文章来自35斗微信公众号，作者何雄奎，编辑张玉洁
此前，中原农谷·2023国际未来农业食品百强大会在河南新乡成功举办。中国农业大学农业无人机系统研究院院长何雄奎出席活动并作了《无人农场构建与智能装备技术研发应用》的主题演讲，本文据其相关分享整理。
我们为什么要构建无人农场？
大家都知道，小麦、玉米等作物长势比较均一，农田也较为规整，这些品类构建无人农场的可能性较大。但就果园来讲，且近几十年来国家都在强调上山下滩，山上和坡地地形特殊，许多大型农业机械都不容易进入。
千万年来，山坡、山顶和山半腰的地表径流不同，导致其土壤结构、营养成分都不一致，这就需要我们做差异研究工作。就像果园一样，若一个果园中的水果品质不均，价值就不同，其市场价格自然就高不了，农民挣钱就少了。基于此，我们选择了果园作为无人农场的研究对象，主要想帮助农民增收致富，助力乡村振兴。
如果我们把果园比作一个生产工厂，将每颗果树比作生产车间便能发现，若要从坡顶到坡谷都生产出品质均一的水果，我们就需要知道环境、花果、根系、管理等各板块的影响因素。
有的人可能会问，智慧果园需要“智慧”到什么程度？其实现阶段人类最智慧。因为人类有眼睛，可以看到实物获取信息，并且实现大脑决策后用手配合完成动作。所以我们需要“拟人化”，通过定制各种各样的传感器把果园的信息集合起来，发送到基站或者数据集成中心进行管理和计算，以做出某个决策，比如是否要打药、修剪果枝等。
因此，我们搭建了一个物联网系统，通过它来构建智慧果园。在这里，使用者可以通过智慧果园的大数据、物联网、移动互联网、云计算和无人作业装备，分别对应人类的手、脑、眼部位，并利用智能割草机、植保机器人、多功能采摘平台、无人修剪机、采摘机等设备作业。目前，我们已经在《智慧农业》杂志上发表了相关论文，同时也在诸多英文刊物上系统地发布了智慧果园。
针对无人机近地遥感信息获取系统，我们和大疆合作了P3与植保无人机等，也合作了五个波段从而获取光谱图象。现阶段，我们已研发出了基于无人机飞行平台的近地多光谱图像信息系统及多通道农药、肥料可控变量作业系统，可以提高植保与施肥作业功效与防效，可实现省肥40 %以上，省水、省药50 %以上。
针对土壤的氮磷钾元素测定，我们可以通过地面土壤传感器获取系统收集数据。例如，果园间的害虫都会通过专业传感器加摄像头来获取，这也是我们与华为合作的智能感知系统，它会拍摄果园照片等信息发送到基站。此外，该系统还有大型或小型的机械手作为支撑。信息获取机器人，它也可以实时收集传递所有作物的生长信息。
通过使用上述设备，我们可以实现按照作物生长过程进行智能化浇水施肥与植保，确保规律操作，提高智能管理效率与水平。
中国农大已研发多款硬件系统，推动智能装备发展
有人说，智慧果园离我们很遥远，其实并不是如此。在过去几年，我们商用的北斗系统一个都要好几万人民币，但现在它的价格已经下来了，一万块钱就能拿下，在新疆买甚至只需要七八千块钱。
北斗商用系统可以赋能自动驾驶与各种作业系统，它是基于有人驾驶拖拉机进行改装后就可适用于多种作业机具。同时搭载各类作业监管系统，实时反馈作业效果。在地面板块，我们的智慧果园配备有果园无人除草机等各类装备，真正做到无人驾驶，系统的智能化管理。
除了上述系统，我们还研发了梨园疏花疏果机、多功能开沟施肥机、果树仿形修剪机、立体式无人果园喷雾机、智能仿形变量喷雾机器人等设备。
其中，立体式无人果园喷雾机器人采用了北斗导航和地面设备结合的方式，将过去的加一次药只能打10亩地变成了现在无人装备空地结合可以打100亩地，作业效率提升了10倍，且只需要一个系统即能全部控制，简单高效。
2016年开始，我们使用无人机从山顶到坡底给桃园打药，彼时我们就和大疆合作，联合研究仿地飞行技术。大疆的植保无人机技术与我们中国农大无人机系统研究院合作，同时他们也专门成立了大疆中国农业大学实验室，专业研发植保无人机。我们共同研发的多旋翼枝向对靶植保无人机系列可以顾及到果园的每一行树、每一颗树。
此外，病虫害智能管理装备系统可以通过照片等信息来计算虫种、虫量等信息，然后将上述照片发送到云平台分类计算，达到设置阈值将开始喷药。
今年，我们团队发表了一篇关于水果采摘的文章。文章指出，目前全世界采摘苹果或梨平均需要9-15秒，因为我们需要分析它是否成熟，此过程中需要用眼、脑和计算。我们研发的果园采摘机器人系统就是完全模仿人类手指的机械手，可以实现智能化采摘。
我们还做了果园智能防冻系统，当温度低于零度的时候它就会自动开启，按照设定值智能调节果园实时温度，目前该产品已被列入农业农村部的火花计划。
无人化、智能化是农业的大势所趋
根据上述研发装备和系统，2019年我们在北京构建了第一个智慧果园——北京平谷西营智慧果园。该智慧果园拥有300亩佛见喜梨、150亩大桃和80亩大樱桃，运用了智能水肥药管理系统、远程自动智能监测系统、虫情测报防治一体化系统和智能农机装备监管系统。
西营智慧果园广受社会关注。其中，2021年7月26日，中共中央政治局常委、书记处书记蔡奇（时任政治局委员、北京市委书记）在中国农业大学校长孙其信的陪同下考察了西营村智慧果园建设情况。他指出，科技在农业中大有可为，要不断推动农业科技迭代更新，将论文写在大地上，将成果落实到生产中。
同样，我们按照北京西营的智慧果园标准与吉林延边国家梨综合站合作共建了400亩智慧苹果梨园。并与北大荒集团合作，建立了智慧水稻无人农场。我们在水稻智慧农场建设了基站，获取信息后用无人化作业方式管理农场，实现耕、种、管、收的全程无人化农机作业，提升作业效率的同时实现了智慧决策、精准管理目标。
此外，我们还在水稻智慧农场建立了全自动化叶龄诊断监测点4处，叶龄跟踪调查点40余处，为使用者提供智能叶龄诊断服务，利用视觉计算、人工智能技术等智能识别龄期、株高、分蘖等表型参数，突破了人工智能在农业领域应用的瓶颈，为农业生产管控提供精准指导服务。
在我看来，实现农业的机械化、无人化是大势所趋。我们已经在应用研究和智能装备方面取得了一些成果，例如建设了多个无人农场等，这标志着我们已在这场伟大的变革中迈出了重要的第一步。
然而，我们必须承认，在无人化、智能化和机械化的进程中，仍存在一些挑战和问题，如专业传感器、算法等关键技术难题。因此，我们需要集思广益，携手共进，正如中国高铁建设所展现的巨大变革力量，智慧农业也将成为振兴农业、农村和农民的关键手段。它不仅代表了未来的发展方向，更是改变中国农业现状的重要技术力量。
