胡煉教授“無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)踐”直播回放
“無(wú)人”概念在這幾年可以說(shuō)是風(fēng)風(fēng)火火地占據(jù)了各大頭條，無(wú)人機(jī)、無(wú)人商店、無(wú)人倉(cāng)庫(kù)等，在我們的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也是緊跟著這個(gè)潮流，啟動(dòng)了無(wú)人農(nóng)場(chǎng)農(nóng)業(yè)項(xiàng)目。其實(shí)早在2017年，山東理工大學(xué)蘭玉彬教授就已經(jīng)提出了國(guó)內(nèi)首個(gè)生態(tài)無(wú)人農(nóng)場(chǎng)設(shè)想，并且落地山東淄博建立國(guó)內(nèi)首個(gè)無(wú)人農(nóng)場(chǎng)試驗(yàn)項(xiàng)目，而我們健坤網(wǎng)絡(luò)也全程參與到首個(gè)無(wú)人農(nóng)場(chǎng)項(xiàng)目的大田物聯(lián)網(wǎng)以及大數(shù)據(jù)云平臺(tái)的建設(shè)中，項(xiàng)目效果多次獲得行業(yè)和媒體的高度點(diǎn)評(píng)。
無(wú)人農(nóng)場(chǎng)已經(jīng)不再是一個(gè)未來(lái)的概念，它已經(jīng)落地成型，也是農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。依托生物技術(shù)、智能農(nóng)機(jī)和信息技術(shù)，通過(guò)天、空、地一體化獲取農(nóng)情信息，采用地、空一體化智能農(nóng)業(yè)機(jī)器人和農(nóng)業(yè)裝備等協(xié)同作業(yè)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能感知、智能分析、智能決策、智能預(yù)警以及專(zhuān)家在線指導(dǎo)，達(dá)到綠色生態(tài)化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的無(wú)人化、精準(zhǔn)化種植，可視化管理和智能化操控的目的，形成可復(fù)制易推廣的生態(tài)無(wú)人農(nóng)場(chǎng)新模式。
今天 “AI·農(nóng)業(yè)智匯云講堂”的第十九期，主題是“無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)踐”。直播嘉賓是無(wú)人農(nóng)場(chǎng)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的專(zhuān)家——華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院教授、碩士生導(dǎo)師胡煉教授。?
前言
01
農(nóng)業(yè)1.0至農(nóng)業(yè)4.0的演進(jìn)???
01
農(nóng)業(yè)1.0
是以人力與畜力為主的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，是農(nóng)業(yè)社會(huì)的產(chǎn)物。
02
農(nóng)業(yè)2.0
是指機(jī)械化農(nóng)業(yè)時(shí)代，是工業(yè)社會(huì)的產(chǎn)物。
03
農(nóng)業(yè)3.0
是高速發(fā)展的自動(dòng)化農(nóng)業(yè)時(shí)代，是信息社會(huì)的產(chǎn)物。?
04
農(nóng)業(yè)4.0
是以無(wú)人化為特征的智能農(nóng)業(yè)時(shí)代，是智能社會(huì)的產(chǎn)物。?
02
農(nóng)機(jī)1.0至農(nóng)機(jī)4.0的演進(jìn)?
01
農(nóng)機(jī)1.0 從無(wú)到有（補(bǔ)課）
特點(diǎn)：機(jī)器代替人力和畜力作業(yè)
02
農(nóng)機(jī)2.0 從有到全（普及）
特點(diǎn)：全程全面機(jī)械化
03
農(nóng)機(jī)3.0 從全到好（示范）
特點(diǎn)：用信息技術(shù)提升農(nóng)機(jī)化水平?
04
農(nóng)機(jī)4.0 從好到強(qiáng)（探索）
特點(diǎn)：自動(dòng)代，智能化，農(nóng)機(jī)+互聯(lián)網(wǎng)?
03
無(wú)人農(nóng)場(chǎng)概念?
