無人駕駛拖拉機在田間耕作
多傳感器信息融合的農(nóng)機導(dǎo)航定位技術(shù)的定位精度達(dá)到了國外同類技術(shù)的先進水平，但系統(tǒng)成本降低了1/3；其中水田自動導(dǎo)航作業(yè)和主從導(dǎo)航作業(yè)居國際領(lǐng)先水平，打破了國外技術(shù)壟斷，保障了我國農(nóng)機導(dǎo)航裝備的自主安全可控。——中國工程院院士、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授羅錫文
農(nóng)業(yè)機械衛(wèi)星定位自動導(dǎo)航作業(yè)技術(shù)是現(xiàn)代智能農(nóng)業(yè)機械裝備的關(guān)鍵技術(shù)之一，可大幅度提高勞動生產(chǎn)率、土地產(chǎn)出率和資源利用率。
在2020年底舉行的世界智能制造大會上，國家重點研發(fā)計劃“智能農(nóng)機裝備”重點專項項目成果“基于北斗的農(nóng)機自動導(dǎo)航與作業(yè)精準(zhǔn)測控關(guān)鍵技術(shù)”通過中國農(nóng)業(yè)機械學(xué)會推薦，經(jīng)過中國科協(xié)智能制造學(xué)會聯(lián)合體和國際智能制造聯(lián)盟學(xué)術(shù)委員會的推薦、遴選，最終入選“2020世界智能制造十大科技進展”。
“該技術(shù)將北斗衛(wèi)星定位和MEMS慣性傳感相結(jié)合，實現(xiàn)了農(nóng)機不同作業(yè)工況下的高精度連續(xù)穩(wěn)定定位和測姿。多傳感器信息融合的農(nóng)機導(dǎo)航定位技術(shù)的定位精度達(dá)到了國外同類技術(shù)的先進水平，但系統(tǒng)成本降低了1/3；其中水田自動導(dǎo)航作業(yè)和主從導(dǎo)航作業(yè)居國際領(lǐng)先水平，打破了國外技術(shù)壟斷，保障了我國農(nóng)機導(dǎo)航裝備的自主安全可控。”中國工程院院士、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授羅錫文在接受科技日報記者采訪時表示。
適應(yīng)性和可靠性差 制約我國農(nóng)機導(dǎo)航產(chǎn)品發(fā)展
農(nóng)機裝備自動化、信息化和智能化程度體現(xiàn)了一個國家農(nóng)業(yè)裝備的發(fā)展水平，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和智能農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機械正在向融合衛(wèi)星導(dǎo)航定位、智能測控與物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的智能農(nóng)業(yè)裝備方向發(fā)展。
“近年來，我國農(nóng)機裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，已經(jīng)成為世界農(nóng)機制造和使用大國，這也帶動了我國農(nóng)業(yè)機械化水平快速提升，使得農(nóng)機作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量不斷提高。”中國工程院院士、北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心首席科學(xué)家趙春江在接受科技日報記者采訪時表示。但是與我國對農(nóng)業(yè)機械化快速發(fā)展的需求相比，智能農(nóng)機裝備技術(shù)卻相對落后，與發(fā)達(dá)國家有較大差距，農(nóng)機導(dǎo)航、智能測控、精準(zhǔn)作業(yè)等高端技術(shù)裝備受制于人，制約了我國農(nóng)機化高質(zhì)高效發(fā)展。
“項目啟動前，我國的農(nóng)機導(dǎo)航作業(yè)系統(tǒng)產(chǎn)品存在如下問題：導(dǎo)航信息來源單一，可靠性差；系統(tǒng)對不同作業(yè)環(huán)節(jié)的適用性差；系統(tǒng)對復(fù)雜作業(yè)工況的適應(yīng)性差；系統(tǒng)不具備多機協(xié)同作業(yè)功能；系統(tǒng)缺少互聯(lián)網(wǎng)+管控平臺。”羅錫文說。
“十三五”期間，在國家重點研發(fā)計劃“智能農(nóng)機裝備”重點專項的支持下，項目提出了明確的研究目標(biāo)。如研制面向農(nóng)業(yè)耕整、種植、灌溉、植保和收獲等作業(yè)需求的自動導(dǎo)航作業(yè)系統(tǒng)，構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)機導(dǎo)航應(yīng)用平臺，為我國北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用提供典型應(yīng)用示范。
產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)合創(chuàng)新鏈 橫向、縱向推進項目研究
