现阶段的无人农场走到了哪一步

现阶段的无人农场走到了

哪一步我国农业在经历了人力和畜力为主的传统农业（农业1.0），以广泛应用杂交种和化肥、农药的生物-化学农业（农业2.0），以农业机械为生产工具的机械化农业（农业3.0）之后，正向以信息为生产要素，互联网、物联网、大数据、云计算、区块链、人工智能和智能装备应用为特征的智慧农业（农业4.0）迈进。随着工业化与城镇化的不断推进，我国农业劳动力成本日趋增高，传统农业劳动力逐渐减少，农业劳动力的老龄化与短缺问题逐渐突显，“机器换人”的需求日趋增加。无人农场是采用物联网、大数据、人工智能、5G、智能装备与机器人等新一代信息技术，通过对设施、装备、机械等进行远程控制、全程自动控制或机器人自主控制，完成所有农场生产作业的一种全天候、全过程、全空间的无人化生产作业模式。无人农场作为未来农业的一种新技术，已经开启全新的农场模式。无人农场的发展意义无人农场为我国农业转型发展，提升国际市场竞争力提供了一条有效的路径。“无人化”即装备代替劳动力的所有工作是无人农场的本质，全天候、全空间、全过程的无人化作业是无人农场的基本特征。无人农场能够实现农业生产全过程的信息感知、定量决策、智能控制、精准投入和个性化服务，其发展意义主要有以下几点。提供生产效率、质量。通过机器换人，传统劳动力变为了高度智能化的机器人，智能农场管理系统摒弃了纯经验式的耕作模式，使农业劳动力要素彻底改观。特别是农业机器人具有不知疲倦、反应快速的先天性优势，适合进行高强度的具有工业化特点的农业生产。低强度工作要求为机器人让路。机器人是无人农场劳作的主体，人不再从事农业，或者直接从事农业生产管理的时间大大缩短，只需发现和纠正存在的问题，工作强度大大降低。另一方面，农业机器人效率高、质量高，还能有效避免化肥、农药等化学物品对人体的危害。提高农业抗风险能力。农业高风险、低利润的产业特性较为突出。而无人农场利用信息技术可以更好地调控农作物生长环境，使其更好地满足作物生长需求，从而提高农作物的产量和品质，有利于实现农作物的高产稳产，抗风险能力的提高有助于更好地吸引资本进入。这种高科技的智能种田模式改变了当地农民仅凭个人经验、看天种田的传统农耕方式，同时可以精准制订生产计划、预防自然灾害和病虫灾害。“慧种田”替代“会种田”。自动化机械将促进高分辨率精准农业的发展，不同的农田，甚至可能是某一株作物都能得到区别对待，同时优化农田耕种投入并有可能将成本大大降低。如通过无人机红外线遥感监测可以快速诊断出病虫害；通过物联网技术，可以提高食品的可追溯性，促进食品安全。国内外无人农场发展现状.中国近年来，在政府的大力支持下，中国无人农场发展快速。无人化农机应用逐渐兴起。截止到2018年7月，全国21个省市开展了8种主要农产品大数据的试点，围绕设施温室智能化、无人化管理的需求，自主研制出了一批设施农业作物环境信息传感器、多回路智能控制器、节水灌溉控制器、水肥一体化等技术产品，对提高我国温室智能化、无人化管理发挥了重要作用。2019年，我国农业机械化率达到了70%，基本实现了农业机械化，特别是多数农场的装备化水平越来越高。随着数字农业试点建设项目的开展，我国农业逐渐形成耕、种、管、收全程数字化生产管理模式，应用农机自动驾驶装备和无人化农机取得了显著效果。部分地区的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。我国无人化农业发展虽然具备了一定基础，但大部分还处于探索阶段，技术成熟度和经济性仍有许多欠缺，如在应用推广上，大多数项目停留在信息的简单传输与显示，展示成分大于实际效果，与农业融合深度不够，缺乏解决农业实际问题的效果。因此我国距离实现完全的无人化农业还需要经历一个长期演进过程。.美国美国自动化、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。在农业航空技术方面，具有先进的航空植保机械以及完善的农业航空组织体系。利用无人机可在空中采集各种数据，比如高空照片、农作物3D照片、热成像或是田间动物分布等。在航空施药领域也使用了国际上最为先进的施药技术，65%的化学农药采用飞机完成喷施。截至2012年，农业航空已几乎应用于所有种类的作物，其中以玉米、小麦、大豆、牧草、苜蓿5类作物防治面积最广。其农场生产模式逐步建立了以航空植保机械与大型植保机械为主的病虫草害防治体系。2019年美国农机自动导航驾驶系统普及率约为90%，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。美国无人化农业研发起步早，在一些领域和环节虽有推广，但受到监管的限制，美国大部分农民还无法使用无人机，应用还不广泛。