天津市智能机械化技术发展现状及建议

王健平， 陈建林， 薄克明， 李 航， 赵亚洲

（天津市农业发展服务中心，天津 300061）

0 引言

智慧农业是在现代信息技术革命的红利中探索出来的农业现代化发展的新模式，是集集约化生产、智能化远程控制、精细化调节、科学化管理、数据化分析和扁平化经营于一体的农业发展高级阶段。智能农机是智慧农业的重要装备支撑，通过5G 技术、物联网技术利用多样多源遥感设备、智能监控录像设备和智能报警系统监测农产品生产环境和生长状况，利用科学智能的农业生产要素遥控设备实时遥控管理农产品生产状况，水肥药食自动投放管理，智能化农机技术形成了农业精细化、规模化发展的智慧农业生产线系统，推动精细化耕作，提高农产品品质、产量，降低生产成本，达到农业生产提质增效的目的[1-2]。

1 发展现状

智能农机又称智能控制系统下的农机装备，是指装有卫星定位仪、传感器及监视器的农机装备，包括带有自动监测控制装置的拖拉机、收割机、播种机、施肥机，以及其他能够实现自动监测和控制的农机装备总称。智能农机集成5G、北斗和网络平台技术，运用云计算方法，实现农业信息数字化、农业生产自动化、农业管理智能化，从而构建低碳节能、高效高产、绿色生态的现代农业生产技术保障体系。智能农机和物联网技术在农业生产方面的应用，是解决种得好、养得好、管得好、收得好的重要手段[3-4]。

围绕天津市重点关键环节智能农机化技术，以实现“信息感知、定量决策、智能控制、精准投入、个性服务”为目标，以大田种植、设施农业和林果生产等领域为重点，通过应用信息化技术，改变农机管理及农机作业监管方式，开展了农机作业服务、调度与质量监管智能化，提升农机作业质量和效率，有利于节本增效，实现清洁化生产。还要解决面向农机服务组织提供精确匹配、科学调度及有效监管服务的问题，动态、直观地监测农机作业状态，实现作业过程监管与作业量自动核算，以及农机作业、耗油量、维修记录管理等。开展了基于北斗卫星系统的精准平地技术、农机设备卫星导航辅助驾驶技术及无人机植保和肥料撒施技术示范应用，取得了一定的成效，最大限度降低农民劳动强度、提高农业生产标准化水平。

广泛试验智能农用无人机，通过快速更换不同功能挂载设备，完成小麦、水稻高效植保和肥料撒施等作业，实现定点、定时、定量施药，解决作业成本高、效率低、化肥农药浪费等问题。根据喷药量、地块大小、种植规模等，选择悬挂式或自走式喷杆喷雾机、大型固定翼农用飞机、直升飞机、动力三角翼，以及无人驾驶的单旋翼直升飞机、非共轴多旋翼直升飞机等机械。根据小麦病虫草害发生规律，确定防治日期、合理选用农药品种及用量，采取综合防治措施。在起身拔节期和抽穗期两个关键时期进行防治，根据地块大小合理选择植保机械。利用无人植保机，作业质量一般要求药量准确，雾滴大小一致，不重不漏、覆盖均匀。

天津市智能农机化技术起步较晚，与发达地区相比存在较大差距。目前天津市的农业基础设施仍旧落后，大型现代化农机设备较少。而且农村高素质人力资本流失严重，留守农民的年龄、文化、性别结构不协调，年龄偏高、文化水平普遍较低且以女性为主，对互联网信息技术了解应用较少，现代化农业生产意识比较淡薄[5]。而天津市智能农机设备市场投放量较少、价格过高，导致智能化农机无法大规模进入农田投入使用。

智慧农机再升级进程缓慢，就目前来看，由于智慧农机的应用，天津市农业生产水平已经有了大幅度的提高，但还需不断进步。首先，从智慧农机运用角度分析，农作物的大规模播种、喷药杀虫、收割烘干等方面的智能技术已经在实际的生产活动中运用，但还有很多方面的农业生产环节需要智慧农机的参与来提高农业生产力。其次，从智慧农机投入生产的程度分析，虽然如今智慧农机在大田、蔬菜等很多方面的智能化生产水平有提高，但并未实现普遍的大规模生产，主流机型中智慧农机使用水平偏低。