“在項目實施過程中，科技部農(nóng)村中心為整個專項項目搭建了平臺，創(chuàng)造了一體化實施條件，得以與其他項目和企業(yè)溝通，推進整體研究進展。項目整個攻關(guān)過程分為關(guān)鍵技術(shù)研究、系統(tǒng)集成測試和成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用三個階段。以‘績效四問’為導(dǎo)向，聚焦技術(shù)創(chuàng)新，產(chǎn)出高水平、標(biāo)志性的研究成果。”羅錫文說。
羅錫文舉例說，在成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用階段，參與項目的高科技公司和主機企業(yè)在項目成果基礎(chǔ)上，瞄準(zhǔn)市場需求，研發(fā)出多款滿足我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求的農(nóng)機北斗自動導(dǎo)航作業(yè)產(chǎn)品，市場占有率逐年提高，整體技術(shù)水平達(dá)到了國際先進水平，打破了國外的技術(shù)壟斷，提升了我國農(nóng)機裝備的智能化水平，為農(nóng)機裝備產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級提供了技術(shù)支撐。
在項目實施期間，雷沃重工股份有限公司（以下簡稱雷沃重工）對華南農(nóng)業(yè)大學(xué)轉(zhuǎn)讓的“基于衛(wèi)星定位的農(nóng)業(yè)機械導(dǎo)航及自動作業(yè)技術(shù)”科技成果開展了產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化推廣工作。
“雷沃重工制定了農(nóng)機導(dǎo)航批量生產(chǎn)的行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了前裝和后裝、電控液壓和電動方向盤轉(zhuǎn)向，單/雙天線導(dǎo)航，并形成系列產(chǎn)品、獲得產(chǎn)品鑒定和推廣鑒定證書。近5年在新疆等7省（自治區(qū)）的10余種品牌拖拉機上安裝1700余套，推廣應(yīng)用面積798.64萬畝，節(jié)本增收99915.23萬元。”羅錫文說。
“通過科技部農(nóng)村中心橫向產(chǎn)業(yè)鏈與基礎(chǔ)研究、共性關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、裝備研制、示范應(yīng)用的縱向創(chuàng)新鏈相結(jié)合的一體化科技創(chuàng)新設(shè)計，我們首先圍繞精準(zhǔn)作業(yè)生產(chǎn)要求，重點開展了土壤、植物、機器作業(yè)等信息感知、監(jiān)測應(yīng)用基礎(chǔ)研究，彌補了農(nóng)機精準(zhǔn)作業(yè)控制和運維管理領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論研究短板。此外，還重點突破了農(nóng)機定位與導(dǎo)航、農(nóng)機作業(yè)智能監(jiān)測、精準(zhǔn)作業(yè)控制等共性關(guān)鍵技術(shù)。”趙春江介紹，通過協(xié)同創(chuàng)新，項目產(chǎn)生了一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的農(nóng)業(yè)傳感器、農(nóng)機北斗自動導(dǎo)航、農(nóng)機智能監(jiān)測終端、農(nóng)機精準(zhǔn)作業(yè)控制系統(tǒng)等智能作業(yè)裝備；而通過與龍頭農(nóng)機企業(yè)、農(nóng)機管理部門、規(guī)?；r(nóng)場、農(nóng)機專業(yè)合作社、家庭農(nóng)場等應(yīng)用主體開展協(xié)同合作，開展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)以及智能農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)的綜合應(yīng)用示范，積極探索“產(chǎn)學(xué)研用”合作新模式，推動農(nóng)機北斗自動導(dǎo)航、農(nóng)機智能監(jiān)測終端等先進適用裝備的產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用，項目扎實推進了農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新供給和成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用。
成果服務(wù)作業(yè)面積1.1億畝 在國內(nèi)首次創(chuàng)建水稻無人農(nóng)場
