山西省大田农业机器人应用现状及其发展对策

郝秋菊

（山西省农业机械发展中心，山西 太原 030002）

近年来，山西省农业机械装备取得明显成效，2018年全省农作物耕种收的综合机械化率达到68.1%，超出全国平均水平。山西省农业机械化发展第十三个五年规划（2016年—2020年）提出到2020年全省农作物耕种收的综合机械化率达到72%，小麦、玉米、马铃薯三大粮食作物耕种收的综合机械化率达到81%以上。截至2018年底，全省农机总动力达到1 441.09×104kW，其中，柴油发动机总动力达到1 160.38×104kW，占农机总动力的80.52%；电动机总动力达到252.63×104kW，占农机总动力的17.53%，在农机总动力稳步增长的同时，全省农业机械化也在朝着绿色环保方向迈进。单从这个数字来看，全省农业机械化程度尚可，但高端农机装备的应用仍然不足。当前产业程度较高的农业机器人应用案例包括自动驾驶拖拉机、植保施药无人机、遥控除草机器人和自主信息采集无人机等。

1 山西省大田农业机器人应用现状

1.1 动力机械

拖拉机拥有量达到37.94×104台。2017年，寿阳县农机局引进拖拉机无人驾驶技术设备，该设备直线作业行精度效率超过人工，可自动分辨不同地块的边界线，但因其地头转弯适应性差等原因未能大面积推广。目前市面上的无人农机多为通过执行若干条设定好的程式运作，对环境的应对能力较弱。2018年10月“超级拖拉机I号”在洛阳下线，是我国发布的首台具备完全自主知识产权的纯电动无人驾驶拖拉机。河南省智能农机创新中心下一步将结合相关算法升级，以及对数据进行优化处理，使“超级拖拉机I号”能够及时处理实际操作中的复杂环境问题，实现真正意义上的无人化运作。2019年第六届中国（山西）特色农产品交易博览会现代新型农机装备展，展出了一辆无人驾驶拖拉机，通过打4个点，连成一个四边形，形成电子围栏，农业机器人只会在这个划定的电子围栏里，自动规划路径进行无人驾驶作业。它具备自动掉头转弯和倒退功能，能作业中远程控制和远程监控，实现了真正意义上的无人驾驶。

1.2 耕整地机械（深松机）

2015年，山西省农机局开始引进深松作业信息监管系统，到2018年，项目县基本都配备了深松作业远程监控系统，在承担深松作业补助的农机户、农机服务组织的作业机组上安装深松作业远程监测终端。农机深松作业信息化监管服务系统采用卫星定位、无线通讯技术和深松机具状态监测传感技术，实现对农机深松作业过程、面积、深度等参数实时准确监测，支持深松作业数据统计分析、图形化显示、作业机具管理、作业视频监控与合作社管理等功能。通过在农机专业合作社与农场应用示范，充分验证了农机作业监管软硬件系统运行稳定可靠性，能有效满足农机和农田作业环境要求。同时，在深松、机收、耕整地、播种和田间管理等不同田间作业类型多次试验结果表明，系统精度能满足农机作业补贴监管需要。系统监管方式灵活，支持作业面积、作业视频和部分作业质量参数监测需要。系统配置灵活，可面向不同农机作业类型进行作业监管，通过配置不同传感器，可支持玉米机收、秸秆还田、机插秧和深松作业数量和质量监管应用。

1.3 田间管理机械

随着大量农村劳动力进城务工，在农村从事农业生产的劳动力不断减少，这自然就提高了农业生产的用工成本，加之进城务工人员的工时费高于农村，使得农业生产缺乏吸引力，让农户不得不提高雇工费来进行农业生产，但即便这样，在病虫害大面积爆发的时候，种植户还是会面临请不到人的困境。而且如果农产品价格较高，对农户来说还有盈利空间；如果农产品价格较低，赚不到钱甚至赔钱，植保无人报价，很多农户就会放弃农业生产。另外，农村土地流转正在加速推进，家庭农场、种植大户越来越多，对病虫害防治的需求越来越大，传统的背负式喷雾器难以适应大面积、突发性病虫害防治的需求。