2 重要作用

农业作为国家的基础支柱产业，农业生产向智能化转型是必然趋势。这就要求智慧农机技术能够提供强力的技术支撑，加快农机装备的研究开发，与此同时，随着我国城镇化进程不断加快，农业劳动力红利逐渐消失，农业生产缺乏从业人员问题越来越严重。为此，我国农业生产的生产力水平急需提高，而随着智慧农机的开发和应用，要逐渐解放劳动力、解决农业用工短缺的问题。

智慧农机是基于无线通讯技术并以多种传感装置组装而成的用于农业生产的农机用具，是以卫星导航、集成电子、信息软件等现代技术手段为基础，建立的一套实时监测、统计、管理的复杂系统。智能农机作为现代农业发展的高级阶段，是我国农村经济社会发展转型的必由之路，也是增加农民收入的重要方式。伴随着物联网、大数据、人工智能等新技术的快速发展，需要进一步改变传统的农业生产经营方式，以适应智能农机化技术应用，满足新的服务模式需求。示范推广智能农机化技术，必将提高农业自动化、智能化、精准化、规模化水平，支撑现代化智慧农业发展。

智慧农业发展的基础在于数字农业和智能农机，智能农机是实现农业物联网发展的前提。智慧农业是在现代信息技术革命的基础上探索出来的现代农业发展新模式，是集约化生产、智能化控制、精细化调节、科学化管理、数据化分析和扁平化经营于一体的农业发展阶段。智慧农业是数字农业、精准农业、农业物联网、智能农机等技术的融合。2019 年中央1 号文件提出，强化创新驱动发展，推动生物种业、重型农机、智慧农业等领域自主创新。智慧农业的发展必然需要大量的智能农机装备，智能农机将为现代智慧农业发展提供重要支撑。

3 存在的问题

近年来随着现代农业技术迅猛发展，北斗卫星导航、传感器监测、无线传输、远程监控，以及大数据、物联网、人工智能等新技术已经逐步运用到农业生产中，促进了我国农业现代化和农机智能化发展，提高了农业生产效率和精准化管理水平[6]。综合分析天津市智能农机化发展之路，仍存在以下6 个方面问题。

（1）人才匮乏，不能满足技术发展需求。基层农机化技术推广体系缺乏既精通农业生物技术又熟悉计算机技术和信息技术，以及农机化技术的人才，还不能实现做给农民看、教会农民用、带着农民干、帮着农民赚。

（2）信息标准不统一，标准化程度较低。我国农业应用信息化管理还处于起步阶段，尚未实现标准化运作，农机作业标准化程度也比较低，还不能完全实现依标生产。

（3）未形成完善的智能机械化技术模式和机具配置方案。智能机械化技术与关键配套机具装备不配套，尤其是粮经饲生产过程中大型、高效、节本智能化机械装备比较匮乏。

（4）规模化水平较低。现有技术模式还不能满足智能农机大面积、大规模作业要求，智能机械化技术更加适合大规模集约化生产模式，较小规模生产模式情况下，智能机械化技术优势发挥不明显。

（5）农机农艺技术融合程度较低，阻碍了技术推广应用。智能机械化技术还不能适应现代农业技术发展变化，在现代农业发展过程中，智能机械化技术的支撑和保障作用还不明显，还需农机农艺技术融合发展。

（6）示范推广应用力度不足，技术不能尽快落地。广大农业生产者对智能机械化技术翘首以待，但由于还不能提供强有力的技术服务，致使广大农民还不能熟练掌握智能机械化技术，农业生产一线非常缺乏技术成熟的农业工人，急需加大技术示范推广力度，培养一批高水平的农业工人。

