蔬菜智慧农机的发展现状及对策研究*

2022-08-05邱沛韩岳丹丹李沐桐

广东科技 2022年7期

文/邱沛韩岳丹丹李沐桐

0 引言

随着城镇化进程加速，当前蔬菜产业与农业领域中其他产业一样，都面临着劳动力短缺等问题，智慧农机的推广与应用可以在一定程度上解决当前蔬菜产业所面临的问题，并能够实现蔬菜的产量与质量双提升，从而加快蔬菜产业的升级发展。由于国内蔬菜产业的规模大都比较小，智慧农机在蔬菜生产过程中很难得到较大规模的推广与应用。2019年国务院出台的一号文再一次将“三农”问题提上日程，对智慧农机在农业中的应用与推广作出了明确的指示与规定，进一步突出了当前农业智慧化的重要性。

我国农业正处于产业升级阶段，农机作为农业生产的重要工具，是衡量农业产业现代化程度的重要指标。随着科学技术的高速发展，农业正向现代化、智慧化方向不断发展。在夯实农业生产基础，保障农产品供给方面，2019年国务院出台一号文就明确提出要加强农业核心技术的各方面突破，培育出一批具有自主创新能力的企业，从而加快智慧农业等领域的创新；2022年国务院一号文要求全面梳理短板弱项，加强农机装备工程化协同攻关，加强高端智能机械研发制造。本文通过分析智慧农机在我国蔬菜产业的发展与应用，总结当前智慧农机在蔬菜产业的发展状况，并针对存在问题提出相应的解决方案与对策。

1 蔬菜智慧农机发展现状

1.1 智慧农机与智慧农业

随着国家在农业上的投入越来越多，我国农业科技的发展开始进入到一个新的阶段，智慧农业已经成为当前国内农业研究领域的热点。目前智慧农业在学术界没有一个确切的定义，但在智慧农业所涉及的方面已经达成一定的共识，研究认为智慧农业与云计算、大数据、物联网等方面关系密切。这些领域可以帮助在不同空间、时间上进行农业生产，能够让农业生产环境变得智能化、种植实现精准化、管理与决策智慧化以及信息感知与预警全程化。

目前，国内的智慧农机正在快速发展，但是发展水平同其他农业大国还有一定差距，主要体现在单位能耗以及智慧的应用规模上。智慧农机作为智慧农业的重要组成部分，是提升智慧农业发展水平的重要手段，因此，提高智慧农机的发展速度，扩大智慧农机的应用规模势在必行。

智慧农机作为智慧农业生产活动中重要的生产工具，从某种层面来讲，智慧农机的发展直接决定了智慧农业的发展。同时，可认为智慧农机就是将农业生产工具智能化，它是现代科技在农业上应用的一种具体表现。它主要采用计算机、物联网、人工智能等方面技术，配合机器上装配的传感器，结合卫星定位等技术进行使用，从而让农业生产变为一个智慧的系统，以便任何操作指令能够在终端机器上进行实现，保证农业活动可以准确地完成。智慧农机的工作原理主要是通过各类传感器对农机的各种操作活动进行信息采集，比如农机在进行收割、播种、插秧、植保等过程中，通过传感器对这些操作的深度、面积等数据进行收集，从而可以在计算机平台上对这些数据进行分析、统计、处理，再利用计算结果反馈出最优的操作方案，通过指令传到农机上进行农业操作，实现整个农业活动的智慧闭环。智慧农机的系统组成见图1。

图1 智慧农机系统组成

1.2 智慧农机主要特点

智慧农机的特点主要可以体现在以下几个方面：一是智慧农机在完成传统农机作业的同时，可以进行农机诊断、控制及通信等工作；二是作业活动更绿色、环保，同时可提升单位作业效率；三是智慧农机让整个农业活动更加精细化，可以实时获取信息，并对相关信息进行反馈，从而准确地执行操作命令；四是通过卫星遥感技术与传感器信息采集技术可以实现对整个农业活动的监控，从而实现更加精细的动态化农业活动；五是智慧农机让整个农业活动更加安全、可靠，能够使整个操作更加方便，进一步改善整个农业参与者的工作环境与条件，提升工作效率。相对于传统农机，智慧农机的优势明显，具体见表1。