全天候、全過(guò)程、全空間的無(wú)人化生產(chǎn)作業(yè)是無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的基本特征。
01
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(gè)環(huán)節(jié)；
02
機(jī)庫(kù)田間轉(zhuǎn)移作業(yè)全自動(dòng)
即農(nóng)機(jī)自動(dòng)從機(jī)庫(kù)轉(zhuǎn)移到田間，完成田間作業(yè)后自動(dòng)回到機(jī)庫(kù)；
03
自動(dòng)避障異況停車(chē)保安全
即在農(nóng)機(jī)轉(zhuǎn)移和作業(yè)過(guò)程中能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障，遇到異常情況能自動(dòng)停車(chē)，以確保安全；?
04
作物生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)全監(jiān)控
即能對(duì)作物生產(chǎn)過(guò)程中的長(zhǎng)勢(shì)和病蟲(chóng)草害情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；
05
智能決策精準(zhǔn)作業(yè)全無(wú)人
即能根據(jù)作物的長(zhǎng)勢(shì)和病蟲(chóng)草害情況及時(shí)作出決策并自動(dòng)進(jìn)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。?
無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的關(guān)鍵技術(shù)
生物技術(shù)主要為無(wú)人農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)提供適應(yīng)機(jī)械化作業(yè)的品種和栽培模式；
智能農(nóng)機(jī)主要為無(wú)人農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)提供智能感知、智能導(dǎo)航、智能作業(yè)（精準(zhǔn)作業(yè)）和智能管理；
信息技術(shù)主要為無(wú)人農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)的信息獲取、傳輸和處理，農(nóng)機(jī)導(dǎo)航與自動(dòng)作業(yè)，農(nóng)機(jī)遠(yuǎn)程運(yùn)維管理提供支持。
智能農(nóng)機(jī)
01
智能感知?
帶
GNSS
的土壤耕作阻力測(cè)量裝置?
帶
GNSS
的土壤采樣器 ?
稻田水層高度及土壤含水量無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)
作物養(yǎng)分信息
飛翼無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)平臺(tái)
多旋翼無(wú)人直升機(jī)遙感監(jiān)測(cè)平臺(tái)
基于主動(dòng)光源的作物長(zhǎng)勢(shì)測(cè)量傳感器
02
自動(dòng)導(dǎo)航?
導(dǎo)航定位與姿態(tài)檢測(cè)技術(shù)
基于北斗和MEMS慣性傳感器的農(nóng)機(jī)姿態(tài)估計(jì)
農(nóng)機(jī)北斗定位的多傳感器信息融合技術(shù)
導(dǎo)航控制技術(shù)
01
路徑規(guī)劃
02
路徑追蹤
03
自動(dòng)規(guī)避
04
主從導(dǎo)航
全區(qū)域規(guī)劃作業(yè)路徑規(guī)劃方法
路徑跟蹤控制
旱地：在行駛速度18km/h內(nèi)，路徑跟蹤精度2.5cm（2RMS）。?
水田：在行駛速度8km/h內(nèi)，路徑跟蹤精度4.4cm（RMS）。?
農(nóng)機(jī)避障導(dǎo)航
對(duì)于固定的障礙物采用繞行方法，而移動(dòng)障礙物采用停止作業(yè)的方法。?
農(nóng)機(jī)主從導(dǎo)航技術(shù)
液壓轉(zhuǎn)向自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)
電機(jī)轉(zhuǎn)向自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)
實(shí)現(xiàn)的全自動(dòng)導(dǎo)航作業(yè)
03
精準(zhǔn)作業(yè)?
精準(zhǔn)耕整
平整路徑智能規(guī)劃
水稻直播
系統(tǒng)生成的施肥作業(yè)處方圖
變量施肥無(wú)人機(jī)
作物株間機(jī)械除草
水稻機(jī)械除草
無(wú)人駕駛水稻聯(lián)合收獲機(jī)
水稻聯(lián)合收獲機(jī)測(cè)產(chǎn)系統(tǒng)
研制成功雙板差分沖擊式產(chǎn)量傳感器，通過(guò)軟件差分算法，消除了聯(lián)合收割機(jī)振動(dòng)信號(hào)對(duì)產(chǎn)量傳感器的影響,不同的流量下測(cè)產(chǎn)系統(tǒng)的誤差在3%以內(nèi)。
無(wú)人駕駛花生收獲機(jī)
04
智能管理?
