数字科技赋能，助推种业振兴——打造常熟首个天空地一体化无人农场

毛 曦

（江苏常熟国家农业科技园区管理办公室，江苏常熟 215500）

1 基本情况

江苏常熟国家农业科技园区是全国首批、江苏首家、苏州唯一的国家级农业科技园区。近年来，园区以“物联新时代、智慧新农业”为发展方向，大力推进智慧农业建设。在农业农村部、省农业农村厅和苏州市、常熟市农业农村局的关心支持下，先后荣获全国数字农业农村新技术新产品新模式优秀项目（2019年）、江苏省数字农业农村基地（2020年）、江苏省智能农业百佳案例（2021年）、江苏省农业数字化建设优秀案例（2022年）、苏州市十佳智慧农业品牌案例（2020年）、智慧农业示范生产场景（2021年）及智慧农业示范基地（2017年）等荣誉称号。

园区定位为农业科技创新中心，多年来不断加强基础设施建设、物质装备配套、科技创新力度、涉农企业培育和人才引进培养等，核心区累计投入资金多达3.2亿元，大力发展智慧农业、高效农业、设施农业、生态农业和品牌农业。园区已建成南京农业大学（常熟）乡村振兴研究院、扬大（常熟）现代农业发展研究院、江苏省博士后创新实践基地等各类创新创业平台41个，拥有国家级星创天地4个、省级星创天地1个，先后吸引了23家高校、科研院所的50名科技镇长及110名科技特派员来常开展科技服务、创新创业，涉农企业159家。

园区已形成“一核三带多园区”的总体产业格局，核心区基本建成新品水稻选育、设施园艺研究、特色水产育苗3个创新区和国家级“二花脸”猪保种与开发、智慧种业制繁种2个基地。近期，园区投入5 000多万元重点打造现代种业基地，新建集仓储、烘干、加工和检测管理服务等一体的智能化种子仓储加工中心1 hm2，建成自动化节水灌溉稻麦制繁种基地 104 hm2，并应用无人机、智能农机、机器人、物联网及配套大数据处理技术，高标准创建省级粮食生产“无人化农场”。

无人化农场项目通过科学规划、专家评审后，将原有农田区域划分成智慧繁种区、品种示范区、常规生产区三个功能区。智慧繁种区包括1#灌区及建成区，面积为26 hm2；品种示范区为2#灌区，面积为30 hm2；常规生产区包括3#、4#灌区全部，面积为 48 hm2。区域内将明渠灌溉改为管道灌溉，对原有设施升级为智能化泵站，并利用现代信息技术、无人机遥感、农业物联网、机器人及基于北斗技术的无人驾驶农机等多项技术，实现生产管理智慧化。

2 数字技术

当前，我国农业现代化正处于追求可持续发展农业的第二阶段，农业现代化建设仍处于补齐短板、大有作为的重要战略机遇期。国内外农业的发展历史已经证明，以机械化、生物化、智能化等科学技术为手段，才能加快农业农村现代化。因此，将数字科技引入到农业生产管理中，利用物联网、5G、北斗、大数据、人工智能等数字技术和智能化装备，提高农业生产管理自动化、可控化、智能化水平，实现省工节本和提质增效，是未来农业重要发展方向之一。

园区以“智慧农业”为建设主体，从“现代种业基地”和“设施园艺区”双翼发力，构造了园区“一体双翼”智慧农业建设体系。以“智慧农业”为主体：园区敏锐把握现代农业发展趋势，以农业数字技术应用为核心，在农业实际生产中广泛应用物联网技术，统筹推进“互联网+”与农业生产、经营、管理、服务融合发展，培育农业发展新模式新动能新业态，以人工智能、信息技术提升农业各环节的智能化水平。

无人化农场通过应用物联网、大数据、云计算、人工智能、智能机械等数字技术，实现农场耕种管收储加工等环节智能化、无人化的生产作业模式。一是高质量打造智慧大田生产示范场景。104 hm2水稻制繁种基地实现自动化节水灌溉全覆盖，区域内将明渠灌溉改为管道灌溉，并新建生态排水渠道、生态步道、生态净化区等，智能化泵站及灌溉取水口装备有IEV智能电动阀及太阳能电池，控制信号可通过外网接入手机端或电脑，通过智能控制软件实现远程操控。二是高科技强化农业一张图“数字驾驶舱”作用。新建5G田间物联网监测系统，引入农情监测机器人，配合多光谱无人机为繁种、品种展示和生产分别提供亲本生育期监测、品种生长状况监测、病虫害预警等功能；应用植保无人机进行常规播种、施肥植保等，并为农机加装北斗导航辅助驾驶系统，构建“机机协同、人机协作”生产模式；大数据中心建立精确可控的信息化管理平台，加强对水稻农情、作物长势可视化管理与集中展示。三是高标准建立智能仓储加工中心。新建集仓储、烘干、加工和检测管理服务等一体的智能化种子仓储加工中心4 831 m2，购置安装种子烘干自动化设备15台套及种子加工、检验检测等配套设备，日烘干加工能力达180 t以上，并配置种子低温冷藏库1 000 m3，年可生产存储杂交水稻及常规稻麦种子 1 000万kg以上，供种能力达11万hm2。