北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心在項目攻關(guān)過程中，創(chuàng)制了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電液、電機轉(zhuǎn)向兩類農(nóng)機北斗自動導(dǎo)航產(chǎn)品，提升了農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量和效率，降低了作業(yè)成本。
“我們創(chuàng)制了13種智能監(jiān)測終端，構(gòu)建了全程機械化作業(yè)智能監(jiān)測技術(shù)體系；攻克了廣域集群農(nóng)機作業(yè)多元異構(gòu)數(shù)據(jù)高并發(fā)接入、大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)，構(gòu)建了基于大數(shù)據(jù)的全程機械化作業(yè)云服務(wù)平臺，可提供自動導(dǎo)航AB線收發(fā)、作業(yè)質(zhì)量分析、作業(yè)量統(tǒng)計、作業(yè)重漏區(qū)域檢測、跨區(qū)作業(yè)檢測等15項云服務(wù)，并在國內(nèi)率先實現(xiàn)了業(yè)務(wù)化運行。”趙春江說。
這些成果在全國23個省市、387個縣區(qū)、2733個合作社、123個大型農(nóng)場開展了規(guī)?；瘧?yīng)用，服務(wù)作業(yè)面積1.1億畝，為國家農(nóng)機作業(yè)補貼政策規(guī)范高效實施和農(nóng)機作業(yè)智能化管理服務(wù)提供了有效的技術(shù)支撐。
2020年，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)項目團隊基于項目成果在國內(nèi)首次創(chuàng)建了水稻無人農(nóng)場，該水稻無人農(nóng)場就坐落在廣州市增城區(qū)華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)科研基地。
羅錫文指出，該無人農(nóng)場有5個特點。一是耕種管收生產(chǎn)環(huán)節(jié)全覆蓋，即覆蓋農(nóng)作物生產(chǎn)中的耕整、種植、田間管理（水、肥、藥）和收獲的各個環(huán)節(jié)。二是機庫田間轉(zhuǎn)移作業(yè)全自動，即農(nóng)機自動從機庫轉(zhuǎn)移到田間，完成田間作業(yè)后自動回到機庫。三是自動避障異況停車保安全，即在農(nóng)機轉(zhuǎn)移和作業(yè)過程中能實現(xiàn)自動避障，遇到異常情況能自動停車，以確保安全。四是作物生產(chǎn)過程實時全監(jiān)控，即能對作物生產(chǎn)過程中的長勢和病蟲草害情況進行實時監(jiān)控。五是智能決策精準(zhǔn)作業(yè)全無人，即能根據(jù)作物的長勢和病蟲草害情況及時作出決策并自動進行精準(zhǔn)作業(yè)，包括精準(zhǔn)灌溉、精準(zhǔn)施肥和精準(zhǔn)施藥等。
目前水稻無人農(nóng)場已完成一季水稻生產(chǎn)實踐。
在2020年底舉行的世界智能制造大會上，國家重點研發(fā)計劃“智能農(nóng)機裝備”重點專項項目成果“基于北斗的農(nóng)機自動導(dǎo)航與作業(yè)精準(zhǔn)測控關(guān)鍵技術(shù)”通過中國農(nóng)業(yè)機械學(xué)會推薦，經(jīng)過中國科協(xié)智能制造學(xué)會聯(lián)合體和國際智能制造聯(lián)盟學(xué)術(shù)委員會的推薦、遴選，最終入選“2020世界智能制造十大科技進展”。
“該技術(shù)將北斗衛(wèi)星定位和MEMS慣性傳感相結(jié)合，實現(xiàn)了農(nóng)機不同作業(yè)工況下的高精度連續(xù)穩(wěn)定定位和測姿。多傳感器信息融合的農(nóng)機導(dǎo)航定位技術(shù)的定位精度達(dá)到了國外同類技術(shù)的先進水平，但系統(tǒng)成本降低了1/3；其中水田自動導(dǎo)航作業(yè)和主從導(dǎo)航作業(yè)居國際領(lǐng)先水平，打破了國外技術(shù)壟斷，保障了我國農(nóng)機導(dǎo)航裝備的自主安全可控。”中國工程院院士、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授羅錫文在接受科技日報記者采訪時表示。
適應(yīng)性和可靠性差 制約我國農(nóng)機導(dǎo)航產(chǎn)品發(fā)展
農(nóng)機裝備自動化、信息化和智能化程度體現(xiàn)了一個國家農(nóng)業(yè)裝備的發(fā)展水平，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和智能農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機械正在向融合衛(wèi)星導(dǎo)航定位、智能測控與物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的智能農(nóng)業(yè)裝備方向發(fā)展。