智能管理系統(tǒng)
無(wú)人農(nóng)場(chǎng)實(shí)踐
01
無(wú)人農(nóng)場(chǎng)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向
現(xiàn)代高科技技術(shù)集成;
提高作業(yè)質(zhì)量：對(duì)行精度2-3cm；
提高產(chǎn)量2-3%降低生產(chǎn)成本：3-8元/畝
實(shí)現(xiàn)全天候不間斷作業(yè)：提高農(nóng)機(jī)利用率
提高土地利用率：0.5-1%
提高肥藥利用率：5-10%
02
無(wú)人農(nóng)場(chǎng)是產(chǎn)業(yè)化發(fā)展需求國(guó)家建設(shè)智慧農(nóng)業(yè)的需要
為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)提供總體解決方案
為解決“誰(shuí)來(lái)種田”和“怎樣種田”提供科技支撐?
無(wú)人農(nóng)場(chǎng)1.0技術(shù)路線
旱地旋耕
旋耕作業(yè)
播種作業(yè)
噴霧
施肥
收獲
結(jié)論
※※※※
無(wú)人農(nóng)場(chǎng)是智慧農(nóng)業(yè)的一種生產(chǎn)方式，是實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)的一種途徑。
無(wú)人農(nóng)場(chǎng)應(yīng)有五個(gè)功能：耕種管收生產(chǎn)環(huán)節(jié)全覆蓋；機(jī)庫(kù)田間轉(zhuǎn)移作業(yè)全自動(dòng)；自動(dòng)避障異況停車(chē)保安全；作物生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)全監(jiān)控；智能決策精準(zhǔn)作業(yè)全無(wú)人。
無(wú)人農(nóng)場(chǎng)依托三大技術(shù)支持：生物技術(shù)、智能農(nóng)機(jī)和信息技術(shù)。
智能農(nóng)機(jī)應(yīng)有四個(gè)功能：智能感知，自動(dòng)導(dǎo)航，精準(zhǔn)作業(yè)，智能管理。
推廣無(wú)人農(nóng)場(chǎng)應(yīng)有較好的基礎(chǔ)條件，地塊較大，機(jī)耕道和灌排設(shè)施較好，衛(wèi)星信號(hào)和網(wǎng)絡(luò)信號(hào)好。?
胡煉教授“無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)踐”直播
——觀眾提問(wèn)集中回答
目前在國(guó)內(nèi)，無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的一些實(shí)際案例更多是在北方，那在我們南方推廣無(wú)人農(nóng)場(chǎng)模式是否可行呢？與北方的無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的推廣區(qū)別在哪里呢？
為什么要把無(wú)人農(nóng)場(chǎng)分南方和北方？可能原因是認(rèn)為北方地塊比較大，南方地塊小，丘陵山地多。
我認(rèn)為從技術(shù)上面來(lái)講，不管是南方、北方，大田塊、小田塊，在技術(shù)上是沒(méi)有問(wèn)題的。但是會(huì)涉及到如小地塊作業(yè)效率低，小地塊大機(jī)械下去是否合適等問(wèn)題。
南方也有很多地方是平整的、比較大規(guī)模的。比如目前有很多對(duì)接開(kāi)展無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的地方，包括上海、貴州、北方黑龍江等地都有一些探討如何開(kāi)展無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的研究。目前只需要基礎(chǔ)設(shè)施能夠滿足就能夠開(kāi)展無(wú)人農(nóng)場(chǎng)。
無(wú)人農(nóng)場(chǎng)也是一個(gè)逐步推進(jìn)的過(guò)程，不可能一下子全部實(shí)現(xiàn)無(wú)人農(nóng)場(chǎng)，還需要一個(gè)比較長(zhǎng)期的過(guò)程?？梢韵葟挠袟l件的地方開(kāi)始示范推廣。
