科技日報記者 馬愛平

記者從中國農(nóng)科院蔬菜花卉所獲悉，國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系研究團(tuán)隊(duì)2022年在北京市昌平區(qū)退林還耕地塊上建成了50畝規(guī)模的首個生產(chǎn)型蔬菜無人農(nóng)場，從整地、施肥、灌溉、起壟、定植、巡檢、植保、采收等全流程實(shí)現(xiàn)無人化驗(yàn)，摸索出一套退林還耕地改造為生產(chǎn)型蔬菜無人農(nóng)場種植規(guī)程，整個農(nóng)場70%以上作業(yè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字自主化作業(yè)管理，節(jié)約人工成本76230元，甘藍(lán)獲得了畝產(chǎn)9000斤（商品化凈菜5000斤）產(chǎn)量，并于11月9日在昌平小湯山國家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究示范基地召開了觀摩會。

(資料圖)

我國露地蔬菜生產(chǎn)規(guī)模達(dá)2.6億畝，露地蔬菜生產(chǎn)面臨種收環(huán)節(jié)用工多、勞動力短缺、勞動強(qiáng)度高等一系列問題，根據(jù)調(diào)查，目前我國蔬菜生產(chǎn)從業(yè)人員50歲以上占56%，人力成本占蔬菜生產(chǎn)成本近70%。伴隨著我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域從業(yè)勞動力銳減，未來“誰來種菜、如何種菜”已經(jīng)成為保障我國“菜籃子”安全的主要瓶頸問題。

如何破解瓶頸？國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系由智能化管理崗位專家牽頭，聯(lián)合育種、栽培、植保等專家從2020年開始依托昌平小湯山國家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究示范基地開展了露地蔬菜無人農(nóng)場宜機(jī)化農(nóng)藝種植模式研究、自主無人系統(tǒng)裝備研制，經(jīng)過6個茬口的反復(fù)試驗(yàn)，已經(jīng)形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的露地蔬菜無人農(nóng)場軟硬件產(chǎn)品和配套農(nóng)藝種植模式，相關(guān)技術(shù)成果入選農(nóng)業(yè)農(nóng)村部2020年度十大引領(lǐng)性技術(shù)，獲得中國人工智能學(xué)會2020年優(yōu)秀成果獎。

研究團(tuán)隊(duì)突破了自主路徑規(guī)劃、苗壟識別、多傳感器融合避障、農(nóng)機(jī)具姿態(tài)調(diào)優(yōu)等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建了我國首個面向露地蔬菜無人農(nóng)場系統(tǒng)，系統(tǒng)目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了與約翰迪爾、凱斯、魯中等電控拖拉機(jī)，國內(nèi)外起壟機(jī)、旋耕機(jī)、采收機(jī)等常用農(nóng)機(jī)具上的集成適配，探索形成了露地蔬菜生產(chǎn)無人作業(yè)技術(shù)模式和整體解決方案，支持露地蔬菜平整地、起壟、移栽、田間管理和采收等全程24小時連續(xù)無人化作業(yè)。

據(jù)中國農(nóng)科院蔬菜花卉所所長張友軍介紹，露地蔬菜無人作業(yè)系統(tǒng)集成北斗定位導(dǎo)航、自主路徑規(guī)劃、車輛軌跡跟蹤控制、激光雷達(dá)避障、農(nóng)機(jī)具姿態(tài)調(diào)優(yōu)等關(guān)鍵技術(shù)，自適應(yīng)配裝蔬菜不同種植結(jié)構(gòu)、栽培模式、作業(yè)環(huán)節(jié)農(nóng)機(jī)具參數(shù)等，具備自主作業(yè)規(guī)劃、智能緊急避障、夜間連續(xù)作業(yè)、機(jī)具智能適配、作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測、多機(jī)實(shí)時協(xié)同作業(yè)等功能，通過靈活的作業(yè)路徑規(guī)劃與機(jī)具調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)機(jī)全自主無人作業(yè)。目前系統(tǒng)安裝方式有兩種，一種是后裝式的，作業(yè)演示的綠色約翰迪爾1204拖拉機(jī)是通過無損式加裝傳感器、線路控制等，實(shí)現(xiàn)了不同作業(yè)的適配；第二種方式是前裝式的，目前已與國產(chǎn)魯中1404-CVT拖拉機(jī)實(shí)現(xiàn)了定制集成，觀摩會上深松環(huán)節(jié)展示的就是通過與拖拉機(jī)結(jié)構(gòu)完全融合，而且實(shí)現(xiàn)了無駕駛艙拖拉機(jī)的創(chuàng)制。

無人作業(yè)系統(tǒng)

約翰迪爾1204拖拉機(jī)后裝式無人作業(yè)系統(tǒng)

魯中1404拖拉機(jī)前裝式無人作業(yè)系統(tǒng)

“無人農(nóng)機(jī)可以適配深松機(jī)、旋耕機(jī)、起壟機(jī)、移栽機(jī)、結(jié)球類蔬菜收獲機(jī)等進(jìn)行無人作業(yè)，實(shí)現(xiàn)甘藍(lán)等蔬菜品種從耕整地、移栽、田間管理、采收等生產(chǎn)全過程的無人智能化生產(chǎn)與作業(yè)?！睆堄衍娬f。

甘藍(lán)采收機(jī)

