習近平總書記在2022年12月中央農村工作會議中提出，“強國必先強農，農強方能國強”，可見農業(yè)發(fā)展的地位之重要。當前，全球人口不斷增加，糧食安全問題日益突出，全球農業(yè)生產卻均存在農業(yè)從業(yè)人員持續(xù)減少、人工成本高、傳統(tǒng)機械作業(yè)質量差等問題，未來誰來種田、怎樣種田甚至無人種田問題是全球農業(yè)面臨的重要挑戰(zhàn)。隨著現代信息技術與農業(yè)生產的深度融合，智慧農業(yè)已經成為世界農業(yè)發(fā)展的趨勢，而無人農場是智慧農業(yè)的一種表現形式，以數據、知識和智能裝備為核心要素，將現代信息技術與農業(yè)深度融合，實現農業(yè)全過程生產所需的信息感知、定量決策、智能控制、精準投入及個性化服務一體化。

本文將以北京市農林科學院智能裝備技術研究中心在吉林省公主嶺市參與建設的玉米無人農場為例，闡述玉米無人農場的組成與應用。公主嶺無人農場位于吉林省公主嶺市102國道南側吉林省農業(yè)科技示范園內，無人農場建設面積67公頃（1000畝），其中核心區(qū)（旱田）23公頃（350畝）。

包含無人機遙感設備、田間綜合監(jiān)測站、物聯網測控系統(tǒng)的天空地一體化觀測和數據感知系統(tǒng)，能夠自動監(jiān)測農場環(huán)境及作物生長信息，并傳輸至智慧農機管理系統(tǒng)。部署了無人機遙感設備用于開展農田地塊信息、作物信息采集監(jiān)測，為農場生產管理和農機裝備無人作業(yè)提供基礎地塊邊界、作物長勢等信息數據。采集到的農田地塊信息如圖1所示。

圖1 公主嶺玉米無人農場地塊信息采集

此外，無人農場部署了田間綜合監(jiān)測站點和物聯網監(jiān)控系統(tǒng)，用于實時采集土壤肥力、土壤溫濕度、大氣溫濕度、日照輻射等玉米生長環(huán)境信息和葉齡等生長狀態(tài)的信息，為農場生產管理和農機裝備精準作業(yè)提供基礎數據。蟲情、土壤、氣象觀測站如圖2所示，采集到的玉米長勢、蟲情分布如圖3所示。

圖2  蟲情、土壤、氣象監(jiān)測站

圖3  公主嶺無人農場玉米長勢、蟲情分析圖

面向無人農場高效、精準作業(yè)需求，將現有的拖拉機及其配套機具、植保機、收割機、運糧車等進行無人化改造，加裝無人駕駛系統(tǒng)、精準作業(yè)控制裝置、遠程監(jiān)測終端等，通過與無人農場云平臺進行數據共享和指令交互，實現玉米的

耕、種、管、收無人化作業(yè)。

如圖4所示，無人拖拉機可搭載深松機、秸稈還田機等農機具進行無人耕整作業(yè)，可實現自主規(guī)劃路徑、運行狀態(tài)實時監(jiān)測、作業(yè)效果實時拍攝上傳、作業(yè)機具自動升降。

圖4 秸稈還田無人作業(yè)

無人拖拉機掛接電驅播種機，并集成高精度衛(wèi)星定位系統(tǒng)、導航控制系統(tǒng)、精量播種控制系統(tǒng)、作業(yè)路徑規(guī)劃系統(tǒng)和網絡通信系統(tǒng)，實現主從機協作，完成無人播種作業(yè)。玉米無人播種作業(yè)場景如圖5所示。

圖5 玉米播種無人作業(yè)

在植保環(huán)節(jié)，利用無人機搭載多光譜相機采集農田作物信息，采用機器視覺算法對田間作物長勢和養(yǎng)分等信息進行分析，生成葉片氮素含量分布圖 （圖6），并決策出施肥量；搭載可見光相機采集農田環(huán)境圖像，分析并獲得玉米病蟲害信息，制定施藥處方圖；通過云平臺管控系統(tǒng)將施肥、施藥處方圖下發(fā)至地面作業(yè)機器端，由無人植保機實現精準變量噴施。

圖6 玉米葉片氮素含量分析

采用無人駕駛高地隙噴桿噴霧機實現精量變量噴灑作業(yè)，實現了作業(yè)路徑自主規(guī)劃、高精度路徑跟蹤、地頭自動轉向、行進速度自動調控、噴桿升降折疊融合控制、緊急避障、遠程遙控等功能，減少了藥害產生，降低了用人成本，提升了高地隙植保機利用率，為玉米無人農場植保作業(yè)提供關鍵技術裝備。

無人收獲機集成了作業(yè)信息檢測系統(tǒng)、自動導航系統(tǒng)、障礙物檢測系統(tǒng)和收獲作業(yè)智能控制系統(tǒng)，實現了玉米無人收獲作業(yè)狀態(tài)、工況自動監(jiān)測、無人駕駛、自動避障、作業(yè)自動控制等功能，收獲效率提高3~4倍，為農場玉米的無人化收獲提供了有力支撐。

無人農場云平臺主要包括無人農場基礎地理信息管理系統(tǒng)、無人農機遠程管控系統(tǒng)、智能農機精準作業(yè)管理系統(tǒng)和無人農機系統(tǒng)四部分。其中，農場基礎地理信息管理系統(tǒng)通過農場田塊尺度的厘米級數字地圖測繪和處理，為無人農機精準作業(yè)提供基礎地理信息支撐；無人農機遠程管控系統(tǒng)主要面向智能農機裝備的作業(yè)管控，提供農場耕種管收作業(yè)監(jiān)管、工況監(jiān)控、前后臺交互和作業(yè)管理等服務；智慧農機精準作業(yè)管理系統(tǒng)及數據庫主要面向智能農機裝備基準作業(yè)，提供基礎農作數據維護管理、變量處方管理、農機作業(yè)參數共享、農機作業(yè)質量監(jiān)管等服務；無人農機作業(yè)展示系統(tǒng)為農場日常系統(tǒng)運維、運營服務和展示提供基礎平臺。圖7為公主嶺市無人農場云平臺。

圖7 公主嶺市玉米無人農場云平臺

在全球農業(yè)勞動力持續(xù)減少、人工成本不斷增加、農業(yè)生產投入不斷加大的現狀下，無人農場為現在農業(yè)發(fā)展提供了有效技術支撐。吉林省公主嶺市圍繞發(fā)展現代農業(yè)的戰(zhàn)略需求，構建了玉米全程無人化生產農場，實現了玉米耕、種、管、收全程無人化作業(yè)，極大提高了玉米生產效率，減少了人工投入。以玉米收獲環(huán)節(jié)為例，無人駕駛收獲機可以 24 小時不間斷工作，玉米收獲速度提升了3~4倍，67公頃玉米3至5天即可完成收獲，節(jié)省人工50~60人。在其他環(huán)節(jié)，無人化播種機在節(jié)省人力的同時，還可以實現精量播種和區(qū)段播種控制，有效避免了地頭重復作業(yè)，提高了作業(yè)質量，減少了種子投入。  

綜上，公主嶺市玉米無人農場的構建與應用是現代科學技術與農業(yè)深度融合的典型案例，作為農業(yè)領域先進生產力的代表，無人農場技術促進了農機裝備的轉型升級，推動了現代農業(yè)生產方式的轉變，具有重大的社會與經濟效益。

信息來源：尹彥鑫,孟志軍,趙春江*等.大田無人農場關鍵技術研究現狀與展望[J].智慧農業(yè)(中英文),2022,4(04):1-25.

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