建三江：无人化作业在中国粮仓大显身手

过去，人们常常设想未来农业的样子：由无人驾驶的拖拉机、插秧机、收获机、喷药机、无人机等配带着不同的农具或装置，从耕整地、播种、插秧、喷药、喷肥，到收获、运粮等农业生产全部由机器搞定，现在这已经不再是设想，由北大荒建三江—碧桂园共同打造的全球首个超万亩无人化农场正上演着这样的情景。

据了解，北大荒建三江—碧桂园无人化农场联合国内外头部农机制造与智能农机装备企业、高等院校和科研机构，从现代化农场应用场景实际需求，重点突破农机无人驾驶、作业协同、多机联动、自动避障、集群调度、远程控制、智能决策等关键环节，探索形成覆盖主要农作物耕、种、管、收、运全流程无人化生产作业和无人化农场建设运营的系统解决方案。

“北大荒建三江和碧桂园农业联合组织实施的这个无人化农场试验示范项目，是目前国内外针对主粮作物的规模最大、参加试验示范的农机设备最多、作业环节项目最全、无人化技术最先进、农机田间作业无人化程度最高的一个无人化农场项目，也是迄今为止全球首个超万亩的无人化农场试验示范项目，”中国工程院院士、华南农业大学教授罗锡文表示，项目将带动中国现代化大农业加速发展，为中国农业转型升级、实现高质量发展注入强大动力，将在我国现代农业科技发展进程中具有里程碑式的重要意义。

无人农场：给农业插上“科技的翅膀”

先进的无人化作业之所以能在中国大粮仓大显身手，是因为融合了智慧农业的最新技术。

智能农机作业技术。北大荒建三江国有农场针对水稻、玉米、大豆三大作物研发了相配套的智能农机，涵盖全周期作业过程，主要体现在无人驾驶技术、无人机植保技术和主从导航收获机系统三个方面。

在北大荒建三江-碧桂园农业无人化农场项目的农机无人驾驶作业现场演示会上，来自国内外的17家头部智能农机生产企业、44台（件）农机设备，分别演示了无人农机收割运粮协同作业，无人化水田筑埂、搅浆、插秧、旱直播、飞防、秋翻地、旋地以及无人化旱田灭茬、翻、耙、起垄、播种、喷药等20多项无人农机作业，涵盖主要作物从春到秋全周期作业过程。

无人驾驶技术需要提前测绘农田地图，根据农田边界和障碍物分布，规划农机作业最优路径，并将其储存在农机上，作业时农机“按图索骥”作业。无人驾驶技术自带的高精度定位功能可以提供全天候、高精度和实时的机具位置、速度和时间信息，借此准确判断拖拉机作业路线是否偏移，并结合控制系统不断比较拖拉机的真实位置与规划路径之间的偏差，向拖拉机的转向系统发出指令，让拖拉机快速准确修正前进方向，使拖拉机始终保持在正确的航线上。此外，还可以通过毫米波雷达、激光雷达、摄像机等传感器，准确识别人员和动态障碍物，实现自动避障作业。

植保无人机配有飞行平台、摄像头、BDGPS飞控、喷洒机构等，通过地面遥控或BDGPS飞控，可以实现精准定位。通过多次飞行进行农田巡查，帮助农户更准确地了解粮食生长情况，更精确地实现植保作业。

智能收获机系统为建三江国有农场自主研制，基于北斗卫星定位系统，通过无线自组网络连接无人驾驶收割机与无人驾驶卸粮车，实现主从协调。当无人驾驶收获机仓满报警时，会自动发送卸粮命令给无人驾驶卸粮车，无人驾驶卸粮车根据无人收获机作业路线和卸粮筒长度，智能规划自身行走路线，并通过转向和油门控制实现自身和无人驾驶收获机的相对位置，将横向误差控制在10 cm以内，纵向误差控制在20 cm以内，解决人力多次运粮问题。

过去建三江国有农场农业机械化率较低，仅插秧一项就需要20天的时间。而现在智能农机应用后，建三江国有农场已实现7天完成育秧播种、7天完成水整地、7天完成水稻插秧、7天完成收获、7天完成秋翻地、7天完成水田翻后旋，一年水稻生产的关键环节只需“六个7天”就可完成，极大提高作业效率。

