无人农用机械的应用前景和发展趋势分析

如克亚木·木沙江

（新疆博尔塔拉蒙古自治州农业农村机械化发展中心，新疆 博尔塔拉 833400）

随着科学技术和社会的不断发展，我国农业科技水平也正快速提升，从而推动了农业机械自动化和智能化水平的不断提高。农用机械自动化、无人智能化的发展，不仅帮助农业生产人员解放了劳动力，提高了生产效益，而且提高了农产品的生产质量。作为一个农业机械生产大国，我国农业机械装备的发展已经初具规模，自动化生产也越来越普及。但在农业机械产品无人化，特别是智能农用机械产品方面，国外的农用机械产品仍优于国内，我国农用机械产品和国外还存在着比较大的差距。随着农村人口不断向城市迁移，以及城市化的不断发展，我国农业种植人口和种植资源将会越来越少，因此，实现农业机械的无人化和信息化是我国未来农业机械发展的必然趋势，也是我国农业发展的重要方向。

1 国外无人化农机设备与技术的发展概况

由于国外的科学技术发展相对国内更早，北美、西欧、澳洲等一些发达地区在农业生产中使用农业机械自动化设备的现象已经非常普遍，发达国家在无人化农机方面有着丰富的技术经验和农机设备基础，因此其无人化农业的发展水平很高。美国的一些大型农场已经开始使用自动导航技术来操纵拖拉机和联合收割机等机械，到2022 年，美国95%以上的农场都将配备自动驾驶系统。2016 年，约翰迪尔、凯斯纽荷兰公司也相继推出无人驾驶概念拖拉机等创新产品，利用装有感应监测系统的装置，实现对障碍物的自动控制，同时操作平台可以远程控制、监控和调度，实现24 小时无人作业，但目前该产品还在商业探索阶段。日本、韩国等面积不大的经济发达国家，由于受土地和劳动力等条件的限制，无人化农机装备的发展仍处于起步的阶段，不过以日本久保田为代表的企业已在2018 年推出了可以实现自动驾驶的水稻收割机和农用拖拉机，这一产品的推出不仅解放了传统农机手，也提高了农业机械的工作效率，日本井关和洋马公司也计划推出类似的自动驾驶设备[1]。

2 国内无人化农机设备与技术的发展情况

中国一拖集团有限公司于2016 年对外发布东方红无人驾驶拖拉机，并展示了其在田间实地工作的应用效果。当时的东方红无人驾驶拖拉机配有国3 发动机、电动控制悬挂和一系列控制系统，而后为促进我国无人驾驶农业机械设备的发展和进步，组织开展了以整地、插秧等关键作业环节为重点的农机无人驾驶“大练兵”活动，引起了中央电视台等媒体的广泛关注。常规插秧机需要几个人共同操作，其中1 个人负责驾驶，另外2 个人负责放置秧盘，而应用无人驾驶技术后，需要的劳动力由3 人减少到1 人，每季度可节省人工成本约5 000 元左右。

由于劳动力紧张、劳动力成本上升，我国开始大力发展农机无人作业。我国是个农业大国，但是国内粮食供给还不能满足实际需求，每年还需要从国外进口大量农产品，虽然目前我国农业机械自动化发展很快，但是大部分土地还是分散在各地，且规模较小，大型农机无法有效发挥作用，一般都需要雇佣更多的劳动力来弥补，而近年来，农业生产的劳动力急剧减少，导致人力成本不断上升，促进了农业机械无人化发展。科学技术改变了人们的生活方式，提升人们的生活质量，自动化为人们提供了服务，从而实现了劳动力的自给自足，这也是我国重视发展无人驾驶技术的关键原因[2]。

图1 国外高端农机类型在我国的占有量

3 农机发展的关键技术

我国农业机械化发展与国外相比，还存在着较大的差距（见图1），国家目前正在努力通过人工智能和互联网的发展推进农业机械的综合水平，使农业机械产品进一步升级，用最短的时间缩小和国外农业机械品牌的差距。从目前来看，无人农机主要有两个发展方向，分别是大型自动化农机和小型农机机器人，大型自动化农机主要是对大型拖拉机和收获机进行无人化升级改造，而小型农机机器人则是研发体积更小、操作更加灵活、多功能可控制的小机器，将这些小机器运送放置到农田里，将自动进行农业作业。农机智能化是实现无人作业的基本条件，但发展智能化技术和装备将增加投入成本。

