聯(lián)合組織實施的這個無人化農(nóng)場試驗示范項目，是目前國內(nèi)外針對主糧作物的規(guī)模最大、參加試驗示范的農(nóng)機設(shè)備最多、作業(yè)環(huán)節(jié)項目最全、無人化技術(shù)最先進、農(nóng)機田間作業(yè)無人化程度最高的一個無人化農(nóng)場項目，也是迄今為止全球首個超萬畝的無人化農(nóng)場試驗示范項目，”中國工程院院士、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授羅錫文表示，項目將帶動中國現(xiàn)代化大農(nóng)業(yè)加速發(fā)展，為中國農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展注入強大動力，將在我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技發(fā)展進程中具有里程碑式的重要意義。

無人農(nóng)場：給農(nóng)業(yè)插上“科技的翅膀”

先進的無人化作業(yè)之所以能在中國大糧倉大顯身手，是因為融合了智慧農(nóng)業(yè)的最新技術(shù)。

智能農(nóng)機作業(yè)技術(shù)。北大荒建三江國有農(nóng)場針對水稻、玉米、大豆三大作物研發(fā)了相配套的智能農(nóng)機，涵蓋全周期作業(yè)過程，主要體現(xiàn)在無人駕駛技術(shù)、無人機植保技術(shù)和主從導(dǎo)航收獲機系統(tǒng)三個方面。

在北大荒建三江-碧桂園農(nóng)業(yè)無人化農(nóng)場項目的農(nóng)機無人駕駛作業(yè)現(xiàn)場演示會上，來自國內(nèi)外的17家頭部智能農(nóng)機生產(chǎn)企業(yè)、44臺（件）農(nóng)機設(shè)備，分別演示了無人農(nóng)機收割運糧協(xié)同作業(yè)，無人化水田筑埂、攪漿、插秧、旱直播、飛防、秋翻地、旋地以及無人化旱田滅茬、翻、耙、起壟、播種、噴藥等20多項無人農(nóng)機作業(yè)，涵蓋主要作物從春到秋全周期作業(yè)過程。

無人駕駛技術(shù)需要提前測繪農(nóng)田地圖，根據(jù)農(nóng)田邊界和障礙物分布，規(guī)劃農(nóng)機作業(yè)最優(yōu)路徑，并將其儲存在農(nóng)機上，作業(yè)時農(nóng)機“按圖索驥”作業(yè)。無人駕駛技術(shù)自帶的高精度定位功能可以提供全天候、高精度和實時的機具位置、速度和時間信息，借此準確判斷拖拉機作業(yè)路線是否偏移，并結(jié)合控制系統(tǒng)不斷比較拖拉機的真實位置與規(guī)劃路徑之間的偏差，向拖拉機的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)出指令，讓拖拉機快速準確修正前進方向，使拖拉機始終保持在正確的航線上。此外，還可以通過毫米波雷達、激光雷達、攝像機等傳感器，準確識別人員和動態(tài)障礙物，實現(xiàn)自動避障作業(yè)。

植保無人機配有飛行平臺、攝像頭、BDGPS飛控、噴灑機構(gòu)等，通過地面遙控或BDGPS飛控，可以實現(xiàn)精準定位。通過多次飛行進行農(nóng)田巡查，幫助農(nóng)戶更準確地了解糧食生長情況，更精確地實現(xiàn)植保作業(yè)。

智能收獲機系統(tǒng)為建三江國有農(nóng)場自主研制，基于北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，通過無線自組網(wǎng)絡(luò)連接無人駕駛收割機與無人駕駛卸糧車，實現(xiàn)主從協(xié)調(diào)。當無人駕駛收獲機倉滿報警時，會自動發(fā)送卸糧命令給無人駕駛卸糧車，無人駕駛卸糧車根據(jù)無人收獲機作業(yè)路線和卸糧筒長度，智能規(guī)劃自身行走路線，并通過轉(zhuǎn)向和油門控制實現(xiàn)自身和無人駕駛收獲機的相對位置，將橫向誤差控制在10 cm以內(nèi)，縱向誤差控制在20 cm以內(nèi)，解決人力多次運糧問題。