病虫害预警技术。建三江国有农场利用田间安置采集设备，通过高清摄像头实时获取水稻图像信息，判断水稻生长情况，再结合田间环境信息、作物品种、气象信息、历史病虫害发生情况，经过后台云服务系统的高效智能诊断，可以预测施肥、防病、除草时间，并将信息反馈到叶龄智能诊断App上，以实现对种植户的栽培技术和植保技术作出实时指导。

叶龄智能诊断App根据叶龄与其它器官的同伸关系，以叶龄为基准，衡量和判断水稻当时和以后一段时间的生长进程（株高、茎数、叶长等）、群体素质（叶面积指数、充实度、粒叶比等）等，进而按照生长标准实施调控，达到优质高产的实用技术。相比之前完全靠主观判断和经验进行的田间管理更精准、更有效，并且能把是否需要施肥、除草、打药等指导信息直接推送到农户或农场管理人员的手机里，解决了农户服务“最后一公里”问题，有力提高了田间管理水平。

智能施肥技术。建三江国有农场通过测土配方技术，建立了健全的水稻施肥配方图，技术人员或种植户通过点击农场地块位置，可以查询施肥建议卡，使种植户能了解到施肥总量、亩施肥量、全程的施肥时期等信息。

除了测土施肥配方技术外，建三江国有农场还研发了变量侧深施肥技术，在插秧机前轮安装传感器，在插秧过程中实时检测土壤中的氮、磷、钾含量，并基于检测结果按需定量施肥，实现水稻种植过程中肥料的减施增效，保证土壤肥力，更好地促进农作物的生长。

侧深施肥技术提高了肥料利用效率。建三江国有农场多年数据证明，通过侧深施肥技术，氮、磷和钾肥利用效率可分别提高9.6%、8.5%和15.1%，肥料整体利用效率可达到50%左右。在提升肥料利用效率的同时，可实现肥料减量情况下的作物增产增收，且侧深施肥技术还可减少水稻倒伏，提高水稻秧苗的成活率，一亩地能节省成本10元左右。

在北大荒集团建三江分公司红卫农场有限公司，三台无人插秧机组成的无人机群由一人操作，通过运用北斗卫星定位系统，按照既定路线由机库驶出，随停随走，精准作业，插出笔直的秧苗，既节省了人工，又提高了土地利用率。

智能育苗技术。传统水稻育秧技术存在苗床水分不足、温度不适、出苗不齐、播种后直接摆放出苗不均匀、秧苗容易出现立枯病、绵腐病等现象，导致育供秧苗能力较小、成秧率低、秧苗质量差、烂秧死苗等风险增大。建三江国有农场针对这一问题研发了智能化育苗技术——叠盘暗室育苗技术，改变了传统水稻育秧方式，通过结合流水线播种设备一起作业，实现装土、播种、浇水、覆土、出盘、叠盘一条龙机械化，之后将秧盘放置在能控温和控湿的温室内（恒温32℃、恒湿60%），通过配置一系列智能传感器，可实时监测CO2浓度、温度、相对湿度、光合有效辐射（PAR）、pH值等各项环境指标。通过微机进行数据分析，由微机对棚内的水帘、风机、遮阳板等设施实施控制，并对环境指标参数进行调节，给种子创造最佳的生长空间。采用统一浸种、催芽、育苗的智能化育苗技术有利于统一品种，并且培养过程中水循环导氧、种子浸种、催芽等环节是在有氧条件下进行的，提高了种子芽势和芽率，在保证秧苗质量的情况下，极大缩短了育苗时间，由7-8天缩短到48小时，极大提高了生产效率。

稻田使用叠盘暗室设备后，成苗率提高5%左右，每亩可节约种子0.5 kg。单套播种流水线，每小时可播种800盘，每天可完成10000盘暗室育秧。叠盘暗室育苗技术研发为抢农时、抢积温、早育秧、育壮秧提供了基础，平均亩增产20 kg左右，增产比3.3%，亩增收52元左右。

智能灌溉系统。采用智能灌溉系统对农场水稻种植区开展精准灌溉，该系统集自动控制技术、传感器技术、通讯技术、计算机技术等为一体，采用不同的传感器采集农田墒情等环境数据，并在田间安装水位监测系统，实时监测每个地块的水位，通过数据传输设备将信号传至远程控制终端，用户在控制中心进行灌溉参数设置，专用软件会在计算机上分析，并在智农平台给出灌溉方案。用户可以选择远程操控，信息终端系统下达的指令将会经过信号转换传达给灌溉设备，也可以选择人工进行现场操作，最终可以实现田间智能灌溉和灌溉遥控。

