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尹彦鑫,孟志军,赵春江,王昊,温昌凯,陈竞平,李立伟,杜经纬,王培,安晓飞,尚业华,张安琪,颜丙新,武广伟.大田无人农场关键技术研究现状与展望[J]. 智慧农业(中英文), 2022, 4(4): 1-25.DOI:10.12133/j.smartag.SA202212005

(资料图片仅供参考)

YIN Yanxin,MENG Zhijun,ZHAO Chunjiang,WANG Hao,WEN Changkai,CHEN Jingping,LI Liwei,DU Jingwei,WANG Pei,AN Xiaofei,SHANG Yehua,ZHANG Anqi,YAN Bingxin,WU Guangwei. State-of-the-art and Prospect of Research on Key Technical for Unmanned Farms of Field Corp[J].Smart Agriculture, 2022, 4(4): 1-25.DOI: 10.12133/j.smartag.SA202212005

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以北京市农林科学院智能装备技术研究中心在吉林省公主岭市参与建设的玉米无人农场为例，阐述玉米无人农场的组成与应用。公主岭无人农场位于吉林省公主岭市102国道南侧吉林省农业科技示范园内，无人农场建设面积67公顷（1000亩），其中核心区（旱田）23公顷（350亩）。

1.1　无人农场建设内容

玉米无人农场由信息感知系统、智能农机装备、管控云平台三部分组成。

1.1.1　信息感知系统

包含无人机遥感设备、田间综合监测站、物联网测控系统的天空地一体化观测和数据感知系统，能够自动监测农场环境及作物生长信息，并传输至智慧农机管理系统。

部署了无人机遥感设备用于开展农田地块信息、作物信息采集监测，为农场生产管理和农机装备无人作业提供基础地块边界、作物长势等信息数据。采集到的农田地块信息如图1所示。

全球农业生产均存在农业从业人员持续减少、人工成本高、传统机械作业质量差等问题，未来谁来种田、怎样种田甚至无人种田问题是全球农业面临的重要挑战。随着现代信息技术与农业生产的深度融合，无人农场在农业生产中发挥的作用和带来的效益越发明显，以自动导航为代表的无人农场关键技术已经或正在改变现代农业生产方式。

以农机自动导航为标志，中国无人农场关键技术已开展了近20年的研究。期间，中国农机自动驾驶系统的发展经历了学习、发展、追赶和超越国外技术的艰辛历程，形成了具有自主知识产权的农机导航系列产品，打破了国外产品长期垄断的局面。近些年，中国农机龙头企业先后研发出了无人驾驶拖拉机、无人植保机、无人收获机以及无人运粮车等无人化农机装备产品，并在小麦、水稻、玉米等大田生产中进行了大量的应用实践，初步形成了适应国内农业生产模式的无人农场雏形。

（1）与国外无人农场技术横向相比，中国无人农场技术总体落后。在农机作业智能决策、精准作业控制等方面，中国积累农业生产数据不足、数据维度也不够，且缺乏对数据的有效分析与利用；此外，中国幅员辽阔，农作物类型南北差异大，作物生长环境和生产农艺要求也存在时空变异；上述原因导致国内成熟的农机作业决策模型少，模型缺乏普适性。总体上，中国在精量播种与变量施肥控制、精准喷洒控制、高效高质收获作业控制等领域尚处于研究发展阶段，与国外存在一定差距，这也是中国未来无人农场技术领域需要着力发展的方向。

（2）无人农场作为新型生产方式，目前在技术上尚不完全成熟，普遍还存在农田非结构环境多模态信息融合感知模型缺乏、无人化农机装备自主性差等问题。未来无人农场技术研究将主要聚焦于农田非结构化环境感知、复杂多变农田环境下农机无人驾驶、无人农机作业任务分配与路径自主规划、无人化农机机群自主协同作业控制等核心技术领域，这些技术既是难点，也是未来最具竞争力的技术制高点。中国与国外在该领域基本处于同一起跑线，是未来最有可能超越国外同类技术产品的领域。

（3）中国无人农场的发展需要瞄准农业现代化与乡村振兴战略的重大需求，突破一批无人农场卡脖子与短板技术，创制适用于中国农业生产的无人化农机装备，实现机器代替人力、电脑代替人脑、自主取代进口的转变，并通过技术产品的广泛推广应用，加速改善中国农业生产面临的困局，提高中国农业生产效率与效益，引领现代农业的发展，早日成为世界农业强国。