吳建浩

（張家港市農(nóng)業(yè)機械技術(shù)推廣站，江蘇 張家港 215600）

1 “無人農(nóng)場”介紹

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的進一步普及推廣，“互聯(lián)網(wǎng)+”已經(jīng)成為我國新時代社會發(fā)展的潮流。根據(jù)江蘇省2021 年1 號文件精神要求，推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全程全面機械化和農(nóng)機裝備智能化綠色化行動是推動農(nóng)機化轉(zhuǎn)型升級高質(zhì)量發(fā)展走在全國前列，助力鄉(xiāng)村振興，加快實現(xiàn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的重要保障。農(nóng)業(yè)AI+大數(shù)據(jù)服務(wù)是未來農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的趨勢。

“無人農(nóng)場”概念非常寬泛，涉及農(nóng)業(yè)大田、畜禽養(yǎng)殖、林果茶、水產(chǎn)等各個領(lǐng)域，載體可以是農(nóng)業(yè)（農(nóng)機）專業(yè)合作社、家庭農(nóng)場、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)示范基地等組織。

本案根據(jù)《江蘇省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全程機械化智能化示范基地（園區(qū)）評價指標體系》要求，研究以農(nóng)機專業(yè)合作社、家庭農(nóng)場為載體的“稻麥田間作業(yè)全程‘無人化’智能裝備技術(shù)”。以物聯(lián)網(wǎng)、智能裝備、智能終端等先進技術(shù)為依托，針對稻麥種植情況配置智能化農(nóng)機裝備和信息數(shù)據(jù)終端，打造稻麥生產(chǎn)“機械化+智能化”技術(shù)模式，實現(xiàn)稻麥田間作業(yè)主要環(huán)節(jié)（耕整地、種植、植保、收獲等）無人化作業(yè)。

2 技術(shù)路線

稻麥種植建立智慧“無人農(nóng)場”綜合信息系統(tǒng)，技術(shù)路線如圖1 所示。

圖1 技術(shù)路線

3 關(guān)鍵技術(shù)

基于北斗導(dǎo)航的“無人化”耕整地作業(yè)技術(shù)、智能化農(nóng)機監(jiān)測管理平臺、大數(shù)據(jù)可視化平臺系統(tǒng)。

3.1 基于北斗導(dǎo)航的“無人化”耕整地作業(yè)技術(shù)

對拖拉機加裝電子控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)自動無人作業(yè)、自動轉(zhuǎn)向調(diào)頭、緊急停車等功能，見圖2。無人拖拉機的跨行全路徑作業(yè)效果如圖3 所示，全路徑橫向偏差在±20 cm 之內(nèi)。

圖2 拖拉機配套設(shè)備耕整地作業(yè)

圖3 無人駕駛拖拉機跨行全路徑作業(yè)軌跡

3.2 農(nóng)機信息化監(jiān)管系統(tǒng)平臺（無人智慧農(nóng)場智慧管理系統(tǒng)）

結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提供智能農(nóng)機在線監(jiān)測功能，實現(xiàn)作業(yè)可視化，作業(yè)軌跡、作業(yè)質(zhì)量等實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)展示。實時作業(yè)基于地圖，按照農(nóng)機類型分類，實時展示農(nóng)機的分布情況，自動統(tǒng)計當前在線、當日在線、當月在線和長期離線農(nóng)機數(shù)量，見圖4。

圖4 農(nóng)機信息化監(jiān)管系統(tǒng)平臺

3.3 大數(shù)據(jù)可視化平臺系統(tǒng)

支持分布式大數(shù)據(jù)可視化平臺系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理，作業(yè)分布，基于地圖，展示區(qū)域作業(yè)的輪作情況，可以按照作業(yè)類型和年份查詢指定年份和作業(yè)的輪作，也可以輸入經(jīng)緯度范圍，進行給定區(qū)域去重查詢，見圖5，支持“全程機械化+綜合農(nóng)事”服務(wù)等信息定制化展示處理。

圖5 大數(shù)據(jù)可視化平臺系統(tǒng)

圖6 界面主功能模塊

4 配套技術(shù)

4.1 利用原有設(shè)備進行“無人化”農(nóng)機改進，接入系統(tǒng)平臺

主要有：智能聯(lián)合收割機（圖7）、智能插秧機（圖 8）、智能植保機（圖 9）。

圖7 聯(lián)合收割機作業(yè)

圖8 乘坐式高速插秧機作業(yè)

圖9 自動噴霧植保作業(yè)

4.2 自動灌溉系統(tǒng)

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算建設(shè)無線智能灌溉系統(tǒng)。主要組成：灌溉閥門裝置、土壤溫濕度傳感器、氣象站、智慧灌溉云子平臺組成。由無線智能閥門控制器、智慧灌溉云平臺、土壤溫濕度傳感器、氣象站（可測量溫度、濕度、風速、風向、降雨量）設(shè)備所組成，通過智慧灌溉云平臺PC 端和移動端實現(xiàn)對地面、地下環(huán)境信息等進行遠程管理，進而做出灌溉決策，并對灌溉系統(tǒng)設(shè)備進行遠程控制；適應(yīng)性強、全天候無人值守、隨時隨地遠程現(xiàn)場集中管理、節(jié)省人力數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、數(shù)據(jù)精準，丟包率＜1%。