據(jù)中國農(nóng)科院蔬菜花卉所副所長張圣平介紹，智能巡檢機(jī)器人3.0集成無人作業(yè)系統(tǒng)、視覺識別、作業(yè)模型構(gòu)建、核心算法、機(jī)器學(xué)習(xí)、四輪萬向控制等技術(shù)，可進(jìn)行自主路徑規(guī)劃與智能避障，開展蔬菜長勢巡檢、田間運(yùn)輸?shù)戎悄芑瘡?fù)合作業(yè)。

“整機(jī)重量950KG，載藥量300L，每小時作業(yè)面積9畝，車體最大行走速度1.5m/s。電池采用60V100AH鋰電池，并采用油電增程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)10小時連續(xù)作業(yè)功能。機(jī)器人采用高精度差分GPS定位技術(shù)，定位精度可達(dá)到2-3cm。機(jī)器人通過激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)360°高精度的障礙物感知識別，采用自適應(yīng)軌跡控制跟蹤技術(shù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)作業(yè)，完全實(shí)現(xiàn)無人作業(yè)?！睆埵テ秸f。

智能巡檢機(jī)器人

據(jù)中國農(nóng)科院蔬菜花卉所副所長張揚(yáng)勇介紹，巡檢機(jī)器人主要用于田間技術(shù)巡檢，為減輕日常田間管理勞動投入強(qiáng)度，解決存在遺漏等問題。通過巡檢機(jī)器人能夠進(jìn)行自主作業(yè)巡檢，對每一行、每株進(jìn)行標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)單株連續(xù)性生長發(fā)育數(shù)據(jù)采集，并能夠準(zhǔn)確識別長勢、病蟲草害，為生產(chǎn)上精準(zhǔn)管理和提前預(yù)警提供數(shù)據(jù)支撐。

“運(yùn)輸機(jī)器人在農(nóng)田中通過性比較好，能應(yīng)付各種惡劣路況，是將蔬菜從田間運(yùn)輸?shù)降仡^的主要智能工具，可以極大解決人力搬運(yùn)的成本投入問題。機(jī)器人目前有遙控、CAN通信控制、自主導(dǎo)航等三種控制方式。運(yùn)輸機(jī)器人長寬高尺寸為170x120x120cm，最大載重為300kg，運(yùn)行最高速度為5Km/h，采用48v200AH鋰電池供電，最大續(xù)航時間為4h。運(yùn)輸機(jī)器人還可實(shí)現(xiàn)多機(jī)協(xié)同編組作業(yè)，能夠不間斷、接續(xù)將蔬菜運(yùn)輸?shù)降仡^，提高搬運(yùn)作業(yè)效率30%以上?！睆垞P(yáng)勇說。

運(yùn)輸機(jī)器人

據(jù)蔬菜花卉所科研處處長李蕾介紹，露地蔬菜智能施藥機(jī)以蔬菜關(guān)鍵生育期葉片光譜與圖像數(shù)據(jù)，建立病蟲草害譜像信息與農(nóng)藥需求決策模型，以處方?jīng)Q策的方式導(dǎo)入到自主精準(zhǔn)施藥機(jī)。該機(jī)主管道上安裝電動閥，控制調(diào)節(jié)總的噴藥量值。同時每個噴頭對應(yīng)安裝一個電磁閥、一個流量傳感器；該機(jī)控制系統(tǒng)通過對北斗定位信息、施藥決策的實(shí)時解析，獲取當(dāng)前位置的施藥量，并將該施藥信息發(fā)送到下位機(jī)ECU（電子控制單元）控制器，控制器控制每個噴頭的開閉，實(shí)現(xiàn)按照處方?jīng)Q策的方式施藥，且有效避免了重噴和漏噴，農(nóng)藥利用率提升15%以上。同時每個噴頭裝有流量傳感器，實(shí)現(xiàn)了將噴頭流量實(shí)時上傳物聯(lián)網(wǎng)，方便查看與管理。該機(jī)型幅寬12m，極大地提高了作業(yè)效率。

智能施藥機(jī)

記者在現(xiàn)場看到，蘿卜采收機(jī)采用履帶自走式結(jié)構(gòu)，每次采收1行，利用鏈夾將白蘿卜菜葉夾拔后進(jìn)行切割。機(jī)器長寬高為4100×2450×1600mm，最小離地間隙180mm，作業(yè)速度為0～1.6 m/s，作業(yè)效率為0.15～0.25hm2/h。

蘿卜采收機(jī)

張友軍表示，如今，生產(chǎn)型蔬菜無人農(nóng)場相關(guān)技術(shù)成果在北京、河北滄州、天津靜海、河北張家口、甘肅張掖、重慶、內(nèi)蒙古烏蘭察布等地區(qū)圍繞甘藍(lán)、辣椒、蘿卜開展了規(guī)?；a(chǎn)應(yīng)用。實(shí)際應(yīng)用表明無人作業(yè)過程中障礙物識別與避障成功率100%，深松、旋耕漏耕重耕率小于2%，整體作業(yè)軌跡精度控制在2cm以內(nèi)，移栽合格率超過90%，移栽效率較人工提升28倍，收獲破損率小于5%，收獲效率較人工提升12倍，人力投入總成本大幅降低，實(shí)際測產(chǎn)與傳統(tǒng)種植方式產(chǎn)量相當(dāng)。

（中國農(nóng)科院蔬菜花卉所供圖）

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