4 发展建议

智慧农业是现代农业发展的必然趋势，智能农机是智慧农业的重要支撑，是解决谁来种田、如何种好田的根本出路[7]。应用现代信息技术提高农机装备的智能化水平，是提高农业发展质量和效益的重要手段，尤其在大田种植、设施农业、畜禽水产养殖、农机作业管理、农产品流通与质量安全等方面都将得到广泛应用。

（1）开展基于北斗卫星导航辅助驾驶技术。组织开展基于北斗卫星导航辅助驾驶技术试验示范，实现农机自动辅助驾驶行走，满足机械化耕整地、播种、植保、撒肥、收获等作业需求，提高作业效率与作业质量。

（2）收获机监控系统智能化改造。通过联合收获机监控系统智能化改造实现对谷物损失、产量、喂入量和工作部件工作状态进行在线监测，并对喂入量进行自动控制以提高收获质量和效率，实现高效和减损收获。

（3）示范推广变量自动控制施肥播种等智能化机具装备。大力推广变量自动控制施肥播种等智能化机具，实现播种施肥精准可控，减少种肥等投入品不合理施用，改善农业生产环境。同时通过专家决策系统，制定农业生产数字地图，并将变量数据输入到自动控制系统中，实现自动变量播种和施肥控制。

（4）大力推广无人机技术。农用无人机作为一种高效、智能、先进的农业装备，模块化多功能无人机技术设备可以通过快速更换不同功能挂载设备，完成植保和肥料播撒等多项作业，解决农村劳动力短缺、作业成本高、效率低、农业投入品浪费等问题。

（5）示范推广农机设备远程监控技术。通过物联网和农机具传感器技术，实现对农机装备作业监控，实时掌握作业进度、精确评估作业质量，包括农机定位、作业轨迹、作业面积统计、作业质量监控、机具性能监测等。实现生产过程精准化操作，及时获取过程信息和精细执行过程控制指令，能够最大限度改善农业生产者的工作条件，提高工作效率，实现精确化生产。

（6）开展卫星遥感精准农业技术试验示范。利用北斗卫星遥感技术监测作物生长环境数据，结合历年产量统计数据，建立农业精准决策大数据体系，为生产作业和农资投放提供田块级气象、土壤肥力和墒情等决策信息，指导精准施肥、喷药、灌溉、耕种等作业过程，实现农业增产增效。

（7）强化关键技术创新。无人驾驶技术逐渐成熟，具备应用到农业生产中的条件，完成耕种防收全程无人作业，配套水肥一体化、智能喷灌等，智慧农机率先开启无人作业新模式[8]。探索建立和支持智慧农业机器人研发，通过农机装备企业智能化、绿色化产品改造，促使新农机、新技术不断升级。

（8）促进农业机械设备提档升级。加快智能化农机设备进入农田，支持农机设备生产企业研究生产智能农机，扩大农机设备生产规模，增加市场投入量，实现精准化、智能化、科学化远程控制管理农业生产，对减轻农民劳动强度、减少人力费用支出、降低农业生产成本、提高农业生产效益等方面发挥重要作用。

（9）加大政府支持力度。统筹规划、建立统一协调的农业科研体系，促进农业推广机构与科研院所的相互合作和交流，使农业科研项目井然有序地进行，减少重复研究，强化集成创新，并统筹兼顾智慧农业发展所需的各项高科技技术。通过开展智能农机化技术推广服务，实现农业生产智能化、自动化、少人化目的，达到农机智能化决策、数字化管理、精准化作业，推动智慧农业技术发展。

全面加速智能农机技术示范推广，积极示范推广无人驾驶系统、精量播种、高效植保、智能灌溉等智能农机装备技术[9-10]。推动智能农机应用由种植业向畜牧业、渔业、设施农业、农产品初加工等领域延伸。加快在农业机械上安装多种传感器和中央处理芯片，以及卫星定位检测终端设备、数字化集成模块、无线通讯系统等，形成一种智能化动态作业系统，充分利用物联网、大数据、云计算、人工智能、“3S”（遥感、全球定位系统 GPS、地理信息系统）等崭新的信息技术与农机链条相融合，通过数据分析，得出科学决策，在不同的作业环境下，发出不同的指令，使机具准确无误地完成作业。