表1 传统农机与智慧农机的对比

国内农机产业的发展逐渐智慧化，智慧农机不管是在效率、环保、能耗上都要优于传统农机，智慧农机将继续向智能化、科技化、信息化的方向不断发展。

1.3 蔬菜智慧农机应用现状

我国是世界上人口最多的国家，蔬菜生产量与消费量在全球范围内都是最大的，但由于国内蔬菜生产模式比较传统，导致化肥、水、农药的消耗量都非常大，同其他农业强国相比，我国蔬菜生产单位能源消耗要高出2~5倍。在我国蔬菜生产结构中，人力成本占据整个生产成本70%左右，从业人员结构逐渐呈现老龄化的趋势，这些问题都对蔬菜产业的发展产生限制。在这一背景下，智慧农机的推广与应用将会在一定程度上解决当前所面临问题。以智慧农机作为核心技术的现代化农业，会帮助蔬菜产业改变原有的生产模式，大幅度地提高蔬菜生产、加工效率，帮助产业进行升级和转型。蔬菜智慧农机的研究，需将先进的信息技术与农业生产技术相结合，它涉及到蔬菜标准化生产、卫星遥感技术、农业生产等多方面的技术。

1.3.1 无人驾驶技术现状

蔬菜智慧农机无人驾驶技术是蔬菜无人化作业的核心，相较于传统农机简单直线导航控制，智慧农机利用GPS/北斗双系统进行高精准导航，可改变农机的作业路径，开创多机群协同作业模式，让农机实现转弯、掉头等复杂作业控制，可以将工作效率进一步提升。智慧农机无人操作系统的整个控制原理如图2所示，其无人驾驶系统主要由检测单元、控制单元、执行单元、监控单元4个模块组成，在现有农机基础上，增加雷达、相机等设备，从而实现田间的循迹作业，可根据作业环境制定相应的无人作业方案。

图2 智慧农机无人驾驶控制系统

目前蔬菜智慧农机采用的卫星导航系统，能够将耕地利用率提升5%~10%，同时可以将农业操作误差控制在3cm以内，将整个操作过程的工作量降低50%以上。

1.3.2 生产管理技术现状

基于蔬菜智慧农机，研发出一套蔬菜生产的智慧农机管理平台，实现蔬菜生产过程中涉及的起垄、植保、灌溉、收获等作业管理。在现有的智慧管理平台中，采用大数据技术对蔬菜生产全过程进行管控。基于大数据技术，建立了蔬菜在生产环节的气象、土壤、病害等数据库，并利用数据库分析建立了最优生产环境调控、病虫害诊断、成长状态分析等模型，制定了蔬菜不同品种、不同生产环境、不同生产阶段的最佳生产方案，然后向智慧农机集群传送相应的指令，从而对整个蔬菜生产环节实现全程监控管理。现有的智慧农机利用生产管理平台采集蔬菜生产数据，并对数据进行深度挖掘，将原有“看天吃饭”式生产，变成以大数据为生产依据，利用技术手段实现作业智能生产模式。当前的智慧农机系统采用机载设备与数据平台相结合的模式，可通过智慧农机平台分析作业量、病虫害类型。另外，还能预测农产品的涨势、病虫害的时间、产量等信息。此外，这一平台还能为从业人员提供技术支持，提高整个生产过程的智慧化管理水平。

1.3.3 起垄、移栽与灌溉技术现状

蔬菜智慧农机在种植过程中的应用主要体现在起垄移栽与灌溉等方面。起垄是大部分蔬菜种植环节中不可或缺的一步，这一环节可以起到保温、防涝的作用。智慧化农机在蔬菜起垄环节，可以利用轨迹检测、图像采集等技术，实现起垄的标准化作业。在现有的技术条件下，利用智慧农机进行起垄操作，可以将垄行在直线度上面的偏差控制在2 cm以内，从而减少了土地资源的浪费，将蔬菜的种植标准化提升到一个新的水平。智慧农机系统还能实现24小时不间断作业，将从业人员从高强度的劳作中解放出来，现有的智慧农机在起垄环节上能够达到3500 m2/h。

