精准农业与智能农机的现状与未来发展*

欧 俊 ，曾晓霞

（1.成都农业科技职业学院，四川 成都 611130；2.四川中农润泽生物科技有限公司，四川 成都 611130）

精准农业是一种利用先进技术和信息化手段，对农田进行精细化管理的农业生产方式。智能农机是指应用先进的传感器、自动控制技术和无线通信技术等的农业机械设备。如果能够将精准农业与智能农机运用在农业生产过程中，则能够使我国实现智慧化农业生产，提高生产效率与生产质量，为我国粮食安全提供坚实的保障。

1 精准农业发展现状

精准农业（Precision Agriculture）又称精细农业，指的是依托信息技术，围绕着农业种植区域的实际情况，对农作物进行调整的管理办法。目前，我国精准农业存在以下问题：

1）部分农业集约化、机械化水平不高。我国地域广袤，各省市经济条件、自然条件均有较大差别，农业生产水平大相径庭，部分欠发达地区的农业集约化、机械化水准较低。

2）信息设备薄弱。在我国部分欠发达地区，农业设施相对简陋，技术含量不高。例如部分农机的智慧化管理缺乏应有的及时性和稳定性，从而导致精准农业难以切实落实[1]。

3）农业生产类型限制。精准农业须对大面积耕地信息进行计算、汇总、分析、处理，故适用于大、中型农场，但我国部分农村地区耕地分散经营，对精准农业的发展极为不利。

4）缺乏独立性。近年来，我国农业机械化生产虽然得到了长足的进步，但部分精准农业的关键技术与操作设备多为外国引进。这一问题不但导致我国精准农业在技术上受制于他人，同时也提高了精准农业的资本投入，使部分农户难以承担。

5）缺乏专业人才。习近平总书记在党的二十大报告中指出，人才是第一资源。精准农业人才的数量与精准农业的应用具有密切联系，但就目前而言，我国缺乏推广、应用精准农业的高素质人才，致使精准农业难以切实落实[2]。

2 精准农业未来发展趋势

1）注重精准农业试验示范工作。为推广精准农业，有关部门应注重农业试验示范工作。必须予以重视的是，我国各省市农业生产方式、主要种植品类均有不同，在进行精准农业试验示范工作的过程中，农技人员必须秉持“因地制宜”的原则，围绕本地区的实际情况，选择与之契合的农业生产模式。如在农业机械化程度较低、经济条件不佳、分散经营的地区，应选用“单项技术应用模式”；在具备一定农业机械化基础、经济条件良好、有一定经营规模的地区，应选用“技术套餐式应用模式”，即将不同的精准农业单项技术进行混合应用；在高度机械化生产、经济条件优异、大规模经营的地区，可选用“集成化应用模式”，即将各项精准农业技术集成为一个相互衔接的有机整体。与此同时，在选用精准农业技术时，该技术应与本地区主体产业契合，通过这一方式，可以有效彰显精准农业在现代农业生产中的作用与地位，从而吸引更多农户应用精准农业。

2）建立现代农业信息服务平台。各地有关部门通过信息化服务平台，向用户宣传、科普精准农业的应用方式，从而提高农户的专业素质，使精准农业能够落到实处。

3）加大科研投资力度。有关部门应当提高对精准农业设备、技术的研究投资，为我国精准农业的发展打下坚实的技术基础[3]。

3 智能农机发展现状

智能农机（Smart Farming Machinery）是现代农业的重要组成部分，它涵盖了农业机械的智能化、自动化和信息化等多个方面。智慧农机可以通过技术手段提高农业生产效率、降低生产成本、改善农业生产环境，并且能够助力实现精准农业、智慧农业和高效农业的目标。我国极为重视智慧农机的发展，先后出台了《“十四五”全国农业机械化发展规划》《中共中央 国务院关于全面推进乡村振兴加快农业农村现代化的意见》等系列文件，为智慧农机的发展提供了坚实的政策保障。目前，我国智慧农机的发展趋势大致可分为三类，即无人驾驶拖拉机、农业无人机与农业机器人[4]。

