【2020十大引领性技术】蔬菜规模化生产人机智能协作技术

笑大 2020-07-29

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2020年，农业农村部组织开展十大引领性技术集成示范，以支撑引领全产业链优质绿色增效为目标，加强技术集成组装与熟化配套，推动集成一批符合优质安全、节本增效、绿色环保等要求，对农业农村经济引领带动能力明显的技术模式，探索政产学研用用一体化高效实施技术路径，构建可复制、可推广的综合化、全程性技术解决方案。本公众号近期将介绍2020年十大引领性技术集成示范有关情况。

技术概述

以现代化农机农艺融合、人类经验与机器智能协作为主线，以智能化管理技术为支撑，通过天空地立体化监测传感网络、农业大脑和智能作业集群研发，针对不同品种、不同生产模式、不同生产区域条件等应用场景进行科学组配和集成应用，集中实现蔬菜规模化生产全生长周期的人机智能协作管理，大幅降低水、肥、药及人力投入，提高蔬菜产量和品质，提升蔬菜生产效率和资源利用率，改善产区周边生态环境，全面提高蔬菜生产规模化、智能化、科学化管理水平，促进产业的绿色高效可持续发展。

图1 蔬菜规模化生产人机智能协作技术体系框架

（一）技术要点

1.天空地一体化高通量网络监测技术。构建以卫星、雷达、无人机、传感器等为载体的天空地立体化监测传感网络，形成蔬菜规模化生产人机智能协作感知中枢，实现水土气、作物长势、虫情、干旱、洪涝、作物产量等农情的高带宽、低时延、广接入的感知传输；基于5G测控网络实现蔬菜全生育期各生产要素信息的精细化监测和实时化汇集，大范围、实时和动态的农情信息精准获取；支撑农情信息实时分析和预警决策、智能农机装备的启停、行驶、转向、避障等人机智能协作管控，实现各类感知设备、作业设备、农田设施的精准定位、主动关联感知、作业设备工作质量与运行状态等信息跟踪，形成安全高效的农业实时化监测技术体系。

图2 天空地一体化高通量网络

图3 蔬菜规模化生产5G测控网

2.大数据驱动的智慧大脑决策技术。构建以天空地一体化监测数据软总线、云端决策管控平台、智能化作业装备控制总线等为载体的蔬菜规模化生产人机智能协作智慧大脑，实现大数据驱动的蔬菜规模化生产人机智能协作决策管控，面向蔬菜生产的耕整地、播种/育苗、移栽、植保、灌溉施肥、收获等关键环节，基于天空地一体化高通量网络实现信息采集汇聚，构建气象、土壤、基肥、病害、农机、市场等蔬菜生产底数资源池，利用环境调优控制、病虫害智能诊断、营养状况分析、施药配方生成、植保作业路径规划、采收量规划等模型方法，制定蔬菜不同品种、不同气候条件、不同生长阶段的适宜生产管理方案，向智能作业集群下达自主作业指令，通过农机农艺融合、人类经验与机器智能协作实现蔬菜生产全流程智能化预警、分析、决策以及智能装备自动配置与精细化参数调优作业。

图4蔬菜规模化生产人机智能协作智慧大脑

图5智能装备集群作业示意图

3.蔬菜规模化生产人机智能协作装备集群作业技术。以蔬菜规模化生产人机智能协作农机及其他智能化装备为载体，面向蔬菜规模化生产的耕整地、播种/育苗、移栽、植保、灌溉施肥、收获全环节智能化管理与作业需求，打造人机智能协作执行中枢，无缝对接农业大脑的种植标准化、精细化管理规程，构建服务于蔬菜规模化生产的智能作业装备集群，实现蔬菜生产的人机智能协同作业。

图6基于北斗导航的人机智能协同作业

图7蔬菜生境智能巡检机器人

（二）技术特性

1.重要性。蔬菜在我国城乡居民膳食结构中具有特殊的重要地位，基于5G网络、北斗导航、人工智能等，针对蔬菜生产关键环节，进行立体化感知、智能化决策和集群化作业，提升蔬菜生产管理水平，带动形成蔬菜规模化生产人机智能协作技术体系，推动蔬菜产业的“机器替代人力”、“电脑替代人脑”进程。

2.先进性。实现了蔬菜生产全流程环节的信息立体化感知、大数据驱动决策、装备集群作业控制的有机整合，实现了耕整地、水肥管控等关键环节的人机智能协同作业与全链条智能化管控，总体处于国际领先水平，应用前景广阔，为发展现代化绿色蔬菜产业提供引领性技术和示范模式。

3.操作性。通过天空地一体化高通量网络将蔬菜耕整地、播种/育苗、移栽、植保、灌溉施肥、收获全环节进行数据化串联，实现了全流程的立体监测感知、数据驱动决策与智能装备集群作业的无缝融合，技术使用户可以便捷地实现蔬菜生产全流程智能化管控。

4.经济性。数据化的精量决策控制模型代替了经验性粗放管理，实现了水肥药的精准利用，提质增效效果明显，平均减少人工投入成本55%，平均减少水、肥、药施用量25.4%、31.2%、70.5%，露地蔬菜亩均节本增效112元，设施蔬菜亩均节本增效220元，在节约生产成本的同时保护了农业生态环境，取得了显著的社会效益和经济效益。

（三）技术服务模式

主要技术应用载体及服务模式见下表。

表1 技术应用载体及服务模式

集成示范

蔬菜规模化生产人机智能协作技术在北京小汤山国家精准农业研究示范基地进行技术集中研发和应用示范，在石家庄市农林科学研究院、石家庄市农林科学研究院赵县实验基地和甘肃省农业科学院张掖节水农业试验场进行了技术熟化和效果评价，在北京房山、天津、河北赵县、山东临淄等国家级和省级现代农业产业园大面积推广应用，提高示范点及周边蔬菜生产智能化水平，实现人力投入和农资投入“双减”，蔬菜品质和产量“双升”。