陈学庚院士等：中国农业机械与信息技术融合发展方向

内容节选自：

陈学庚,温浩军,张伟荣,潘佛雏,赵岩.农业机械与信息技术融合发展现状与方向[J/OL].智慧农业(中英文):1-16[2021-01-13].

http://kns.cnki.net/kcms/detail/10.1681.S.20210107.1311.004.html.

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中国农业机械与信息技术融合发展方向 

1. 促进智能感知技术发展与导航技术研究　

现代农业机械装有大量用来感知作业环境和机具本身作业状态信息的传感器。传感器采集的信息对于机具田间作业的质量极为重要。智能感知信息是智能农业装备精准作业的关键，对于如何提高智能感知技术的精准度、可靠性和实时性问题是亟待解决的难题。

围绕农业精细生产需求，开发基于先进传感器、物联网技术及智能决策等智能感知技术，开展监测土壤温湿度、耕作阻力及有机质含量、作物详细养分信息的高精度检测采集技术研究，同时研发对作物长势、农田病虫草害等的作物信息感知传感器，形成基于农作物生产过程监测的精细生产调控系统；开发基于信息传感控制的耕整深度可调、精准播种、精量施肥与施药的精准耕整地与植保控制体系，提高植保作业的自动化和智能化水平，奠定农机作业与先进农艺技术协调融合的理论基础。

目前农机卫星导航系统的发展相对成熟，可提供全天时、全气候条件下的位置导航信息，但农机作业环境复杂，磁场、极端天气和复杂地形都会造成导航信号不同程度的丢失，所以开发多信息融合的导航系统是提高智能农机不间断作业稳定性的关键。发展集GNSS、惯性导航系统（Inertial Navigation System，INS）和机器视觉导航系统融合的高端导航系统是推进未来无人农机复杂场景作业的重点。

2　向农业机械装备智能化方向推进

推进以信息技术为基础的智能化、自动化农机装备的设计制造，实现信息化和智能化农机装备升级，适应现代农业发展对先进适用农业机械的要求，来提高中国现代农业装备有效供给能力和国际竞争力。

一是推进智能化、自动化农机装备的设计制造。全面提升农机信息化设计水平，推行产品模块化设计、知识工程技术为基础的现代数字化设计；建立先进的产品试验检测平台，缩短新产品研发周期，降低企业的研发费用、试制费用和田间测试费用，从而有效提高农机产品的质量；要构建以产品设计、精密制造、面向不同销售对象和服务等环节的现代产业信息平台；采用先进的制造技术和工艺，推行并行工程、虚拟制造、智能制造等先进制造技术，提高加工效率，提高现代智能农机的零部件和整机的精密制造水平。

二是对智能农业装备进行信息化、智能化升级。首先是智能农业动力机械。利用多源信息融合技术、卫星自动导航技术、计算机总线通信技术、人机工程技术等来提高农用拖拉机、大型自走式农业机械的操控性、机动性和人员作业舒适性。开发拖拉机的动力换档和无级变速箱、电子控制分置式液压悬挂、电液提升器与悬浮式转向驱动桥等技术，研制全动力换档、无级变速传动、四轮制动等系列大型拖拉机，为现代农业多样化生产提供绿色高效动力。特别是丘陵地区的农业机械发展要注重机具的地形适应能力，研发具有地面仿形功能的主动悬架，提高机具在山地作业的安全性。其次是智能化田间作业机械，开展现代农业装备参数信息获取与控制智能一体化，包括提升耕整地机械、播种机、施肥机、收获机械等作业机械的智能化。精准农业的智能化田间作业装备能大幅提高化肥和农药的利用率，比如耕整机械装备可以结合土壤信息感知技术，在耕整地阶段进行全方位、多参数地感知土壤信息，建立土壤信息处方图；变量喷雾机能提高农药利用率，减少污染，保护生态环境；智能化施肥机械可以在施肥过程中根据作物密度、土壤肥力等参数控制施肥量，提高肥料利用率。