過去建三江國有農(nóng)場農(nóng)業(yè)機械化率較低，僅插秧一項就需要20天的時間。而現(xiàn)在智能農(nóng)機應(yīng)用后，建三江國有農(nóng)場已實現(xiàn)7天完成育秧播種、7天完成水整地、7天完成水稻插秧、7天完成收獲、7天完成秋翻地、7天完成水田翻后旋，一年水稻生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)只需“六個7天”就可完成，極大提高作業(yè)效率。

病蟲害預(yù)警技術(shù)。建三江國有農(nóng)場利用田間安置采集設(shè)備，通過高清攝像頭實時獲取水稻圖像信息，判斷水稻生長情況，再結(jié)合田間環(huán)境信息、作物品種、氣象信息、歷史病蟲害發(fā)生情況，經(jīng)過后臺云服務(wù)系統(tǒng)的高效智能診斷，可以預(yù)測施肥、防病、除草時間，并將信息反饋到葉齡智能診斷App上，以實現(xiàn)對種植戶的栽培技術(shù)和植保技術(shù)作出實時指導(dǎo)。

葉齡智能診斷App根據(jù)葉齡與其它器官的同伸關(guān)系，以葉齡為基準，衡量和判斷水稻當時和以后一段時間的生長進程（株高、莖數(shù)、葉長等）、群體素質(zhì)（葉面積指數(shù)、充實度、粒葉比等）等，進而按照生長標準實施調(diào)控，達到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的實用技術(shù)。相比之前完全靠主觀判斷和經(jīng)驗進行的田間管理更精準、更有效，并且能把是否需要施肥、除草、打藥等指導(dǎo)信息直接推送到農(nóng)戶或農(nóng)場管理人員的手機里，解決了農(nóng)戶服務(wù)“最后一公里”問題，有力提高了田間管理水平。

智能施肥技術(shù)。建三江國有農(nóng)場通過測土配方技術(shù)，建立了健全的水稻施肥配方圖，技術(shù)人員或種植戶通過點擊農(nóng)場地塊位置，可以查詢施肥建議卡，使種植戶能了解到施肥總量、畝施肥量、全程的施肥時期等信息。

除了測土施肥配方技術(shù)外，建三江國有農(nóng)場還研發(fā)了變量側(cè)深施肥技術(shù)，在插秧機前輪安裝傳感器，在插秧過程中實時檢測土壤中的氮、磷、鉀含量，并基于檢測結(jié)果按需定量施肥，實現(xiàn)水稻種植過程中肥料的減施增效，保證土壤肥力，更好地促進農(nóng)作物的生長。

側(cè)深施肥技術(shù)提高了肥料利用效率。建三江國有農(nóng)場多年數(shù)據(jù)證明，通過側(cè)深施肥技術(shù)，氮、磷和鉀肥利用效率可分別提高9.6%、8.5%和15.1%，肥料整體利用效率可達到50%左右。在提升肥料利用效率的同時，可實現(xiàn)肥料減量情況下的作物增產(chǎn)增收，且側(cè)深施肥技術(shù)還可減少水稻倒伏，提高水稻秧苗的成活率，一畝地能節(jié)省成本10元左右。

在北大荒集團建三江分公司紅衛(wèi)農(nóng)場有限公司，三臺無人插秧機組成的無人機群由一人操作，通過運用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，按照既定路線由機庫駛出，隨停隨走，精準作業(yè)，插出筆直的秧苗，既節(jié)省了人工，又提高了土地利用率。