传统的浇水、增肥主要依靠人工经验来判断，在一定程度上会造成水、肥等资源的浪费，并可能造成相应环境污染。当前采用智慧农机系统对蔬菜进行灌溉，不但能够保证最佳的农药、化肥用量配比，还能够帮助蔬菜进行高效生长。现有的智慧水肥一体灌溉系统结构（见图3）是由执行、感知两部分组成的，能够感知空气、土壤中的信息，然后利用中控平台实现对蔬菜浇水、施肥量的控制。另外，这一系统还能根据田间信息，适时调整灌溉方案与决策，还可以利用手机APP进行远程控制灌溉参数，实现蔬菜水、肥的按需灌溉。这比传统的操作更加科学准确，更能保证蔬菜产量。

图3 智慧水肥一体灌溉管控系统

2 蔬菜智慧农机发展存在问题

目前，蔬菜智慧农机发展遇到的问题主要包括从业人员专业素养低、农场生产规模小、可应用场景少以及售后服务质量低等方面。

2.1 从业人员专业素养低

根据统计发现，我国农业的从业人员数量远高于农业发达国家，但是从业人员的专业素养相对较低。根据国家统计局的统计数据可知，2020年我国农业人员受教育水平在初中以下的数量超过90%，受接高等教育的人员比例不到2%。另外，参与农业生产的人员36岁以上的占了近81%。这表明，当前国内农业从业者的文化程度普遍较低，且从业人员的年龄比较大。而智慧农机属于高技术操作领域，这对从业人员的专业素养有一定的要求，这也是导致智慧农机在国内推广得慢的主要原因之一。

2.2 生产规模小

根据美国农业部2020年发布的数据可知，美国境内大型农场的数量有205万个，农场机械化水平的应用程度也很高。而同时期我国境内的农场数量还不到2000个，占总体耕地面积的比例小。智慧农机采用的设备、技术都比较先进，一般情况下，一套智慧农机的采购价格在几十万元左右，所以产生的投资成本比较大，而国内的蔬菜生产规模一般比较小，回本的时间较长，这就导致很多从业人员直接在生产中排除使用智慧农机系统。

2.3 应用场景少

目前国内蔬菜种植采用智慧农机生产仍处于探索阶段，短时间内的应用量并不理想。我国可用于种植蔬菜的耕地面积较小，种植区域多山地、少平原的特点导致难以大规模采用智慧农机。另外，由于还有地形与气候的原因，北方的平原居多，南方的丘陵居多，所以在智慧农机的应用上，北方要快于南方。

2.4 售后服务质量低

智慧农机涉及的技术比较先进，现有的农机服务站还无法对这一类型的机械进行维修。现有的智慧农机服务网点不健全，农机的基层服务体系比较弱，售后技术支持人才比较短缺。再有就是现有的服务网点的管理与监督机制都不太规范，使得智慧农机缺少竞争力，很难形成高质量的社会化服务。

3 蔬菜智慧农机发展对策

3.1 加大政策引导

我国农业发展已经迈进一个新的阶段，政府层面应加大对智慧农机的推广力度，运用大数据来引导智慧农机发展。大数据是推动农业进入现代化的催化剂，是引领农业向智慧化升级的助推器，农业数据库的建设已经成为未来农业发展的主要环节之一。国家可以通过推动农业大数据实验区建设，建立相应的示范区以及推广相关应用，可以利用5G、卫星定位等先进技术获取较多的农业数据，从而建立智慧农机的综合数据平台。另外，政府层面应对智慧农机的管理系统进一步完善，形成一套自动生成作业面积、办公与业务自动化的作业体系；培养一支系统、科学的智慧农机服务队伍。

3.2 给予财政支持

购买智慧农机的补贴政策需要进一步完善。对购买智慧农机的个人或企业应当给予一定额度的财政补贴，必要的时候可以加大财政补贴力度。也可以开展以旧换新的业务，进一步提高智慧农机的利用效率。支持智慧农机项目的快速启动，积极推进科研成果转化的融资渠道，建立更加方便的保障制度和体系，提供农机具抵押贷款、保险补助等通道，以便降低经营风险，拓宽智慧农机市场。