后期根據(jù)土壤水分情況進行精準灌溉（區(qū)域噴灌），小麥屬于旱作物，全程可以進行噴灌，所有目前的節(jié)能灌溉系統(tǒng)可以滿足這兩種作業(yè)的灌溉需求，充分體現(xiàn)精準環(huán)節(jié)，見圖 10、11、12。

圖10 自動灌溉系統(tǒng)示意圖

圖11 太陽能供電

圖12 灌溉系統(tǒng)架構(gòu)

5 裝備系統(tǒng)管理

5.1 農(nóng)機裝備管理維護，包括農(nóng)機信息和終端信息

支持輸入和導(dǎo)入兩種方式，對于在現(xiàn)有系統(tǒng)的農(nóng)機裝備通過對接導(dǎo)入方式。

5.2 農(nóng)機設(shè)施

農(nóng)機倉庫，烘干中心等農(nóng)機設(shè)施維護管理，支持位置信息以及視頻設(shè)備維護。

5.3 機具管理

機具信息管理維護，支持輸入和導(dǎo)入兩種方式，對于在現(xiàn)有系統(tǒng)的機具通過對接導(dǎo)入方式。

5.4 設(shè)備管理

監(jiān)控攝像頭，溫濕度傳感器，射頻傳感器等設(shè)備管理和維護，包括設(shè)備基礎(chǔ)信息和位置信息等。

5.5 農(nóng)機作業(yè)數(shù)據(jù)報表

按照作業(yè)農(nóng)機，基于地圖和數(shù)據(jù)列表，按照給定的時間范圍，生成一張作業(yè)情況的詳細報表，支持導(dǎo)出。

5.6 組織管理

平臺中合作社管理和維護，基于國家標準的行政區(qū)域規(guī)劃創(chuàng)建，支持輸入和導(dǎo)入兩種方式，對于在現(xiàn)有系統(tǒng)的合作社通過對接導(dǎo)入方式。

5.7 用戶管理

平臺用戶賬號的創(chuàng)建和維護。

5.8 權(quán)限管理

平臺用戶權(quán)限的創(chuàng)建和維護。

5.9 大數(shù)據(jù)頁面

根據(jù)區(qū)域農(nóng)機機具作業(yè)情況，生成區(qū)域農(nóng)機大數(shù)據(jù)頁面，包括今年至今作業(yè)數(shù)據(jù)分析，按照作業(yè)類型分別統(tǒng)計分類，上一個工作日新增作業(yè)數(shù)據(jù)，農(nóng)機和機具分類統(tǒng)計情況，在線農(nóng)機情況統(tǒng)計分析，實時作業(yè)照片多場景輪播展示，區(qū)域下級區(qū)域作業(yè)統(tǒng)計，區(qū)域農(nóng)機合作社統(tǒng)計等。

5.10 農(nóng)事信息管理系統(tǒng)

農(nóng)事信息管理系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)預(yù)警三部分組成。根據(jù)項目需求，通過配置田間高清攝像頭和蟲情監(jiān)測儀，實時獲取田間作物生長照片以及蟲情監(jiān)測情況，通過平臺上的分析，結(jié)合預(yù)警事件，最終及時高效對農(nóng)事活動進行指揮調(diào)度，見圖13、14。

圖13 平臺主功能模塊示意圖

圖14 蟲情監(jiān)控

5.11 地理信息系統(tǒng)及基礎(chǔ)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

智能農(nóng)場由大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺、智能農(nóng)機和傳感器物聯(lián)網(wǎng)組成，數(shù)據(jù)傳輸依賴穩(wěn)定可靠的通訊網(wǎng)絡(luò)，需要在農(nóng)場建設(shè)不低于4G 的通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)覆蓋，5G 通訊具有更好的邊緣計算能力和更小的延時，更適合用于打造智能農(nóng)場。地塊信息的數(shù)字化、高精度定位服務(wù)覆蓋和高速通訊服務(wù)，為農(nóng)機轉(zhuǎn)運、田間作業(yè)和異常事件處理提供基礎(chǔ)保障。

6 結(jié) 語

目前國內(nèi)尚無成熟的“無人農(nóng)場”模式，結(jié)合農(nóng)藝要求與實際生產(chǎn)需求對農(nóng)業(yè)裝備進行智能化、無人化升級改造，通過關(guān)鍵技術(shù)突破探索“無人農(nóng)場”運營模式，是構(gòu)建“無人農(nóng)場”的必然途徑。

張家港稻麥田間作業(yè)全程“無人化”智能裝備與技術(shù)模式是一種探索，關(guān)鍵技術(shù)與配套技術(shù)的運用，基本實現(xiàn)了稻麥生產(chǎn)田間作業(yè)“無人化”的要求，并以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建集智能農(nóng)機、精準作業(yè)、狀態(tài)監(jiān)測、遠程控制、監(jiān)控調(diào)度、大數(shù)據(jù)可視化于一體的無人化生產(chǎn)體系。