智能育苗技術(shù)。傳統(tǒng)水稻育秧技術(shù)存在苗床水分不足、溫度不適、出苗不齊、播種后直接擺放出苗不均勻、秧苗容易出現(xiàn)立枯病、綿腐病等現(xiàn)象，導(dǎo)致育供秧苗能力較小、成秧率低、秧苗質(zhì)量差、爛秧死苗等風(fēng)險增大。建三江國有農(nóng)場針對這一問題研發(fā)了智能化育苗技術(shù)——疊盤暗室育苗技術(shù)，改變了傳統(tǒng)水稻育秧方式，通過結(jié)合流水線播種設(shè)備一起作業(yè)，實現(xiàn)裝土、播種、澆水、覆土、出盤、疊盤一條龍機械化，之后將秧盤放置在能控溫和控濕的溫室內(nèi)（恒溫32℃、恒濕60%），通過配置一系列智能傳感器，可實時監(jiān)測CO2濃度、溫度、相對濕度、光合有效輻射（PAR）、pH值等各項環(huán)境指標。通過微機進行數(shù)據(jù)分析，由微機對棚內(nèi)的水簾、風(fēng)機、遮陽板等設(shè)施實施控制，并對環(huán)境指標參數(shù)進行調(diào)節(jié)，給種子創(chuàng)造最佳的生長空間。采用統(tǒng)一浸種、催芽、育苗的智能化育苗技術(shù)有利于統(tǒng)一品種，并且培養(yǎng)過程中水循環(huán)導(dǎo)氧、種子浸種、催芽等環(huán)節(jié)是在有氧條件下進行的，提高了種子芽勢和芽率，在保證秧苗質(zhì)量的情況下，極大縮短了育苗時間，由7-8天縮短到48小時，極大提高了生產(chǎn)效率。

稻田使用疊盤暗室設(shè)備后，成苗率提高5%左右，每畝可節(jié)約種子0.5 kg。單套播種流水線，每小時可播種800盤，每天可完成10000盤暗室育秧。疊盤暗室育苗技術(shù)研發(fā)為搶農(nóng)時、搶積溫、早育秧、育壯秧提供了基礎(chǔ)，平均畝增產(chǎn)20 kg左右，增產(chǎn)比3.3%，畝增收52元左右。

智能灌溉系統(tǒng)。采用智能灌溉系統(tǒng)對農(nóng)場水稻種植區(qū)開展精準灌溉，該系統(tǒng)集自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機技術(shù)等為一體，采用不同的傳感器采集農(nóng)田墑情等環(huán)境數(shù)據(jù)，并在田間安裝水位監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測每個地塊的水位，通過數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備將信號傳至遠程控制終端，用戶在控制中心進行灌溉參數(shù)設(shè)置，專用軟件會在計算機上分析，并在智農(nóng)平臺給出灌溉方案。用戶可以選擇遠程操控，信息終端系統(tǒng)下達的指令將會經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換傳達給灌溉設(shè)備，也可以選擇人工進行現(xiàn)場操作，最終可以實現(xiàn)田間智能灌溉和灌溉遙控。

作物倒伏監(jiān)測。為解決協(xié)調(diào)保險公司和農(nóng)民之間關(guān)于作物倒伏核保的賠款結(jié)算問題，建三江國有農(nóng)場研發(fā)了水稻倒伏的遙感監(jiān)測系統(tǒng)，利用HJ-1衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)多光譜、多時相、高分辨率優(yōu)勢，依據(jù)遙感影像特征的變異建立水稻倒伏分類特征，如光譜反射率、紋理特征、植被指數(shù)等，使用最大似然法對遙感數(shù)據(jù)進行監(jiān)督分類以及提取水稻倒伏面積，并通過人機交互對分類結(jié)果進行修正，在此基礎(chǔ)上建立衛(wèi)星遙感圖，以實現(xiàn)快速、準確地計算出農(nóng)戶稻田的倒狀面積，比傳統(tǒng)的人工測量更為準確、高效，也得到農(nóng)戶和保險公司肯定。

火情監(jiān)測技術(shù)。為更好地減少火災(zāi)帶來的危害，建三江國有農(nóng)場采用衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術(shù)，建立了線上可視化操作系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測火點位置、面積、火情大小等信息，并及時發(fā)送短信至農(nóng)場相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)及管理區(qū)主任，以便及時控制火勢，減少火災(zāi)帶來的損失。這一技術(shù)的應(yīng)用，極大提高了農(nóng)場火情監(jiān)測的及時性及準確性，同時極大降低了巡檢人力成本和火災(zāi)損失。

以上這些無人化技術(shù)、數(shù)據(jù)智慧決策等新型手段將推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式變革，是破解中國農(nóng)業(yè)發(fā)展瓶頸的重要途徑之一。