3.1 无人驾驶拖拉机

国外对无人驾驶拖拉机的研究最早可追溯到20世纪80 年代，而我国相对较晚，开始于2001 年，华南农业大学的罗锡文等为了研究农田智能移动作业平台及导航控制技术，集成计算机技术、传感器技术、GPS 技术和数据通信技术等，成功研究出无人驾驶插秧机。在2010 年以前，我国无人驾驶拖拉机产业尚未成熟，大多为国际品牌，包括但不限于Hemisphere（集思宝）、Trimble（天宝）、John Deere（约翰迪尔）等，近10 年来，随着我国综合国力的增强，国产品牌开始大量涌入无人驾驶拖拉机市场，主要品牌包括但不限于无锡卡尔曼、广州中海达、上海华测、上海联适、上海司南等。

随着无人驾驶技术的日趋成熟，无人驾驶拖拉机受到各国农业部门的青睐。相比于传统拖拉机，无人驾驶拖拉机具有以下优势：

1）经济效益高。无人驾驶拖拉机能够通过预设的程序自动执行各种操作，如耕作、播种、除草、收割等。这种自动化操作可以节省时间成本和人力成本，减少农户的人力投入，增加农户的经济收益。

2）安全性强。在使用传统拖拉机时，极易出现安全风险。根据农业农村部2021 年11 月通报，在国家等级公路以外发生的农机事故共37 起，死亡8 人，受伤9 人，直接经济损失达161.69 万元。其中，导致事故的主要原因之一为操作失误，且因操作失误引发的事故共31 起、死亡7 人、受伤7 人，分别占事故数量、死亡人数和受伤人数的83.8%、87.5%和77.8%。而无人驾驶拖拉机不需要农户直接进行操控，因此减少了潜在的风险和发生事故的可能性[5]。

3）工作效率高。传统拖拉机需要人工进行操作，受到工作时间和疲劳程度的限制，生产效率相对不高。而无人驾驶拖拉机则能够在任何时间进行工作，实现全天候持续作业，提高生产效率。

3.2 农业无人机

除了无人驾驶拖拉机外，农业无人机也是我国重要的智能农业设备。对农业无人机的研究最早可以追溯到20 世纪初期，由德国林务官阿尔福莱德·齐梅尔曼（Alfred Zimmmelman）提出用飞机喷洒农药控制森林害虫的计划。我国农业无人机的发展相对缓慢，最开始依赖于国家援助，由部分高校与研究院所进行研究。但随着时代的发展，我国农业无人机产业发展水平逐渐位居世界前列。根据农业农村部、中商产业研究院整理的数据：在2021 年，我国农业无人机保有量高达16 万台，作业面积超过14 亿亩次。据Forbes 网站所提供的数据，深圳市大疆创新科技有限公司在2013—2023 年间，营业额不断增长，已进军“十亿美元俱乐部”，这预示着我国农业无人产业具有坚实的技术基础，在未来，必将进一步多元化、智慧化、精准化[6]。

农业无人机具有以下优势与功能：

1）影像监测。农业无人机配备高分辨率相机和传感器，可以对农田进行全方位的影像监测。这些监测数据可以用于识别病虫害、土壤湿度、植物生长情况等，帮助农户及时发现并处理潜在问题，避免问题的进一步扩大。

2）施肥与喷洒。无人机可以通过精确定位系统进行精细化的施肥和喷洒操作。这种方式能够提高施肥和喷洒效果，减少农药和化肥的浪费。根据前端产业研究院的数据，农业无人机可减少农药使用量20%以上、节约用水90%以上、提高农药利用率30%以上。

3）作物测绘。农业无人机可以使用激光雷达和多光谱相机等设备，对农田进行三维测绘和遥感分析，实时监测土壤、气候等方面的信息，为农业生产提供科学依据和决策支持。例如，通过监测土壤中的水分、养分含量等信息，可以指导农民合理灌溉和施肥[7]。

3.3 农业机器人

农业机器人的相关研究最早可以追溯到20 世纪70 年代，由美、日、英等国最早对其展开研究，随着时间的不断推移，陆续推出采摘、移栽、扦插、嫁接等多种农业机器人。21 世纪以来，农业机器人不断向智慧化、网络化的趋势发展。在2019年，我国推出首款人工智能农业机器人，并在福建省农业科学院海峡现代农业示范园内的中国-以色列示范农场智能蔬果大棚中开始全天候生产巡检，寓示着我国人工智能农业机器人已从研发阶段步入实际应用阶段。