胡教授，無(wú)人農(nóng)場(chǎng)在實(shí)施的成本上較高，推廣的社會(huì)價(jià)值是否能夠與之相匹配呢？
現(xiàn)在還處于研究階段，所以并沒(méi)有過(guò)多考慮成本。但是從做的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的成本高在實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛這方面。將原來(lái)的機(jī)械進(jìn)行改造，這方面的成本比較高。
從導(dǎo)航這方面來(lái)講，中國(guó)的農(nóng)機(jī)導(dǎo)航成本很低。目前的趨勢(shì)來(lái)看，以后的拖拉機(jī)會(huì)直接配上導(dǎo)航系統(tǒng)。
無(wú)人農(nóng)場(chǎng)是未來(lái)的趨勢(shì)，隨著自動(dòng)化程度提高，愿意種地的農(nóng)民越來(lái)越少。像這樣工作都是較熱氣候的比較辛苦與重復(fù)勞動(dòng)的事，慢慢都會(huì)實(shí)現(xiàn)無(wú)人化的趨勢(shì)。
目前還未算經(jīng)濟(jì)賬，但是未來(lái)肯定會(huì)成為趨勢(shì)。因?yàn)榻鉀Q了人們?cè)谥貜?fù)勞作上耗費(fèi)的時(shí)間，可以花時(shí)間在更有意義的事上。
胡教授，無(wú)人農(nóng)場(chǎng)要求基礎(chǔ)條件比較好，連片的土地，那實(shí)際應(yīng)用實(shí)踐受限因素還是很多，畢竟在很多的場(chǎng)景上不一定滿足這類(lèi)條件，有沒(méi)有一些關(guān)鍵技術(shù)能夠破除這些困境呢？
這個(gè)還是在關(guān)鍵技術(shù)方面。一個(gè)是農(nóng)機(jī)本身，自動(dòng)化程度會(huì)越來(lái)越高，各個(gè)農(nóng)機(jī)的廠商也都投入了更多的研發(fā)，也研制了很多自動(dòng)化程度比較高的農(nóng)機(jī)。這些智能農(nóng)機(jī)可以幫助我們克服各種困難。以后大型機(jī)器、小型機(jī)器可以適應(yīng)農(nóng)業(yè)各個(gè)階段的生產(chǎn)。
另一方面就是路徑規(guī)劃等相關(guān)技術(shù)。需要更加智能適應(yīng)不同的地形。包括現(xiàn)在國(guó)家的農(nóng)田改造工程，有越來(lái)越多的田改造成高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田。如果這方面可以相互配合就能夠更加緊密。
再有就是關(guān)于地形地圖，有關(guān)行駛坡度，在地圖中都需要考慮。之后從低坡地段到高坡地段都可以在無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的地圖中體現(xiàn)出來(lái)，和行駛的控制做一個(gè)緊密的聯(lián)系。讓農(nóng)機(jī)的作業(yè)、轉(zhuǎn)移都能夠適應(yīng)比較復(fù)雜的環(huán)境。
最后還有和汽車(chē)的自動(dòng)駕駛一樣，當(dāng)農(nóng)機(jī)在路上進(jìn)行轉(zhuǎn)移的時(shí)候，可能會(huì)要求很高，涉及到和車(chē)輛、人的交匯。目前我們希望能夠把環(huán)境控制住，減少人和車(chē)輛的進(jìn)入。后期當(dāng)自動(dòng)駕駛技術(shù)更加全面，設(shè)施更加完善之后，農(nóng)機(jī)的自動(dòng)駕駛也會(huì)更加智能，實(shí)現(xiàn)更加智能的無(wú)人農(nóng)場(chǎng)。
胡教授，無(wú)人農(nóng)場(chǎng)既然推崇“無(wú)人”概念，會(huì)不會(huì)讓農(nóng)民這個(gè)職業(yè)逐漸消失呢？是否會(huì)有沖突？
這是在無(wú)人化過(guò)程中，大家都在說(shuō)的一個(gè)問(wèn)題，其他如機(jī)器人代替工人都有這樣的擔(dān)憂。其實(shí)目前都是替代枯燥的、反復(fù)的勞動(dòng)，用無(wú)人化機(jī)器人會(huì)更加智能與迅速，更加準(zhǔn)確，也做的更好，與此同時(shí)，人也是少不來(lái)了的。