“近年來，我國農(nóng)機裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，已經(jīng)成為世界農(nóng)機制造和使用大國，這也帶動了我國農(nóng)業(yè)機械化水平快速提升，使得農(nóng)機作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量不斷提高。”中國工程院院士、北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心首席科學(xué)家趙春江在接受科技日報記者采訪時表示。但是與我國對農(nóng)業(yè)機械化快速發(fā)展的需求相比，智能農(nóng)機裝備技術(shù)卻相對落后，與發(fā)達(dá)國家有較大差距，農(nóng)機導(dǎo)航、智能測控、精準(zhǔn)作業(yè)等高端技術(shù)裝備受制于人，制約了我國農(nóng)機化高質(zhì)高效發(fā)展。
“項目啟動前，我國的農(nóng)機導(dǎo)航作業(yè)系統(tǒng)產(chǎn)品存在如下問題：導(dǎo)航信息來源單一，可靠性差；系統(tǒng)對不同作業(yè)環(huán)節(jié)的適用性差；系統(tǒng)對復(fù)雜作業(yè)工況的適應(yīng)性差；系統(tǒng)不具備多機協(xié)同作業(yè)功能；系統(tǒng)缺少互聯(lián)網(wǎng)+管控平臺。”羅錫文說。
“十三五”期間，在國家重點研發(fā)計劃“智能農(nóng)機裝備”重點專項的支持下，項目提出了明確的研究目標(biāo)。如研制面向農(nóng)業(yè)耕整、種植、灌溉、植保和收獲等作業(yè)需求的自動導(dǎo)航作業(yè)系統(tǒng)，構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)機導(dǎo)航應(yīng)用平臺，為我國北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用提供典型應(yīng)用示范。
產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)合創(chuàng)新鏈 橫向、縱向推進項目研究
“在項目實施過程中，科技部農(nóng)村中心為整個專項項目搭建了平臺，創(chuàng)造了一體化實施條件，得以與其他項目和企業(yè)溝通，推進整體研究進展。項目整個攻關(guān)過程分為關(guān)鍵技術(shù)研究、系統(tǒng)集成測試和成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用三個階段。以‘績效四問’為導(dǎo)向，聚焦技術(shù)創(chuàng)新，產(chǎn)出高水平、標(biāo)志性的研究成果。”羅錫文說。
羅錫文舉例說，在成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用階段，參與項目的高科技公司和主機企業(yè)在項目成果基礎(chǔ)上，瞄準(zhǔn)市場需求，研發(fā)出多款滿足我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求的農(nóng)機北斗自動導(dǎo)航作業(yè)產(chǎn)品，市場占有率逐年提高，整體技術(shù)水平達(dá)到了國際先進水平，打破了國外的技術(shù)壟斷，提升了我國農(nóng)機裝備的智能化水平，為農(nóng)機裝備產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級提供了技術(shù)支撐。
在項目實施期間，雷沃重工股份有限公司（以下簡稱雷沃重工）對華南農(nóng)業(yè)大學(xué)轉(zhuǎn)讓的“基于衛(wèi)星定位的農(nóng)業(yè)機械導(dǎo)航及自動作業(yè)技術(shù)”科技成果開展了產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化推廣工作。
“雷沃重工制定了農(nóng)機導(dǎo)航批量生產(chǎn)的行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了前裝和后裝、電控液壓和電動方向盤轉(zhuǎn)向，單/雙天線導(dǎo)航，并形成系列產(chǎn)品、獲得產(chǎn)品鑒定和推廣鑒定證書。近5年在新疆等7省（自治區(qū)）的10余種品牌拖拉機上安裝1700余套，推廣應(yīng)用面積798.64萬畝，節(jié)本增收99915.23萬元。”羅錫文說。