智慧大田数字气象站、视频监控站、智能仓储应用了空气温湿度、土壤温湿度、土壤酸碱度、粮仓温湿度、谷堆温湿度、气压、风速、风力、降水量、光强度、光照度等传感器，多光谱无人机、植保无人机、农田机器人、可视化自动虫情测报机等应用了多光谱成像、雷达、流量计、图像识别、声音特征监测等传感器，智能农机应用了北斗定位、角度传感器等技术，智能灌溉应用了MLL智能激光水位计、田间水位计等设备，MWQ一体化智能水质监测仪应用了pH值、浊度、电导率、溶氧等传感器，共计传感器30种以上，智能装备11种以上，从而对生产环境或水稻小麦进行生长监测和信息预警，实现农业生产场景的在线化、信息化、可视化监测和监控。

“数字驾驶舱”利用人工智能、大数据分析、5G等信息化技术，对生产过程中的信息数据资料进行自动化采集，存储、上传和智能分析，实现信息资料数字化和可视化，并基于此实施智能决策。生长监测包含农田物联网监测系统和无人机监测系统，利用智能感知技术、信息传输技术和智能处理技术，对农事活动的各个环节进行实时监测和远程调控。实时监测的环境情况数据每隔10 s就上传到监测平台终端，相关负责人员只要登录手机APP或者在电脑上，就可以远程随时随地查看智慧种业基地的各项关键数据。所采集的数据实时上传到“智慧种业综合管理系统”平台，并快速进行统计分析，解决工作人员对数据的采集分析需求，并确保了数据采集的精准、快速、全面。

无人机遥感技术把无人机与遥感技术充分结合，利用通信技术和空间定位技术对遥感信息进行科学采集、分析处理，对具体的实践需求能够提供快速实时的解决方法。无人机操作受天气因素影响小并可获得高时空分辨率的影像，在飞行高度、时间和区域上灵活方便可调控，针对作物生长监测的时效性，能够短时多次开展任务，保证动态数据的采集。无人机遥感在农作物生产上发挥着重要作用。例如，利用无人机进行农作物生物量估测、健康状况判断、氮素含量监测、产量估测等生长状况的监测工作；或者针对农作物不同生育期常见的病虫草害识别与监测，为治病防虫等农事工作的开展提供科学指导。农田机器人基于计算机视觉技术及深度学习算法，具备感知和适应作业环境的能力，实现农田环境中的自动行走及数据采集。可以搭载不同传感器，实现对环境参数及相关农学参数的获取。例如，通过搭载的高精度传感器，实现对水稻等农作物生长环境的温度、湿度、光照强度、CO2浓度、风速、土壤温度和土壤湿度等环境参数的监测；或者利用搭载的相机获取水稻基部节间长度、不同生育时期水稻分蘖情况等水稻生长状况参数，判断水稻生育时期，估测水稻叶面积指数，精确计算水稻不同田块施肥量，从而提高经济效益。北斗导航农机无人作业系统在北斗（BDS）定位的基础上，集成应用地理信息系统（GIS）、移动互联网、遥感（RS）、物联网等技术，通过农机上搭载的北斗导航系统实现农机作业空间位置数据的实时感知、面积计算，并把农机信息和作业信息通过网络传输至北斗导航农机无人作业系统，根据农机服务组织的类型和地域进行本地化的定制，提供从位置定位、数据感知、网络传输、数据处理、数据分析、数据应用、作业路径自动规划与作业任务自动分发等整体的应用解决方案，实现农机管理与农机作业等一体化服务系统。

