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    国内外无人化农业发展比较与借鉴

    发布日期:2020-03-31   来源:农民日报   作者:车宇 刘俊
    内容字号:

    近年来,数字化、自动化、智能化技术在农业领域应用步伐加快,无人化农业发展引发社会广泛关注。无人化农业包括生产信息采集设施、生产作业装备和生产管理平台等三大组成部分,以全过程智能化管理、精准化作业为核心,通过大数据指导生产运行,能够实现节本、高效、精准、绿色,形成类似于无人工厂的农业生产方式,是现代农业的一个重要发展方向。总体上看,发达国家无人化农业研发起步早,但应用还不广泛。我国在这方面起步较晚,发展速度较快。

    资料图

    一、无人化大田种植:大田种植作业工况条件复杂,实现无人化作业难度较大。北美、西欧具备基础但需求不紧迫,日韩处于萌芽阶段,我国正逐步兴起。

    北美、西欧、澳洲等地发达国家已经开始应用自动化装备开展农业生产,但对发展无人化农业还没有明显需求。美国大中型农场都应用自动导航驾驶系统来实现拖拉机、联合收割机等自动化作业,2019年美国农机自动导航驾驶系统普及率约为90%。在产品创新方面,约翰迪尔、凯斯纽荷兰在2016年分别推出了无人化概念拖拉机及配套农具,不过目前并未商业化应用。

    日本、韩国等生产规模较小的国家和地区,无人化农机装备尚处萌芽阶段。日本主要农机企业基于“1个机手、2台机器”设想,推出了带有高精度卫星定位导航功能和??毓δ艿淖远┗?。2018年,久保田公司先后上市了带有自动驾驶功能的水稻收获机、拖拉机。

    我国大田种植自动化农机装备与发达国家存在差距,但发展趋势加快,无人化农机新产品相继问市?!岸胶臁薄鞍⒉ㄋ埂蔽奕思菔煌侠?、“谷神”无人驾驶联合收割机已开展试验和作业示范;“丰疆”高速无人驾驶插秧机实现了水田原地掉头对行、秧盘自动提升等功能。黑龙江、新疆、江苏、山东等多个粮棉主产省份相继开展了全过程无人化农业生产试验。以新疆生产建设兵团为例,其数字农业试点建设项目已经形成了棉花耕、种、管、收全程数字化生产管理模式。棉花种植全部使用卫星导航自动驾驶技术,在夜间或能见度较差的天气作业也可做到准确对行,整个作业季每台机具较手动驾驶平均多播种1000亩,原先人工驾驶播种10行的地块采用自动驾驶可播种11行,土地利用率可提高0.5%-2.5%,棉花精准施肥能够节肥15%、单产增加5%左右。

    值得注意的是,在无人化大田种植领域,我国植保无人飞机发展一枝独秀。2018年我国植保无人飞机保有量超过2万台,作业面积超过3亿亩次,在装备总量、作业面积上均为世界第一。农用无人飞机可搭载植保、影像获取、播种等多种装置完成不同作业。大疆、极飞等品牌的电动多旋翼机型能够精准导航、主动避障、定量施药。国际上,美国农用飞机以有人驾驶固定翼飞机为主,无人飞机在农业植保中鲜有应用。日本应用油动单旋翼机型较早,在作业管理、发动机技术等方面处于国际领先。

    二、无人化设施栽培:主要应用于果菜、花卉育苗管理、水肥一体化、病虫害防治、采收运输、加工包装等环节。欧美日处于世界领先水平,我国整体水平不高。

    欧美日等一些发达国家在自动化、智能化生产技术研究与应用方面一直处于世界领先水平,已经实现了环境调控自动化、生产过程无人化、分级包装智能化。在设施栽培中农业生产机器人也应用广泛。日本在设施种植的育苗、嫁接、移栽、采摘、植保、施肥等环节有多种农业生产机器人。以色列、荷兰、德国、英国、澳大利亚、瑞士、法国等国家均有针对本国特色农业生产的机器人研发,采摘机器人均有小规模使用。近年来美国、欧盟、日本、韩国等制定国家战略将工业机器人加快应用于农业领域,农业机器人研发速度明显加快。

    我国设施农业机械化率仅30%左右,具有自主知识产权的农业机器人大部分还停留在样机阶段,在精度、效率和可靠性方面和国外相比还存在一定差距。以嫁接机器人为例,国内研发的产品还需要人机协同作业。

    值得欣喜的是,我国以无土栽培、立体种植、自动化管理为特征的植物工厂研发和产品水平较为先进,已有具备自主知识产权的成套技术设备,并已打入国际市场。比如,上海浦东智能种苗工厂实现了全程智能化生产。与传统集约化种苗基地相比,劳动生产率和单位面积产能分别提高6倍以上。

    三、无人化设施养殖:主要应用于环境控制、饲喂、挤奶、防疫、废弃物处理等作业环节。发达国家生猪、奶牛、蛋鸡养殖已有规?;τ?,我国技术装备研发能力严重滞后。

    欧美等发达国家设施养殖机械自动化程度较高,信息化、智能化技术应用于畜牧养殖各个环节,已建成多种养殖环境自动监控系统平台,形成了适合不同饲养规模和区域特点的生产模式,特别是生猪、奶牛、蛋鸡养殖的少人化生产已有规?;τ?。

    我国相关研究基础薄弱,装备智能化程度不高,核心部件和高端产品依赖进口,但无人化设施养殖发展势头强劲。比如,重庆万州奇昌种猪场是现代化规模种猪场,集成应用自动喂料、自动饮水、自动清粪、自动环境控制技术,由管理系统统一控制。猪场无臭味、无污水排放,猪粪尿完全有机肥发酵后用于果园生产。种猪场常年存栏600头母猪,年出栏1.5万头断奶仔猪,除了接生和照顾哺乳期小猪外,仅需6人即可保障日常正常运行。又比如,山东民和牧业股份的少人化肉鸡智能养殖场采用自动化笼养设备,包括自动化饮水系统、行车喂料系统、带式清粪系统、自动化肉鸡收集与输送系统、舍内环境控制系统以及场内智能化管理平台,日常管理仅需30人即可饲养肉鸡近70万只。

    从发展趋势看,无人化农业将主要应用在规?;种?、设施栽培、设施养殖领域,解决水田植保、育苗嫁接、病死畜禽处理等作业环境差、劳动强度大、精准度要求高、安全风险防范难的有关问题,市场需求潜力很大。

    目前,我国无人化农业发展虽然具备了一定基础,但大部分都属于探索阶段,技术成熟度和经济性仍有许多欠缺,需要在政策、科技、项目、标准等方面积极支持,深入推进机械化、信息化融合,促进农业机械化高质量发展,努力为农业现代化提供新动能。

    (作者单位:农业农村部农业机械化管理司)

    文章关键词: 国内外 无人化农业
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