植保无人机，又名无人飞行器，顾名思义是用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机，该型无人飞机由飞行平台（固定翼、直升机、多轴飞行器）、导航飞控、喷洒机构3部分组成，通过地面遥控或导航飞控，来实现喷洒作业，可以喷洒药剂、种子、粉剂等。与传统植保作业相比，无人机植保作业具有精准、高效、环保、智能化、操作简单等特点，此外，由于植保无人机体积小、质量轻、运输方便、飞行操控灵活，对于不同的地块和作物均具有良好的适用性。据了解，植保无人机与人工作业相比，一架无人机可顶30个人工，一天8 h可喷洒20～33.33 hm2土地。无人机采用领先的微量喷雾技术，旋翼产生的向下气流，确保作物的下部叶片或茎均匀着药，防治效果比人工提高20%，可减少人工投入，变化学、人工防治为生物、物理防控，提高了农业生产效率，提高生产效益。

高效植保是农业机械化生产全程发展的重要环节。近年来，山西省致力于高效植保装备的引进，并探索适用于本省的高效施药路线。2012年山西省开始引进农用植保无人机装备，截至目前，全省植保无人机保有量达323台，累计作业面积超过20×104hm2。

临汾、运城、晋城等多地农机推广部门探索农用无人机果园授粉、叶肥播撒等新功能，拓展农用无人机的应用范围和领域。据介绍，山西省还将继续加大新型植保无人机的示范和推广力度，推动植保无人机技术向智能化方向发展。

1.4 其他机械

目前，山西省种植施肥机械、收获机械、排灌机械、收获后处理机械、农产品初加工机械、农用搬运机械、畜牧机械、农业废弃物利用处理设备、农田基本建设机械等正朝着智能化方向发展。

2 山西发展农业机器人的制约因素及对策

目前，山西省农机产业发展存在农机产品种类不全、品质不高、中高端产品供给不足、农业装备制造关键零部件受制于人，特别是特色农业机械装备技术基础性研究薄弱，农机农艺结合不紧密等诸多问题，制约着现代农业发展需求，还待转型升级。要以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，认真贯彻落实党中央、国务院和省委省政府决策部署，牢固树立创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，以推进供给侧结构性改革为主线，以适应农业发展方式转变、提质增效需求为导向，以推动农机装备产业转型升级、提高现代农业建设装备支撑能力为目标，以填空白、补短板、提质量为着力点，从供给侧和需求侧两端发力，加强农业机器人重点关键技术攻关，推动信息化、智能化等先进技术与农机装备制造技术的深度融合和农机装备与农艺技术有机融合。通过自主研发、集成创新，快速促进山西省先进、适用、安全、可靠的农业机器人发展。

要立足山西特色农业，以基础研究为根本，融合传感、控制、信息获取、移动计算等机器人技术，推进山西省农业机器人发展。一是发展能实现播深调控、种肥远距离输送、高速播种、健壮苗识别、膜上栽植、智能化监控，并适应不同栽培模式的高速精量移栽机器人；二是发展能实现路径规划、病虫草害快速识别及数据实时传输与处理、变量喷雾控制、高地隙智能精准施药的植保机器人；三是发展能实现自动供种、自净、定量定位、零速投种、智能控制的精密播种机器人；四是发展能实现水分自动测量、真空低温干燥、热风真空双效干燥、红外真空组合干燥、太阳能谷物干燥的烘干控制机器人；五是发展能监测畜舍养殖环境数据，智能调控环境的养殖巡检机器人，实现禽畜健康状况智能识别，饲喂系统、环境智能调节；六是发展能抗气蚀、磨蚀、高抗堵、低流量低能耗精准控制水肥一体化喷滴灌机器人。

在关键零部件方面，针对中高档零部件基本依赖进口的突出问题，加快关键零部件试验研究，为高水平、高精度、高质量农业机器人零部件的研制与生产提供保障。研发用于农业机器人行走装置与机械臂的高效率高可靠性的农业机器人静液压驱动装置和新型节能环保动力装置；研发集悬浮液压结构、集成电控单元和转角传感技术的转向桥及其悬浮系统；研发作业质量、作物物理特性视觉转换等农业机械专用传感器；研发生产集身份识别、导航定位、工况监测、产量监测于一体的农业机器人智能化控制作业系统；研发具有精确控制策略的智能作业电液控制单元。