之前在交流時(shí)，遇到一位說(shuō)他是做快遞分揀的，但是現(xiàn)在不做分揀了，因?yàn)橛袡C(jī)器人代替他分揀了，他所做的就是管理機(jī)器人。
因?yàn)檗r(nóng)業(yè)是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，涉及到非常多的農(nóng)業(yè)知識(shí)，初級(jí)階段還需要人管理無(wú)人農(nóng)場(chǎng)，不僅管理生產(chǎn)，還需管理機(jī)器。所以農(nóng)民是不會(huì)減少，或者不會(huì)失業(yè)，因?yàn)槟壳巴耆珶o(wú)人還是做不到的，需要人來(lái)介入，只是人的工作更加輕松。管理機(jī)器、什么時(shí)候種什么作物等方面需要人進(jìn)入。
胡教授，智慧農(nóng)業(yè)在國(guó)內(nèi)發(fā)展到了什么程度？有哪幾種形式開(kāi)展推廣？
智慧農(nóng)業(yè)隨著整個(gè)農(nóng)業(yè)使用物聯(lián)網(wǎng)、傳感器等裝備已經(jīng)到了一個(gè)比較大的應(yīng)用階段。包括現(xiàn)在對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境的監(jiān)測(cè)，各個(gè)環(huán)節(jié)都有相關(guān)傳感器，數(shù)據(jù)也能傳輸?shù)酱髷?shù)據(jù)中心，這一塊已經(jīng)比較成熟了。后期會(huì)進(jìn)行大數(shù)據(jù)的挖掘、應(yīng)用等方面的開(kāi)展。
智慧農(nóng)業(yè)關(guān)于農(nóng)業(yè)技術(shù)管理這一方面來(lái)講比無(wú)人農(nóng)場(chǎng)更超前一些，更快一些，它的應(yīng)用也會(huì)有很多，比如溫室大棚的設(shè)施管理都是智慧農(nóng)業(yè)方面的。這方面已經(jīng)有一些應(yīng)用了，后面的大田、養(yǎng)殖會(huì)更加深入，更加偏向于生產(chǎn)需要，提高產(chǎn)量，降低成本等方面。
國(guó)家有哪一些政策類(lèi)型是指向智慧農(nóng)業(yè)或者數(shù)字農(nóng)業(yè)的？
從國(guó)家的科研立項(xiàng)等各方面可以知道都在這方面推進(jìn)，包括農(nóng)田建設(shè)、智能農(nóng)機(jī)裝備的研發(fā)等各個(gè)方面都往這一塊推動(dòng)。這也是國(guó)家非常重視的。這方面會(huì)越來(lái)越快地發(fā)展。
胡教授，在無(wú)人作業(yè)過(guò)程中，我們要如何解決加種加肥的問(wèn)題？目前這個(gè)方面的研究進(jìn)展如何？
這是我們比較關(guān)心的問(wèn)題，我們?cè)谧鰺o(wú)人農(nóng)場(chǎng)實(shí)踐的時(shí)候，我們所有的都是通過(guò)分析計(jì)算，比如種子肥料前期都規(guī)劃好了，能否滿足這次的作業(yè)。
現(xiàn)在我們也遇到了這樣的問(wèn)題，目前滿足不了，目前的方法是人工介入。比如拖拉機(jī)、無(wú)人農(nóng)機(jī)自動(dòng)回來(lái)，到機(jī)庫(kù)進(jìn)行添加，亦或是在田頭某個(gè)地方停車(chē)之后人為添加。目前種小麥的時(shí)候采用這種方式，可以接續(xù)補(bǔ)給進(jìn)行作業(yè)。
后期我們的規(guī)劃是有補(bǔ)給的農(nóng)機(jī)，它會(huì)去送，就和收割協(xié)同作業(yè)一樣，兩個(gè)機(jī)器進(jìn)行協(xié)同作業(yè)。它將種子或肥料送到無(wú)人作業(yè)拖拉機(jī)的旁邊進(jìn)行協(xié)同。就類(lèi)似把收糧反過(guò)來(lái)。
這是后期的設(shè)想工作，可能下次就能夠設(shè)計(jì)出來(lái)。
當(dāng)然還有更多的方式，也需要更多人的研究，需要更多人參與討論。將無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)好。
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