近年来，国家颁布了很多关于提升农业机械发展装备的政策文件，将发展农业机械装备作为国家的战略目标，农业机械产品的升级换代有利于提高国家农业方面的发展水平，当下最重要的目标，是实现农业机械无人化、信息化。农业机械无人化主要通过应用传感器技术和导航定位技术，使拖拉机、收获机等农业机械实现作业自动化、智能化、精准化甚至无人化，应用最多的就是农业机械的自动驾驶。

农业信息化是指通过传感器技术收集与农业有关的数据，再利用通信技术将传感器中的每个节点进行连接，最终形成监控网络，将传感器与和农业环境、农业机械进行互联，农业物联网就是利用了这一原理（见图2）。农业机械自动驾驶可以提高农业作业的精度、延长工作时间、提升作物产量和增加生产规模，而农业物联网则可以实现科学耕种和收获、实现精确作业、提高自动化效率、实施环境监测、实现远程作业、有利于大数据分析和农产品跟踪等功能。根据目前的趋势来看，农业机械无人化与信息化是我国发展农业机械，缩短与国外农业机械水平的关键技术，是农业机械升级的基础，还能推动人工智能和“互联网+”的发展[3-4]。

图 2 基于北斗导航的农机控制流程

4 无人化农机的升级发展策略

随着现代农业机械无人化技术在世界范围内的迅速发展，传统的农业知识体系已经不再适应农业机械的发展需要。农业机械的无人化和信息化，要求将自动化、信息化、传感、智能化、网络化技术有机结合起来，因此结合AI 与互联网的模式，可以更好地服务于农业生产。

4.1 加强农机领域的跨界人才培养

目前，农机无人驾驶作为一个新兴产业，其市场仍处于起步阶段，无论是在企业内部还是在市场中，都包括专业领域在内的各种智能化农机培训项目，但是目前还比较缺乏由完善的理论与实践相结合的培训体系。教育教学资源不足，培训体系不完善，特别是人工智能、互联网、现代农业和农业机械等领域的专业培训机构相对较少，即使是从事培训项目的企业和社会培训机构，也很难形成系统的教学流程。对此，应以系统整合为切入点，以科技创新为导向，以自主创新体系和创新创业平台建设为载体，构建专业行为与社会能力相结合的人才培养体系和机制。训练体系、训练计划要由浅入深，为人才提供一个跨越式发展的环境。首先，要有普及人工智能和网络知识的基础训练；其次，具备人工智能和网络应用能力的技术训练；最后，以市场为导向，结合企业自身发展需求，对企业员工进行专业技术技能培训，使新兴行业从教育训练转向人才使用[5]。

4.2 利用人工智能和物联网实现产品跨界发展

尽管我国农机产品的技术创新还存在一些不足，但在AI 和互联网方面的发展已经排在世界前列。因此，发展农业机械装备的核心工作内容是就是跨界互联，利用我国的AI 和互联网发展优势，自觉引导企业和科研机构跨界合作发展，同时整合传统农机企业和互联网背景企业的产业链，使现代技术和互联网更好地为现代农业服务，加快无人化和信息化现代农业的创新发展。现阶段，国内很多有互联网背景的企业已经参与现代农机无人化产品的开发和研究，但仍需要其他互联网企业的积极参与，寻找技术上的落脚点，促进成果转化，实现产业落地，从而推动我国现代无人化农机的发展。

5 结束语

文章重点分析了目前我国农业机械的发展现状，并提出了发展对策，指出农业机械无人化、信息化技术是发展农业机械的关键因素，而要使农机产品开发更上一层楼，必须将人工智能和网络技术结合起来，对农业机械产品进行升级换代，在产品发展和创新方面不断缩短与国外农业机械的发展差距，最终实现弯道超车。