“通過科技部農(nóng)村中心橫向產(chǎn)業(yè)鏈與基礎(chǔ)研究、共性關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、裝備研制、示范應(yīng)用的縱向創(chuàng)新鏈相結(jié)合的一體化科技創(chuàng)新設(shè)計，我們首先圍繞精準(zhǔn)作業(yè)生產(chǎn)要求，重點開展了土壤、植物、機器作業(yè)等信息感知、監(jiān)測應(yīng)用基礎(chǔ)研究，彌補了農(nóng)機精準(zhǔn)作業(yè)控制和運維管理領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論研究短板。此外，還重點突破了農(nóng)機定位與導(dǎo)航、農(nóng)機作業(yè)智能監(jiān)測、精準(zhǔn)作業(yè)控制等共性關(guān)鍵技術(shù)。”趙春江介紹，通過協(xié)同創(chuàng)新，項目產(chǎn)生了一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的農(nóng)業(yè)傳感器、農(nóng)機北斗自動導(dǎo)航、農(nóng)機智能監(jiān)測終端、農(nóng)機精準(zhǔn)作業(yè)控制系統(tǒng)等智能作業(yè)裝備；而通過與龍頭農(nóng)機企業(yè)、農(nóng)機管理部門、規(guī)?；r(nóng)場、農(nóng)機專業(yè)合作社、家庭農(nóng)場等應(yīng)用主體開展協(xié)同合作，開展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)以及智能農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)的綜合應(yīng)用示范，積極探索“產(chǎn)學(xué)研用”合作新模式，推動農(nóng)機北斗自動導(dǎo)航、農(nóng)機智能監(jiān)測終端等先進適用裝備的產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用，項目扎實推進了農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新供給和成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用。
成果服務(wù)作業(yè)面積1.1億畝 在國內(nèi)首次創(chuàng)建水稻無人農(nóng)場
北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心在項目攻關(guān)過程中，創(chuàng)制了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電液、電機轉(zhuǎn)向兩類農(nóng)機北斗自動導(dǎo)航產(chǎn)品，提升了農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量和效率，降低了作業(yè)成本。
“我們創(chuàng)制了13種智能監(jiān)測終端，構(gòu)建了全程機械化作業(yè)智能監(jiān)測技術(shù)體系；攻克了廣域集群農(nóng)機作業(yè)多元異構(gòu)數(shù)據(jù)高并發(fā)接入、大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)，構(gòu)建了基于大數(shù)據(jù)的全程機械化作業(yè)云服務(wù)平臺，可提供自動導(dǎo)航AB線收發(fā)、作業(yè)質(zhì)量分析、作業(yè)量統(tǒng)計、作業(yè)重漏區(qū)域檢測、跨區(qū)作業(yè)檢測等15項云服務(wù)，并在國內(nèi)率先實現(xiàn)了業(yè)務(wù)化運行。”趙春江說。
這些成果在全國23個省市、387個縣區(qū)、2733個合作社、123個大型農(nóng)場開展了規(guī)?；瘧?yīng)用，服務(wù)作業(yè)面積1.1億畝，為國家農(nóng)機作業(yè)補貼政策規(guī)范高效實施和農(nóng)機作業(yè)智能化管理服務(wù)提供了有效的技術(shù)支撐。
2020年，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)項目團隊基于項目成果在國內(nèi)首次創(chuàng)建了水稻無人農(nóng)場，該水稻無人農(nóng)場就坐落在廣州市增城區(qū)華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)科研基地。
羅錫文指出，該無人農(nóng)場有5個特點。一是耕種管收生產(chǎn)環(huán)節(jié)全覆蓋，即覆蓋農(nóng)作物生產(chǎn)中的耕整、種植、田間管理（水、肥、藥）和收獲的各個環(huán)節(jié)。二是機庫田間轉(zhuǎn)移作業(yè)全自動，即農(nóng)機自動從機庫轉(zhuǎn)移到田間，完成田間作業(yè)后自動回到機庫。三是自動避障異況停車保安全，即在農(nóng)機轉(zhuǎn)移和作業(yè)過程中能實現(xiàn)自動避障，遇到異常情況能自動停車，以確保安全。四是作物生產(chǎn)過程實時全監(jiān)控，即能對作物生產(chǎn)過程中的長勢和病蟲草害情況進行實時監(jiān)控。五是智能決策精準(zhǔn)作業(yè)全無人，即能根據(jù)作物的長勢和病蟲草害情況及時作出決策并自動進行精準(zhǔn)作業(yè)，包括精準(zhǔn)灌溉、精準(zhǔn)施肥和精準(zhǔn)施藥等。
目前水稻無人農(nóng)場已完成一季水稻生產(chǎn)實踐。
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