3　构建农机智慧作业系统　

现在国内各地区的农机作业信息管理系统复杂多样，无法实现数据共享与多地的联合统一调度。对各地区信息管理平台与智能农机装备的接口进行标准化统一，增强监控终端和操作系统的可移植性，统筹规划建立全国统一的农业机械化作业管理系统。运用“互联网＋”平台，围绕农机作业耕、种、管、收等核心环节，通过车载GPS、摄像头和多种作业状态检测传感器，实现多机型、多时段、多地域的远程作业路径跟踪定位，作业视频监控、农机农业生产情况等的实时监测，机车统一指挥调度、机具信息管理、机手管理等。标准化农机作业信息管理系统的大面积推广，使得各地农机部门采用信息化手段快速科学地对农业机具进行调度，有效促进了闲置农机的应用，由此提高农机利用率，降低农业机械化的运营成本。通过农机作业大数据系统，将农机和农艺融合起来形成耕种管收全生态链的信息感知大数据系统，满足现代农业健康、绿色、精准和高效的需求。

此外，推行建立农业机具数据库、农机作业离线数据库和农机政务信息资源库，生成农业装备作业处方图来指导农机装备进行智能化作业，为农业机械化大数据分析利用做好准备。建设农场管理远程咨询系统、农场咨询系统和涉农技术中心网站等能为农民获取信息服务提供重要载体,提高农民技术水平和信息选择能力。

4　推进农机自主作业技术研究与无人农场建设　

无人农场是新一代信息技术、智能装备技术与先进农艺深度融合的产物，也是未来农场的发展方向。目前搭载卫星导航系统的辅助驾驶农业装备是现代农业装备的主流，随着农业信息化和智能化的发展，开展对无人农机路径规划及导航决策、自主避障、多机协同作业技术的研究是未来无人农机自主作业的关键。

无人农场的关键技术在于智能感知、智能导航与智能决策等方面。农业装备的作业环境是复杂的非结构化环境，农机自主作业对装备的信息感知系统、控制系统、无线通讯系统有更高的要求。设计结合农机自身传感器对作业环境信息进行路径规划的算法，解决导航决策的鲁棒性和抗干扰性，开发多机协同作业任务分配算法，为农机的自主作业奠定技术基础。利用卫星遥感、无人机拍照、车载多功能传感器等技术实现作物土壤探测、农作物长势与病虫害等信息的实时动态监测。依托无人农场智慧管理云平台，通过信息化手段，实现农业机械装备的生产指挥调度和生产要素的全面管理。农业生产和管理的全程无人化，能大大提高劳动生产效率，改善人力劳作的农业模式。

5　加强农机信息化技术标准制定与复合型人才培养　

为加快信息化技术在农业机械上的应用，建议依托联盟、学/协会等团体和组织，建立对农业智能装备领域常用术语和技术标准、安全标准、服务标准等相关标准体系；对农机装备上的智能监控终端、编写数据接口规范、无线通讯协议等农机装备的共性通用技术标准，优先集中发布实施。

大力建设现代农业综合示范基地，多鼓励国内外大型农机企业入驻，对农机信息化产业链中关键技术的研发给予资金支持，促进行业的快速技术革新。加强对农业机械管理人员的培训和专业技术指导，可以有效地加快农业机械信息化的建设，重点培养适合农业机械化信息建设的专业性人才，从而全面促进农业机械化生产的自动化和智能化水平。

作者简介

陈学庚   院士

陈学庚，1947年4月生，男，汉族，江苏省泰兴市人，农业机械设计制造专家，中共党员。1968年毕业于新疆兵团奎屯农校。曾任新疆农垦科学院农机研究所所长，现任石河子大学终身教授，博士生导师，中国农业机械学会副理事长，《智慧农业（中英文）》顾问。 

扎根边疆基层一线连续从事农业机械研究推广工作51年，突破了地膜植棉机械化技术关键，攻克了滴灌技术大规模应用农机装备难题，研发了多项棉花生产机械化关键技术与装备，为促成新疆棉花生产两次飞跃提供了有力的农机装备支撑，为新疆棉花生产全程机械化技术研究和大面积推广应用做出了重大贡献。获省、部科技进步奖24项，其中，1995年作为第2完成人获“国家科技进步一等奖”1项，2008年、2016年作为第1完成人获“国家科技进步二等奖”2项，1992年作为第3完成人获“国家星火二等奖”1项，作为第1完成人获省、部级科技进步一等奖5项。获国家专利80余项，专利实施后形成的新产品中有9项获“国家重点新产品”。在农业机械学报等国内学术刊物发表论文40余篇。