现阶段，在农业多个环节，利用物联网等多种新型科技技术开展农业生产，为实现无人化生产，带动农业产业链条全新变革。.日本日本农业体系“分散生产、集中供应”，批发市场主导80%农产品流通，日本农业与中国较为类似。在当下的日本，从事农业劳动的从业者，也就是日本农民，他们的平均年龄高达67岁。农业从业人口老龄化的问题越来越凸显。面对这种现状，日本提出提高农业科技水平，减少对农业劳动力的需求，来解决这个问题。最典型的例子，就是日本无人化农场的研发和建设。日本的无人化农场真正的实现了无人化种植，通过机械自动化、智能软件等等技术，减少了农业对劳动力的需求。在农业智能装备方面，日本是研究农业机器人最早的国家之一，早在20世纪70年代后期，随着工业机器人的发展，对农业机器人的研究工作逐渐启动，已研制出多种农业生产机器人，如嫁接机器人、扦插机器人、移栽机器人和采摘机器人等。日本也是最先将无人直升机用于农业生产，经过多年的发展，日本成为该领域最发达的国家之一。日本国土面积比较小、而且多山地，耕地少、农业经营规模小，大型的植保器械很难适应，因而日本选择发展外形尺寸小、机动灵活、操控简便、单位面积施药液量小、作业效率高的无人机。1985年，日本Yamaha公司最先推出第一架农用“R-50”型无人机，主要用于航空施药。从1995年到2005年10月底，日本具有登记的植保无人机从307架增加到2002架，平均年增长13.8%。截至2012年，日本农用无人机年工作面积达到96.3万hm2,占种植面积的50%〜60%，拥有无人直升机2346架，无人机操控手14163人。自2015年起，一些公司开始推广多旋翼无人机。随着无人机、智能机器人、大数据技术在农业上的应用，到2020年，受益于生产效率和流通效率的提高，其农作物出口额有望增长至1万亿日元。我国无人农场的发展问题目前，我国无人农场已经初具规模并呈现良好的发展势头，但在无人农场发展上仍然存在不足和劣势。一是，发展无人农场的基础技术存在不足。发展包括基础层、技术层和应用层。无人农场的核心技术除了定位技术、通信技术以外，还包括传感器、芯片等的精密仪器制造，以及包含模式识别、大数据分析等需要的硬件和软件技术。然而，我国自主研发的农业传感器数量不到世界的10%，且稳定性差，智能感知系统灵敏度不高，终端远程控制系统和执行控制指令系统精确性不足。智能决策准确度低，很多情况是时序控制而不是按需决策控制。与此同时，世界各大人工智能巨头都在积极布局，例如NVIDIA在洽谈收购ARM,软件公司如MATLAB已经开始对国内某些高校实行禁用。因此，高新技术行业的“卡脖子”随时可能发生。二是，无人农场的基础建设不足。农场发展主要依托农村，依赖物联网、大数据、人工智能等技术，对通讯和资源的5G基站、大数据中心、云计算中心等基础设施有很高的要求，这些基础设施主要集聚在城市。由于农村地区电信基础设施落后，地形破碎、田间地块分散等制约了大规模农业机械的使用。此外，物联网的建设是无人农场的基础，因此需要铺设一系列的环境传感器并连接入高速网络。因此，包括电信设施、田块规划、农田物联网建设等基础需要提前打好。三是，农业数据采集和应用整合程度低。探究影响农作物病虫害的因素、掌握农作物价格的波动等都需要数据的支撑，采集的数据越多、越完整，智能预测模型的预测准确率就越高。从目前情况来看，农业数据采集覆盖面不足，缺乏准确性与权威性。农业信息数据整合程度与数据标准化程度低，缺乏信息数据共享。收集数据不完整或者只能收集某种或某几种农作物相关的信息，所建立的智能模型、预警模型、管理信息系统都将失去存在的价值。农作物相关数据的收集整理成为当前面临的最大挑战。四是，小农经济和农业生产分散化的羁绊。农业科技投入和信息化水平不高，我国智能化装备还处于起步阶段，农业生产的大型化、智能化、信息化等机械设备较少。一些高端无人化农机设备主要依赖进口，农业科技化水平比较低，科技含量不高，很难实现多功能、复式、实时监测等作业，农业生产作业效率不高。当前，我国农村信息化建设比较落后，农村信息基础设施薄弱，很难在较大范围内推广和应用物联网、互联网、大数据等新型信息技术。智慧农业的发展需要大规模和集成化，同时人工智能采用的深度学习和机器学习依赖于数据规模。小农经济的分散化以及土地流转制度的不完善将不利于智慧农业生产的发展。五是，农村地区复合型高素质人才不足。目前，我国发展无人农场缺乏能够操作现代化生产设备的高素质农民，以及农业电子信息化研发的农业科技人员。农业从业人员整体文化水平偏低，缺乏对农民的相关技术培训，缺乏农业生产经营管理和电子信息化的复合型人才，农业技术人员存在较大缺口，尤其是高职称、高层次的农业人才缺乏。结语结合不同国家的无人农场的发展，