无人化农场建立了农产品质量追溯平台，采用一物一码防伪鉴真技术，可根据市场需求为农产品建立“身份证”制度，实现对农产品生产、加工等环节质量安全可追溯，帮助企业打造高端农产品品牌。园区农发公司具有农产品质量安全自检能力，及时将检测信息上传到江苏省和苏州市农产品质量监督系统，被市农业农村局评为2020年度常熟市农产品质量安全追溯管理示范单位，2021年“常优大米”被中国绿色食品发展中心认定为绿色食品A级产品。农场配备了电信网络专线，田间设备应用智能网关或5G流量卡，所有采集的信息数据上传到仓储区综合楼智慧种业综合管理系统，并接入到国家农科园展厅智慧农业大数据中心，实现云上互联互通，资源共享。

3 智慧管理

创新应用“政府+企业+科研机构+金融”四位一体共建的组织模式，园区设立管理办公室，以常熟市农业科技发展有限公司为主体实行市场化运作，具体担任现代种业基地运行管理职能。公司建立智慧农业品牌管理体系，严格实施质量管理制度，遵守各类设备操作规程，做好设备运行维护记录台账。建有智能可控的信息化管理平台，并接入园区智能农业大数据中心，实现对水稻农情、果蔬长势可视化管理与集中展示。工作人员可通过手机端或电脑端远程实时查看智能设备工作状态或数据图像，出现异常，及时处理。园区人员配备齐全，分工合理、责任到人，形成以科技创新团队为核心，行政管理团队为支撑，集产、学、研、效于一体的企业型团队。目前，园区管理办拥有信息化专业背景的高级工程师2位，其中一位具有自动化专业的高工专职担任园区智慧农业工作，负责园区机电设备、智能设备的运行与维护。园区下属常熟市农业科技发展有限公司配备4位大学生负责玻璃温室的现场管理与运行，并由2名专职电工负责玻璃温室的管道阀门、机电设备等设施的日常维护维修。

园区农发公司加强无人化农场的各项设施设备建设，并将产前、产中和产后各环节均纳入标准化管理，逐步形成一套优质水稻生产的质量安全生产工作流程，已出台《质量管理手册》《绿色食品水稻生产种植规程》《绿色食品大米加工生产操作规程》《绿色食品投入品管理制度》等规章制度。组建了以总经理为组长的生产质量管理领导班子，并适时对公司及子公司生产管理人员和技术人员进行培训，持证上岗。公司实行信息化、自动化、标准化的现代管理模式，加强环境-田间-加工-产品-包装的全程质量监控，建立档案，达到从土壤、水质到稻麦生长进行全方位的监控检测。

现代种业基地无人农场根据省粮食生产“无人化农场”建设指引及苏州市智慧农业改革试点工作实施方案，按照“标准化、机械化、生态化、智能化”要求，应用了5G、北斗、物联网、无人机、智慧农机、机器人及配套大数据处理技术，实现智慧繁种、生产、示范、仓储等功能。大数据中心依托扬州大学技术团队定制研发了智慧种业综合管理系统，集成应用云计算、人工智能及地理信息系统GIS等技术，通过部署在种业基地生产现场的各种传感器和无线网关，实现农业生产环境的智能感知、智能预警、智能决策、智能分析等功能。硬件方面，物联网、智能粮仓、监测机器人、无人机、智能农机等新增智能设备的技术参数与功能指标均达到设计要求与行业标准。

4 成效分析

现代种业基地无人农场项目建成后，园区农发公司子公司种业公司作为苏州地区唯一一家育繁推一体化种业国有企业，年可生产储存杂交水稻及常规稻麦种子1 000万kg以上，日烘干加工能力超180 t，供种能力达11万hm2，销售收入超5 000万元，为地方经济社会发展注入新活力。

一是社会效益。项目建成后，能够优化仓储设施和加工环境，有效提升水稻种子品质，大幅提高本地区水稻优质良种的供应能力，进一步完善良种育繁推一体化产业链条，强化水稻良种的标准化、规模化、智能化生产经营。同时还将优化常熟种子资源配置，提高企业竞争与服务能力，有利于苏州地区优质高产稻麦品种的推广应用，对保障苏州市及全省农业生产用种安全、粮食安全均具有十分重要的意义。二是经济效益。项目的实施将有效改善本地区水稻优质良种的供应能力，水稻高产优良品种的应用面积 1.9万hm2，为水稻高产创造有利条件，促进粮食增产增收。按增收1 500元/hm2计算，就能为当地农民增加收入2 850万元以上。三是生态效益。项目的建成能够显著增加使用适应本地生长种子的农户量，大量减少化肥农药的施用量，有利于农业面源污染控制，提升农产品品质。

无人农场通过应用种质资源基因型鉴定系统、种质资源信息共享网络服务系统、田间表型物联网数据获取与处理系统等设施装备，从而实现种业生产作业精准化、信息化、智能化管理，提高生育期监测效率。该项目建成区域性良种繁育基地，配有实验仪器、智能农机等智能装备，从而提高了杂交授粉成功率，大大减少了人工投入。

