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赵春江院士分享农业智能装备技术研究与实践

智慧农业

2019年4月26日,赵春江院士在“2019智慧农业与智能装备成果技术交流大会”上做了题为《农业智能装备技术研究与实践》的报告,以下是内容节选。

一、 关于智慧农业

当前智慧农业的概念在网上搜索量650万左右,而且还在不断增加,说明现在全社会都很关注智慧农业。从过去的电脑农业,到数字农业,到精准(精细)农业,再到现在的智慧农业,名词在不断发生演进,其内涵也不断的变化。

怎样理解智慧农业?本质上是先进生产力要素组合后的变革,是信息化发展从数字化到网络化再到智能化的高级阶段变的过程。对比以往的传统农业(土地+机械),智慧农业是信息知识与智能装备的融合。特征有:(1)现代信息技术与农业深度融合,(2)有先进生产工具(智能化装备),(3)高质量、高效利、高效能,(4)方便快捷与人性化。

近代信息科技发展很快,目前人工智能技术与大数据在社会上热度比较高。人工智能和大数据与农业深度融合后,将会推动农业发展,会对农业发展产生非常重要的影响。

农机具的智能化实时化体现出了农业发展从传统到现代的转变过程。信息时代是通过一些算法,把简单的数据提升到一种算力。未来,物联网、人工智能、芯片、计算机视觉、预测分析、语音识别等都会对农业产生重要影响,可以通过优化资源配置提升效率,推动农业高质量发展,这标志着农业新时代的到来。

现在,智慧农业已成为世界农业发展趋势。日本2014年启动了“战略创新/创造计划(SIP)”,2015年启动了“基于智能机械+IT”的下一代农林水产业创造技术研发,核心内容是“信息化技术+智能化装备”,重点放在提高作物的光合生产力方面。2017年欧洲农机工业学会(CEMA)计划未来欧洲农业发展方向4.0(Farming4.0),核心内容是数字农业,这和现在谈的智慧农业本质是一样的。2013年,英国发布了《农业技术战略报告,实施Future Farm智慧农业项目》。

2012年,欧盟出台了《农业信息化战略研究议程》,提出在种植业、养殖业领域发展精准农业、精准畜牧产业。2017年,德国“工业4.0”实现收割过程的全面自动化。加拿大联邦政府提出了《MetaScan3:新兴技术与相关信息图》,其中提出了“土壤与作物感应器家畜生物识别技术、农业机器人在未来5-10年改变传统农业”。美国农业现代化水平比较高,从传统机械化时代、生物化学时代、生物技术时代,到当今数据驱动下的农业,与我们的智慧农业相似。

美国国家科学院、美国国家工程院和美国国家医学科学院发布了《2030美国食品和农业科技发展战略》。这都反映了当今世界各国很注重农业发展。根据华为《联网农场——智慧农业市场评估》,到2025年智慧农业全球市值可达683.89亿美元,复合增长率为CAGR14.12%。

目前智慧农业主要类型分为:大田智慧农业(环境不可控的,如农作物、果树、蔬菜),设施智慧农业(环境可控,如设施园艺、设施养殖),智能加工车间(如农产品加工、动物产品加工)和智能信息服务。

大田智慧农业比较有代表性的是美国,是大机械装备下与信息化融合之后高效的生产方式,如精准农业,过去的精准农业强调变量,现在是基于大数据的农业智慧管理。在美国精准农业国际学术会议上发现,软件数据服务公司从传统的精准农业向大田智慧农业转变,形成了相对业务化的模式,细致到每个季节每个环节的技术使用。

设施智慧农业最具代表性国家有荷兰、以色列、日本,通过环境的调控,以满足农作物的生长需求,最大限度的提高作物产量。水肥一体化、机械化、智能化等在设施农业中体现的非常明显。其中机械手将是以后智慧农业在科技装备智能化上比较核心的部件。除此以外,畜牧业方面的智能化也很高,其中最重要的是动物养殖环境监测,收集动物个体信息。

农产品智能加工车间,从原料清洗、分级、风干、包装、到机器人打包,农产品的加工环节很重要,应该受到关注。

在基于大数据的个性化智能信息服务方面,发展中国家信息基础设施化发展相对落后。我国互联网的普及率到30%,农村网民占1/3,个性化的服务是个突出的问题。

二、国际智能化农机装备

智能化农机装备综合运用机械电子、光学物理、传感控制、信息通讯等现代信息技术,高效、安全、可靠地完成作业任务。智能化农机装备与传统农机相比具有更好的易用性、可靠性、有效性。人与机、机与物之间交互性,表现出的效果更高、更快、更好。

2018年日本北海道农机展上展示了不同公司的产品,以及电控上的核心组件。其中洋马把农机融合到智能的系统中叫Smart Assist系统,它采用GPS、无线通讯木块等采集大量作业数据,通过优化农机做业参数并保护农户的农机装备,避免农机装备产生故障。

国际上智能化农机系统的趋势是农机(复杂农机)、智能(感知+决策+控制)、系统(大数据+云平台+物联网)等的融合。未来的机器不是单独存在的,而是成体系的,在系统中形成一个单元发挥协同作用。

农机智能化还能促进农机与农艺的融合。机器人化的无人驾驶拖拉机它有很多的传感器,在田间自主作业能够知道周边的情况,预设性的路径规划图使其自主完成作业。还体现在通过实际情况调节播种细节。

三、 智能化农机装备研究实践

信息化和机械化是国家战略发展之一。2018年9月25日习近平在黑龙江建三江国家农业科技园中指出要大力发展农业机械化、智能化,给农业现代化建设插上科技翅膀。1959年毛泽东提出农业的根本出路在于机械化,发展现代农业,必须坚持机械化与信息化融合推动机械设备的智能化。

目前通过精准作业导航提高作业质量和效率、通过农机作业检测和控制提高作业质量、农机作业监控是管理是我们智能农机研究的重点工作。已经形成了四个方向的系列产品,包括农机自动导航、农机智能监测、农机作业精准控制和智慧农场。

农机智能监测基本实现了“耕、种、管、收”全部覆盖,主要作物有甘蔗、水稻、马铃薯等,如今有农机作业监管终端40000多个,自动导航、圆捆机电控1600多个,覆盖了21个省区,312个县市,100多个国营农场,覆盖作业面积7000多万亩地。在农机作业精准控制方面,通过控制达到农业实施的要求,如卫星平地控制系统与变量施肥(播种)控制系统。智慧农场集中了所有技术,体现在综合管理、监测,形成数字化的地图,从而进行有效的经营化管理。

四、 思考与展望

未来智慧农业向着农机生产智能化、田间作业精准化、农机管理数字化、经营服务网络化发展,需要做到积极推进信息化与农机现代化融合,提高企业的创新能力,企业需要根据情况及时转型,建立以农机大数据为基础的农机服务体系,农机服务业需要大数据监管,通过农机大数据发现问题。

充分认识我国耕地规模小的特点,在相当长的一个时期,小农仍将是我国农业生产经营的主要组织形式。另一方面,数据是至关重要的,而信息获取的关键在于传感器,作为我们的短板,需要创建平台,加强开发。

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