科技日報記者 馬愛平

記者從中國農科院蔬菜花卉所獲悉，國家大宗蔬菜產業技術體系研究團隊2022年在北京市昌平區退林還耕地塊上建成了50畝規模的首個生產型蔬菜無人農場，從整地、施肥、灌溉、起壟、定植、巡檢、植保、采收等全流程實現無人化驗，摸索出一套退林還耕地改造為生產型蔬菜無人農場種植規程，整個農場70%以上作業環節實現了數字自主化作業管理，節約人工成本76230元，甘藍獲得了畝產9000斤（商品化凈菜5000斤）產量，并于11月9日在昌平小湯山國家精準農業研究示范基地召開了觀摩會。

(資料圖)

我國露地蔬菜生產規模達2.6億畝，露地蔬菜生產面臨種收環節用工多、勞動力短缺、勞動強度高等一系列問題，根據調查，目前我國蔬菜生產從業人員50歲以上占56%，人力成本占蔬菜生產成本近70%。伴隨著我國農業領域從業勞動力銳減，未來“誰來種菜、如何種菜”已經成為保障我國“菜籃子”安全的主要瓶頸問題。

如何破解瓶頸？國家大宗蔬菜產業技術體系由智能化管理崗位專家牽頭，聯合育種、栽培、植保等專家從2020年開始依托昌平小湯山國家精準農業研究示范基地開展了露地蔬菜無人農場宜機化農藝種植模式研究、自主無人系統裝備研制，經過6個茬口的反復試驗，已經形成了具有自主知識產權的露地蔬菜無人農場軟硬件產品和配套農藝種植模式，相關技術成果入選農業農村部2020年度十大引領性技術，獲得中國人工智能學會2020年優秀成果獎。

研究團隊突破了自主路徑規劃、苗壟識別、多傳感器融合避障、農機具姿態調優等關鍵技術，構建了我國首個面向露地蔬菜無人農場系統，系統目前已經實現了與約翰迪爾、凱斯、魯中等電控拖拉機，國內外起壟機、旋耕機、采收機等常用農機具上的集成適配，探索形成了露地蔬菜生產無人作業技術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小時連續無人化作業。

據中國農科院蔬菜花卉所所長張友軍介紹，露地蔬菜無人作業系統集成北斗定位導航、自主路徑規劃、車輛軌跡跟蹤控制、激光雷達避障、農機具姿態調優等關鍵技術，自適應配裝蔬菜不同種植結構、栽培模式、作業環節農機具參數等，具備自主作業規劃、智能緊急避障、夜間連續作業、機具智能適配、作業質量監測、多機實時協同作業等功能，通過靈活的作業路徑規劃與機具調控，實現了農機全自主無人作業。目前系統安裝方式有兩種，一種是后裝式的，作業演示的綠色約翰迪爾1204拖拉機是通過無損式加裝傳感器、線路控制等，實現了不同作業的適配；第二種方式是前裝式的，目前已與國產魯中1404-CVT拖拉機實現了定制集成，觀摩會上深松環節展示的就是通過與拖拉機結構完全融合，而且實現了無駕駛艙拖拉機的創制。

無人作業系統

約翰迪爾1204拖拉機后裝式無人作業系統

魯中1404拖拉機前裝式無人作業系統

“無人農機可以適配深松機、旋耕機、起壟機、移栽機、結球類蔬菜收獲機等進行無人作業，實現甘藍等蔬菜品種從耕整地、移栽、田間管理、采收等生產全過程的無人智能化生產與作業。”張友軍說。

甘藍采收機

據中國農科院蔬菜花卉所副所長張圣平介紹，智能巡檢機器人3.0集成無人作業系統、視覺識別、作業模型構建、核心算法、機器學習、四輪萬向控制等技術，可進行自主路徑規劃與智能避障，開展蔬菜長勢巡檢、田間運輸等智能化復合作業。

“整機重量950KG，載藥量300L，每小時作業面積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，實現10小時連續作業功能。機器人采用高精度差分GPS定位技術，定位精度可達到2-3cm。機器人通過激光雷達實現360°高精度的障礙物感知識別，采用自適應軌跡控制跟蹤技術實現精準作業，完全實現無人作業。”張圣平說。

智能巡檢機器人

據中國農科院蔬菜花卉所副所長張揚勇介紹，巡檢機器人主要用于田間技術巡檢，為減輕日常田間管理勞動投入強度，解決存在遺漏等問題。通過巡檢機器人能夠進行自主作業巡檢，對每一行、每株進行標記，實現單株連續性生長發育數據采集，并能夠準確識別長勢、病蟲草害，為生產上精準管理和提前預警提供數據支撐。

“運輸機器人在農田中通過性比較好，能應付各種惡劣路況，是將蔬菜從田間運輸到地頭的主要智能工具，可以極大解決人力搬運的成本投入問題。機器人目前有遙控、CAN通信控制、自主導航等三種控制方式。運輸機器人長寬高尺寸為170x120x120cm，最大載重為300kg，運行最高速度為5Km/h，采用48v200AH鋰電池供電，最大續航時間為4h。運輸機器人還可實現多機協同編組作業，能夠不間斷、接續將蔬菜運輸到地頭，提高搬運作業效率30%以上。”張揚勇說。

運輸機器人

據蔬菜花卉所科研處處長李蕾介紹，露地蔬菜智能施藥機以蔬菜關鍵生育期葉片光譜與圖像數據，建立病蟲草害譜像信息與農藥需求決策模型，以處方決策的方式導入到自主精準施藥機。該機主管道上安裝電動閥，控制調節總的噴藥量值。同時每個噴頭對應安裝一個電磁閥、一個流量傳感器；該機控制系統通過對北斗定位信息、施藥決策的實時解析，獲取當前位置的施藥量，并將該施藥信息發送到下位機ECU（電子控制單元）控制器，控制器控制每個噴頭的開閉，實現按照處方決策的方式施藥，且有效避免了重噴和漏噴，農藥利用率提升15%以上。同時每個噴頭裝有流量傳感器，實現了將噴頭流量實時上傳物聯網，方便查看與管理。該機型幅寬12m，極大地提高了作業效率。

智能施藥機

記者在現場看到，蘿卜采收機采用履帶自走式結構，每次采收1行，利用鏈夾將白蘿卜菜葉夾拔后進行切割。機器長寬高為4100×2450×1600mm，最小離地間隙180mm，作業速度為0～1.6 m/s，作業效率為0.15～0.25hm2/h。

蘿卜采收機

張友軍表示，如今，生產型蔬菜無人農場相關技術成果在北京、河北滄州、天津靜海、河北張家口、甘肅張掖、重慶、內蒙古烏蘭察布等地區圍繞甘藍、辣椒、蘿卜開展了規模化生產應用。實際應用表明無人作業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%，整體作業軌跡精度控制在2cm以內，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，實際測產與傳統種植方式產量相當。

（中國農科院蔬菜花卉所供圖）

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