经组织各方论证，现代智慧种业工程项目的实施可实现种业生产作业精准化、信息化、智能化管理，通过生产过程可视化、数字化可提高生育期监测效率3倍，提升杂交授粉效率30%，减少人工投入60%，单位面积产量提升10%以上，农业投入品使用量降低20%以上。

5 愿景谋划

智慧农业是农业发展的新业态，是未来农业发展的重要方向。多年来，园区在引进智能装备、应用数字科技的过程中遇到缺乏长远的统一规划、投入产出比有待提高、缺少标准化规范化、运行维护成本较高等问题，需要我们不断总结分析，改进措施。

对此，结合多年园区智慧农业建设经验与数字科技应用成效，关于园区现代种业的可持续发展，建议如下：

一是因地制宜，科学规划。立足长远，科学制定符合本园区智慧农业发展的建设方案，加大园区信息化、智能化基础设施建设。联合相关部门提供长期的政策与财政支持，加快园区现有设施设备“智改数转”。推进农科园区大数据中心建设，推动稻麦、水产、蔬菜等重要农产品全产业链与数字科技的深度融合。

二是壮大懂农业、懂技术、爱农村的人才队伍，充分挖掘新业态新模式。大力引进复合型人才，积极发展“互联网+农业”平台，缩短农村供应市场与城市消费市场的距离。尤其在疫情当下，电商直播平台为优质农产品的销售提供了广大市场，要进一步抓住这一发展机遇，让广大有志青年怀揣新知识、新本领、新技能投身到智慧农业、休闲农业、共享农业、互联网农业等新产业新业态，激发乡村振兴的内生动力。

三是推动农业标准化、数字化与科技创新融合发展。高标准建设农田、池塘、牧场及设施园艺，加快智慧农业行业标准制定，建立健全现代农业全产业链标准，加强数字乡村标准化建设，完善农业农村标准化服务与推广平台，推进地方特色产业标准化。在人工智能、基因技术、区块链技术等新型领域，更要重视并参与农业标准化制定，强化标准核心技术指标研究，将农业标准制定作为园区科技成果的重要内容，提高本单位在国内的行业话语权。

6 品牌建设

常熟市现代种业工程属于2021年省级农业农村重大项目要害工程。2022年4月项目建成后，对当地提高粮食单产和品质，优化种业资源配置，推广应用优质高产稻、麦品种，保障农业生产用种安全和粮食安全有着重要意义。2022年7月26日，农业农村部副部长张桃林来园调研种业振兴时表示，常熟市围绕种业振兴工作，依托育种优势，加快育繁推一体化协同发展走在前列。

园区依托“常优”大米等名优农产品，以农业主导产业、特色产业为背景，以科技创新为纽带，以地域文化为支撑，以旅游创意为特色，以乐享生活为目标，大力实施优质品牌发展战略，加快推进规模化生产、标准化管理、市场化运营，打造以品牌价值为核心的现代农业。园区紧扣国家十四五规划“加强种质资源保护利用和种子库建设，确保种源安全”，建成自动化节水灌溉稻麦制繁种基地，不断推进自主知识产权水稻种子育繁推一体化建设，助力国家粮食安全。园区农发公司子公司常熟市种业有限公司取得农作物种子生产经营许可证，该证是常熟市颁发的首张种子生产经营许可证，也是苏州地区唯一颁发的国有企业种子生产经营许可证。园区重点科研单位常熟市农科所长期从事水稻新品种试验、选育及推广工作，拥有水稻种质资源1万份以上，先后育成“太湖粳”“常农粳”“常优”系列共计38个水稻新品种，在江、浙、沪、皖、鄂五省（市）累计推广面积约 470万hm2，水稻育种全国领先。园区“常熟大米”荣获国家农产品地理标志证明商标，并被中国绿色食品发展中心认定为绿色食品A级产品，同时园区建立“小农人”科普实践站，通过举办水稻插秧主题亲子研学体验、红色农耕实践课堂等活动，展示农耕文化，体验农事乐趣，打响常优品牌。

常熟市现代种业基地先后被江苏农村经济、人民网、新华日报等官媒纷纷报道点赞。下阶段，园区将进一步完善智慧种业示范生产场景建设，推广应用智能农机装备与技术，实现种业生产作业精准化、信息化、智能化管理，全力打造天空地一体化、耕种管收储加工全程无人化的智慧农场，助力常熟种业“芯片”智慧升级，谱写现代种业振兴新华章。