值得重视的是，我国农业机械人依旧存在明显问题，为其实际应用造成了一定的阻碍。首先，目前我国农业机器人通常只能被用于单一的作物，每类机器人在使用2～3 个月后，便开始长时间闲置。如何提升农业机器人的利用率，是有关部门亟待解决的问题。其次，现如今，大多数农业机器人的操控方式相对较为复杂，而农户群体的文化水平相对较低，在面对农业机器人时，其极易出现畏难心理。最后，农村网络覆盖尚不完善，导致智能机器人在自主驾驶、数据收集方面存在问题[8]。

农业机器人在农业生产中的作用如下：

1）降低劳动强度。传统的农业劳动往往是重复和繁琐的体力劳动，但随着大中型城市对农村地区的虹吸效应，导致劳动资源匮乏，无法满足当下农业生产工作所需，而农业机器人的使用可以减轻农民的劳动强度，进而解决农村劳动力短缺的问题。

2）降低成本。虽然农业机器人的投资成本相对较高，但自动化作业减少了人工成本，同时提高了农作物的产量和质量，因此农业机器人能够降低农业生产的总成本。

3）节约资源。农业机器人可以精确地进行采摘、施用农药与肥料，减少了资源浪费。与此同时，通过传感技术和数据分析技术，农业机器人可以根据不同作物的需求对作物进行智能化的管理，最大限度地利用资源。

4 智能农机未来发展趋势

4.1 精准导航

导航是智能农机运行的基础与根本，目前，在全国范围内，智能农机的精准导航设备以GNSS 卫星导航为主。但由于我国农业生产环境各有不同，因此农户必须秉持“因地制宜”的原则，以农业生产环境为主要依据，选择与之契合的导航技术，从而起到事半功倍的农业生产效果。譬如说，若种植区域具有宽广开阔、信息传输快、导航信号好的特征，导航系统以GNSS 卫星导航为宜；若种植区域具有地形、作物错综复杂，极易遮挡信号的特征，那么导航系统以视觉导航为宜。

4.2 操作简单

如前文所述，我国大中型城市对村镇地区产生了极大的虹吸效应，从而导致农村地区的高素质人才不断流出，农民平均文化水平不高。根据中国新闻网的数据，2021 年，在我国农村地区15～64 岁的劳动人口中，初中及以下教育程度的人口占主体地位；15 岁及以上的人口中，文盲率高于全国平均水平近2 个百分点；18～22 岁高等教育适龄人口的高等教育毛入学率低于全国平均水平近9 个百分点。因此，智能农机在发展的过程当中，应做到对症下药，操作简单化、清晰化，使农民在接受简单培训后，便可以熟练利用智能农机进行作业。

4.3 平台完善

随着时间的推移，物联网、云计算、大数据等诸多信息化技术得到了快速发展。在这样的时代背景之下，未来的智能农机必将把农机信息、天气、土地、作物等生长数据整合，形成系统完善的云端平台，从而使信息的采集与传输更加快速、准确，使农户可以作出更加准确的决策[9]。

4.4 节能环保

近年来，我国人民的环保意识日益增强，而传统的化石燃料在燃烧的过程中，会产生大量的污染气体，这与碳达峰、碳中和目标是相悖的，因此，节能环保必然是我国智慧农业的主要趋势。例如中联重科研制出了一款设施园艺新能源纯电动拖拉机，该无人拖拉机以锂电池为动力，以氢为燃料。加一次燃料所需时间仅5 min，续航时长高达6 h。同时，污染程度较低，在确保农业生产效率的同时，也能够守护我国的绿水青山，有利于农业的可持续发展[10]。

5 结语

综上所述，精准农业与智能农机能够有效提高农业生产的效率与质量，农机技术人员应阅读相关学术论文，汲取国内外先进经验，严格遵循操作手册并与当地的实际情况相结合，制定科学合理的应用策略，为保障我国粮食安全作出贡献。