農(nóng)機(jī)一響，種地不慌。智能機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用，一改以往面朝黃土背朝天的生產(chǎn)模式，將農(nóng)民雙手從繁重的農(nóng)事工作中解放出來，有效推動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。然而蔬菜生產(chǎn)的復(fù)雜多變，卻給智能化、無人化生產(chǎn)應(yīng)用帶來了巨大挑戰(zhàn)。

近日，2024中國蔬菜產(chǎn)業(yè)大會在安徽和縣開幕。中國工程院院士、國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心主任趙春江作《無人農(nóng)場的探索研究》報(bào)告，講述農(nóng)業(yè)領(lǐng)域無人化作業(yè)的當(dāng)下與未來。

“在城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速，農(nóng)村勞動力嚴(yán)重短缺，人工成本逐步增加的產(chǎn)業(yè)大背景下，讓機(jī)器代替人力進(jìn)行生產(chǎn)尤為重要。”中國工程院院士、國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心主任趙春江指出，蔬菜作為我國第二大農(nóng)作物，其產(chǎn)量和種植面積均得到了顯著提升，如今限制我國蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素是人工成本過高。

以蘿卜為例，平均每人每畝田的用工成本高達(dá)1300~1500元，為蔬菜生產(chǎn)帶來了沉重的壓力。

蔬菜產(chǎn)業(yè)一方面連接城市“菜籃子”“果盤子”，一方面連系菜農(nóng)菜商“錢袋子”，其產(chǎn)業(yè)發(fā)展對優(yōu)化各地農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈條具有重要作用。近年來，隨著”卡脖子“技術(shù)不斷攻破，可用于蔬菜生產(chǎn)的農(nóng)機(jī)設(shè)備如雨后春筍般快速涌現(xiàn)，為蔬菜生產(chǎn)解決了燃眉之急。

但目前我國蔬菜生產(chǎn)的數(shù)字化和機(jī)械化水平仍較低，設(shè)施園藝的機(jī)械化率僅有42%，而大田生產(chǎn)的機(jī)械化利用率也僅有73%。對此，趙春江表示，農(nóng)機(jī)設(shè)備仍需要進(jìn)一步提質(zhì)，通過進(jìn)行智能化、數(shù)字化的改造和升級，為農(nóng)民生產(chǎn)應(yīng)用帶來更大的便利。

從“解放雙手”到“知天而作”，新一代人工智能正深刻改變農(nóng)業(yè)的科技創(chuàng)新、生產(chǎn)、銷售及經(jīng)營組織方式，是推動農(nóng)業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力打造與高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展的重要手段。

“實(shí)現(xiàn)蔬菜無人化、少人化生產(chǎn)離不開人工智能的支持。”趙春江指出，農(nóng)業(yè)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，盡管科學(xué)家們在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域做出過許多研究與努力，已期實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化，但是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在很大程度上仍需依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行管理，很多情景難以用數(shù)字模型進(jìn)行精細(xì)表達(dá)。

隨著人工智能的出現(xiàn)，這一困境得到了有效解決。據(jù)趙春江介紹，現(xiàn)在新一代人工智能能有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和知識的動態(tài)化管理，使得智能農(nóng)機(jī)設(shè)備在農(nóng)業(yè)無人化作業(yè)應(yīng)用中展示出大活力。

隨著生物技術(shù)、信息技術(shù)和智能裝備三大現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力要素不斷融合發(fā)展，近年來逐漸形成了一種先進(jìn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力——智慧農(nóng)業(yè)。

智慧農(nóng)業(yè)強(qiáng)調(diào)的是智能化的決策系統(tǒng)，配之以多種多樣的硬件設(shè)施和設(shè)備。智慧農(nóng)業(yè)依托部署在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的各種傳感節(jié)點(diǎn)和無線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能感知、智能預(yù)警、智能決策、智能分析等，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供精準(zhǔn)化種植、可視化管理、智能化決策。

在趙春江看來，智慧農(nóng)業(yè)具有典型的新質(zhì)生產(chǎn)力特征。①智慧農(nóng)業(yè)具有先進(jìn)的生產(chǎn)工具，如智能設(shè)備、機(jī)器人等，能對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有一定的顛覆性。②智慧農(nóng)業(yè)還表現(xiàn)出高質(zhì)量、高效率和高效能等特性，能為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供更加方便快捷、人性化的服務(wù)。

智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展與應(yīng)用，能以智能機(jī)器代替人力完成許多復(fù)雜而繁重的農(nóng)業(yè)勞動，減輕了農(nóng)民生產(chǎn)經(jīng)營者的勞作負(fù)擔(dān)，為農(nóng)業(yè)發(fā)展提質(zhì)增效。

“世界范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化與數(shù)字化是大勢所趨，然而目前我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的智能化水平仍比較薄弱，要在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)無人化作業(yè)仍比較困難。”趙春江介紹道。

如今新一代人工智能正由過去的單一機(jī)器人向多級協(xié)同的智能自主系統(tǒng)跨越和轉(zhuǎn)變。農(nóng)業(yè)自主無人化系統(tǒng)便是由無人平臺及若干輔助設(shè)備組成，具有感知、交互和學(xué)習(xí)能力，并且能夠基于知識進(jìn)行自主推理、自主決策，從而達(dá)到無人化生產(chǎn)管理目標(biāo)的有機(jī)整體。

但與其他行業(yè)相比，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更具有復(fù)雜性，如不同地區(qū)農(nóng)田作業(yè)地形和土壤條件差異大，農(nóng)藝生產(chǎn)需求復(fù)雜多變，不確定的影響因素太多，非結(jié)構(gòu)化的應(yīng)用場景為機(jī)械化、智能化生產(chǎn)帶來了重重挑戰(zhàn)。

感知技術(shù)是農(nóng)業(yè)自主無人化系統(tǒng)的重要核心技術(shù)。“利用智能機(jī)器人從事田間作業(yè)，首先要對整個(gè)農(nóng)田的情景信息具有足夠的了解，否則機(jī)器無法對前方位置的情況作出合理判斷，田間無人化作業(yè)便難以開展。”趙春江指出，發(fā)展農(nóng)業(yè)自主無人化作業(yè)，需要研究復(fù)雜農(nóng)田環(huán)境感知與認(rèn)知方法，從而構(gòu)建面向全程無人化作業(yè)的農(nóng)田場景模型。

需要通過利用感知技術(shù)，將農(nóng)業(yè)情景感知、機(jī)器視覺、自動規(guī)劃等認(rèn)知技術(shù)整合傳感器、致動器等硬件中，讓機(jī)器設(shè)備了解整個(gè)農(nóng)田的地形地貌、工作對象之間的關(guān)系等基本情況，使智能系統(tǒng)有能力在各種未知環(huán)境中作出合適的判斷，從而靈活處理不同的農(nóng)業(yè)任務(wù)。

隨著關(guān)鍵核心技術(shù)的不斷提升與突破，如今自動駕駛拖拉機(jī)已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)批量應(yīng)用，未來也會有更多廣適性的智能農(nóng)機(jī)設(shè)備逐步替代人力進(jìn)行復(fù)雜的蔬菜生產(chǎn)。