隨著機器人、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等先進技術(shù)被不斷應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的各個環(huán)節(jié)，農(nóng)業(yè)走科技化、智能化的發(fā)展道路已經(jīng)成為大勢所趨，加快布局“無人農(nóng)場”應(yīng)用場景，廣泛應(yīng)用農(nóng)牧機器人新技術(shù)，全面提升農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈自動化水平，將成為占據(jù)全球農(nóng)業(yè)未來發(fā)展制高點的重要手段。

構(gòu)建可復(fù)制推廣的無人化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)

“北大荒建三江-碧桂園無人化農(nóng)場項目”實施以來，先后與17家國內(nèi)外農(nóng)機生產(chǎn)制造企業(yè)建立合作，完成了水稻、玉米、大豆三大農(nóng)作物單機無人駕駛田間作業(yè)耕、種（插）、管、收、運五大環(huán)節(jié)20多個作業(yè)項目的試驗示范任務(wù)，全年累計完成田間作業(yè)面積約16000畝。經(jīng)濟效益、社會效益、環(huán)境效益顯著。

經(jīng)濟效益。建三江無人化農(nóng)場通過采用智能農(nóng)機、病蟲害預(yù)警、智能施肥、智能化育苗技術(shù)、智能灌溉、作物倒伏監(jiān)測和火情監(jiān)測等現(xiàn)代化生產(chǎn)和管理技術(shù)，具有勞動強度低、生產(chǎn)集約化程度高、生產(chǎn)效率高的特點。通過引用大量系統(tǒng)集成系列的前沿技術(shù)和先進設(shè)備，實現(xiàn)農(nóng)作物從耕種、管理到收割的全流程覆蓋，不僅可以大幅提升生產(chǎn)效率和作業(yè)質(zhì)量，也極大減少了所需要投入的人力成本，同時具有增產(chǎn)增收效果，經(jīng)濟效益顯著。生產(chǎn)管理效率較普通生產(chǎn)管理方式提高35%以上，肥料利用率提高10%以上。

社會效益。建三江無人化農(nóng)場作業(yè)先進技術(shù)將在江蘇、重慶、新疆、河南、海南等10個省區(qū)市展開，重點解決自動駕駛算法、地理信息系統(tǒng)、融合感知系統(tǒng)、線性底盤、液壓轉(zhuǎn)向、動力換擋、V2X等地面無人農(nóng)業(yè)設(shè)備的關(guān)鍵和基礎(chǔ)問題，建立全國無人農(nóng)機合作聯(lián)社，采取農(nóng)機共享等方式，重點解決我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人口老齡化、作業(yè)效率低下、作業(yè)標準差異化等問題，對打造我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)新模式等方面具有積極的社會效益。

環(huán)境效益。無人化農(nóng)場的產(chǎn)生是資源高效利用的內(nèi)在要求，由于我國農(nóng)業(yè)資源的過度開發(fā)和利用、傳統(tǒng)作業(yè)模式頻繁耕種、化肥農(nóng)藥濫施等，使得耕地資源逐年下降，耕地退化嚴重，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境日益惡化，農(nóng)業(yè)資源的綜合利用率不高。無人化農(nóng)場因其在提升土地產(chǎn)出率、勞動生產(chǎn)率、資源利用率以及科學(xué)利用農(nóng)業(yè)資源方面的獨特優(yōu)勢，可以更好地實現(xiàn)生態(tài)、高效、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)輸出效果，環(huán)境效益顯著。

“發(fā)展建設(shè)‘無人化農(nóng)場’符合未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，不僅能夠加速推動和促進無人化農(nóng)場技術(shù)的發(fā)展，有助于大幅提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，保障我國糧食安全，還能夠總結(jié)經(jīng)驗，優(yōu)化和集成無人化技術(shù)，拿出可復(fù)制、可推廣應(yīng)用的無人化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)和無人化農(nóng)場系統(tǒng)解決方案，為全球農(nóng)業(yè)發(fā)展和糧食安全作出重要貢獻?！敝袊r(nóng)業(yè)機械化協(xié)會會長劉憲表示。