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    國內外無人化農業發展比較與借鑒
    發表于:2020-04-01作者:劉俊來源:農民日報

    近年來,數字化、自動化、智能化技術在農業領域應用步伐加快,無人化農業發展引發社會廣泛關注。無人化農業包括生產信息采集設施、生產作業裝備和生產管理平臺等三大組成部分,以全過程智能化管理、精準化作業為核心,通過大數據指導生產運行,能夠實現節本、、精準、綠色,形成類似于無人工廠的農業生產方式,是現代農業的一個重要發展方向。總體上看,發達無人化農業研發起步早,但應用還不廣泛。我國在這方面起步較晚,發展速度較快。

     

    一、無人化大田種植:

     

    大田種植作業工況條件復雜,實現無人化作業難度較大。北美、西歐具備基礎但需求不緊迫,日韓處于萌芽階段,我國正逐步興起。北美、西歐、澳洲等地發達已經開始應用自動化裝備開展農業生產,但對發展無人化農業還沒有明顯需求。美國大中型農場都應用自動導航駕駛系統來實現拖拉機、聯合收割機等自動化作業,2019年美國農機自動導航駕駛系統普及率約為90%。在產品創新方面,約翰迪爾、凱斯紐荷蘭在2016年分別都推出了無人化概念拖拉機及配套農具,不過目前并未商業化應用。

     

    日本、韓國等生產規模較小的和地區,無人化農機裝備尚處萌芽階段。日本主要農機企業基于“1個機手、2臺機器”設想,推出了帶有高精度衛星定位導航功能和遙控功能的自動化農機產品。2018年,久保田公司先后上市了帶有自動駕駛功能的水稻收獲機、拖拉機。我國大田種植自動化農機裝備與發達存在差距,但發展趨勢加快,無人化農機新產品相繼問市。“東方紅”“阿波斯”無人駕駛拖拉機、“谷神”無人駕駛聯合收割機已開展試驗和作業示范;“豐疆”高速無人駕駛插秧機實現了水田原地掉頭對行、秧盤自動提升等功能。黑龍江、新疆、江蘇、山東等多個糧棉主產省份相繼開展了全過程無人化農業生產試驗。

     

    以新疆生產建設兵團為例,其數字農業試點建設項目已經形成了棉花耕、種、管、收全程數字化生產管理模式。棉花種植全部使用衛星導航自動駕駛技術,在夜間或能見度較差的天氣作業也可做到準確對行,整個作業季每臺機具較手動駕駛平均多播種1000畝,原先人工駕駛播種10行的地塊采用自動駕駛可播種11行,土地利用率可提高0.5%-2.5%,棉花精準施肥能夠節肥15%、單產增加5%左右。值得注意的是,在無人化大田種植領域,我國植保無人飛機發展一枝獨秀。2018年我國植保無人飛機保有量超過2萬臺,作業面積超過3億畝次,在裝備總量、作業面積上均為。

     

    農用無人飛機可搭載植保、影像獲取、播種等多種裝置完成不同作業。大疆、極飛等品牌的電動多旋翼機型能夠精準導航、主動避障、定量施藥。國際上,美國農用飛機以有人駕駛固定翼飛機為主,無人飛機在農業植保中鮮有應用。日本應用油動單旋翼機型較早,在作業管理、發動機技術等方面處于國際領先。


    二、無人化設施栽培:

     

    主要應用于果菜、花卉育苗管理、水肥一體化、病蟲害防治、采收運輸、加工包裝等環節。歐美日處于水平,我國整體水平不高。歐美日等一些發達在自動化、智能化生產技術研究與應用方面一直處于水平,已經實現了環境調控自動化、生產過程無人化、分級包裝智能化。

     

    在設施栽培中農業生產機器人也應用廣泛。日本在設施種植的育苗、嫁接、移栽、采摘、植保、施肥等環節有多種農業生產機器人。以色列、荷蘭、德國、英國、澳大利亞、瑞士、法國等均有針對本國特色農業生產的機器人研發,采摘機器人均有小規模使用。

     

    近年來美國、歐盟、日本、韓國等制定戰略將工業機器人加快應用于農業領域,農業機器人研發速度明顯加快。我國設施農業機械化率僅30%左右,具有自主知識產權的農業機器人大部分還停留在樣機階段,在精度、效率和可靠性方面和國外相比還存在一定差距。以嫁接機器人為例,國內研發的產品還需要人機協同作業。

     

    值得欣喜的是,我國以無土栽培、立體種植、自動化管理為特征的植物工廠研發和產品水平較為先進,已有具備自主知識產權的成套技術設備,并已打入國際市場。比如,上海浦東智能種苗工廠實現了全程智能化生產。與傳統集約化種苗基地相比,勞動生產率和單位面積產能分別提高6倍以上。


    三、無人化設施養殖:

     

    主要應用于環境控制、飼喂、擠奶、防疫、廢棄物處理等作業環節。發達生豬、奶牛、蛋雞養殖已有規模化應用,我國技術裝備研發能力嚴重滯后。

     

    歐美等發達設施養殖機械自動化程度較高,信息化、智能化技術應用于畜牧養殖各個環節,已建成多種養殖環境自動監控系統平臺,形成了適合不同飼養規模和區域特點的生產模式,特別是生豬、奶牛、蛋雞養殖的少人化生產已有規模化應用。我國相關研究基礎薄弱,裝備智能化程度不高,核心部件和高端產品依賴進口,但無人化設施養殖發展勢頭強勁。

     

    比如,重慶萬州奇昌種豬場是現代化規模種豬場,集成應用自動喂料、自動飲水、自動清糞、自動環境控制技術,由管理系統統一控制。豬場無臭味、無污水排放,豬糞尿完全有機肥發酵后用于果園生產。種豬場常年存欄600頭母豬,年出欄1.5萬頭斷奶仔豬,除了接生和照顧哺乳期小豬外,僅需6人即可保障日常正常運行。

     

    又比如,山東民和牧業股份的少人化肉雞智能養殖場采用自動化籠養設備,包括自動化飲水系統、行車喂料系統、帶式清糞系統、自動化肉雞收集與輸送系統、舍內環境控制系統以及場內智能化管理平臺,日常管理僅需30人即可飼養肉雞近70萬只。從發展趨勢看,無人化農業將主要應用在規模化種植、設施栽培、設施養殖領域,解決水田植保、育苗嫁接、病死畜禽處理等作業環境差、勞動強度大、精準度要求高、風險防范難的有關問題,市場需求潛力很大。

     

    目前,我國無人化農業發展雖然具備了一定基礎,但大部分都屬于探索階段,技術成熟度和經濟性仍有許多欠缺,需要在政策、科技、項目、標準等方面積極支持,深入推進機械化、信息化融合,促進農業機械化高質量發展,努力為農業現代化提供新動能。

     

    (作者單位:農業農村部農業機械化管理司) 
    關鍵詞: 無人化農業
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