作物倒伏监测。为解决协调保险公司和农民之间关于作物倒伏核保的赔款结算问题，建三江国有农场研发了水稻倒伏的遥感监测系统，利用HJ-1卫星遥感数据多光谱、多时相、高分辨率优势，依据遥感影像特征的变异建立水稻倒伏分类特征，如光谱反射率、纹理特征、植被指数等，使用最大似然法对遥感数据进行监督分类以及提取水稻倒伏面积，并通过人机交互对分类结果进行修正，在此基础上建立卫星遥感图，以实现快速、准确地计算出农户稻田的倒状面积，比传统的人工测量更为准确、高效，也得到农户和保险公司肯定。

火情监测技术。为更好地减少火灾带来的危害，建三江国有农场采用卫星遥感监测技术，建立了线上可视化操作系统，可以实时监测火点位置、面积、火情大小等信息，并及时发送短信至农场相关领导及管理区主任，以便及时控制火势，减少火灾带来的损失。这一技术的应用，极大提高了农场火情监测的及时性及准确性，同时极大降低了巡检人力成本和火灾损失。

以上这些无人化技术、数据智慧决策等新型手段将推动农业生产方式变革，是破解中国农业发展瓶颈的重要途径之一。

随着机器人、物联网、人工智能等先进技术被不断应用到农业生产经营的各个环节，农业走科技化、智能化的发展道路已经成为大势所趋，加快布局“无人农场”应用场景，广泛应用农牧机器人新技术，全面提升农业产业链自动化水平，将成为占据全球农业未来发展制高点的重要手段。

构建可复制推广的无人化农业生产系统

“北大荒建三江-碧桂园无人化农场项目”实施以来，先后与17家国内外农机生产制造企业建立合作，完成了水稻、玉米、大豆三大农作物单机无人驾驶田间作业耕、种（插）、管、收、运五大环节20多个作业项目的试验示范任务，全年累计完成田间作业面积约16000亩。经济效益、社会效益、环境效益显著。

经济效益。建三江无人化农场通过采用智能农机、病虫害预警、智能施肥、智能化育苗技术、智能灌溉、作物倒伏监测和火情监测等现代化生产和管理技术，具有劳动强度低、生产集约化程度高、生产效率高的特点。通过引用大量系统集成系列的前沿技术和先进设备，实现农作物从耕种、管理到收割的全流程覆盖，不仅可以大幅提升生产效率和作业质量，也极大减少了所需要投入的人力成本，同时具有增产增收效果，经济效益显著。生产管理效率较普通生产管理方式提高35%以上，肥料利用率提高10%以上。

社会效益。建三江无人化农场作业先进技术将在江苏、重庆、新疆、河南、海南等10个省区市展开，重点解决自动驾驶算法、地理信息系统、融合感知系统、线性底盘、液压转向、动力换挡、V2X等地面无人农业设备的关键和基础问题，建立全国无人农机合作联社，采取农机共享等方式，重点解决我国农业生产人口老龄化、作业效率低下、作业标准差异化等问题，对打造我国农业生产新模式等方面具有积极的社会效益。

环境效益。无人化农场的产生是资源高效利用的内在要求，由于我国农业资源的过度开发和利用、传统作业模式频繁耕种、化肥农药滥施等，使得耕地资源逐年下降，耕地退化严重，农业生产环境日益恶化，农业资源的综合利用率不高。无人化农场因其在提升土地产出率、劳动生产率、资源利用率以及科学利用农业资源方面的独特优势，可以更好地实现生态、高效、优质、高产、安全的农业生产输出效果，环境效益显著。

“发展建设‘无人化农场’符合未来农业的发展方向，不仅能够加速推动和促进无人化农场技术的发展，有助于大幅提升农业生产效率，保障我国粮食安全，还能够总结经验，优化和集成无人化技术，拿出可复制、可推广应用的无人化农业生产系统和无人化农场系统解决方案，为全球农业发展和粮食安全作出重要贡献。”中国农业机械化协会会长刘宪表示。