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智能家庭农场发展趋势?适度规模让每一寸土地都发挥最大效益

6月11日,在山东省淄博市临淄区朱台镇禾丰种业生态无人农场的麦田里,多台无人驾驶的拖拉机、小麦收获机、播种施肥一体机、植保无人机、秸秆粉碎灭茬混土还田机等农机装备上演了一场
“大练兵”,集中展示了最新的农机无人驾驶技术成果,不仅让与会者大饱眼福、倍感振奋,也让大家看到了农业的未来。图片 1无人农机秀出十八般武艺,打造可复制的生态无人农场样板
无人农机秀出十八般武艺
这个由山东理工大学与淄博禾丰种业公司合作共建的生态无人农场,经历了两年多的筹备,于今年3月正式开工建设,集合了山东理工大学农机、交通、机械、计算机、电气、资环学院相关重点学科技术骨干组成50多人的跨学科大团队。短短3个月,在小麦、玉米种植关键生产作业环节的无人化作业上取得了可喜进展。
当日上午,这些技术成果进行了集中演示,无人农机竞相上场秀出十八般武艺。
率先起飞的三架遥感无人机是生态无人农场的
“眼睛”,可获取作物的全方位信息。大疆精灵4rtk具有厘米级定位精度,可以为地面作业农机和植保无人机提供精准作业地图;搭载长光禹辰自主研发MS600多光谱相机的无人机可获取小麦多光谱数据,为小麦品种识别、产量估算和病情监测提供基础数据;山东理工大学自主研发的可见光遥感无人机可同时实现视频、飞机状态参数的实时回传,获取农场作物现状视频和影像数据。
轻装上阵的由淄博市农机研究所研发的小型植保机器人轻巧灵活,能在田间自由穿梭。另一款地面智能喷雾植保机器人能完全实现无人驾驶,自动规划路线,地头自动转弯掉头,可同时喷洒农药和叶面肥。
山东理工大学自主研发的无人驾驶高地隙植保机,能根据当前位置自动寻找作业路径,直线导航误差小于5厘米。极飞P30植保无人机可以一键起飞、一键返航、一控多机、全自主飞行。这些智能化的无人植保机械均可以实现人药分离。
引人注目的东方红1104-C无人驾驶拖拉机和玉米条带耕精密播种机,虽是“重量级选手”但行走自如,可以实现直线行驶作业、地头自动调头及自动避障,同时还可以实现挂接农机具的自动升降,整个作业过程均是无人化操控。
此外,由山东理工大学与北京合众思壮科技股份公司共同开发的智能化小麦收获机,不仅实现了田间直线作业的无人操控,还能有效减少漏收,降低收获损失。
无人驾驶农机能够极大地提高农业生产效率,提高作业精准度,将给农业生态带来翻天覆地的变化。
生态无人农场团队负责人、法国欧洲科学院兰玉彬院士表示,这次演示的无人驾驶技术属于国内领先,涉及耕种管收全过程,采用天、空、地一体化技术进行全方位信息采集和处理,已经实现了云端农田的边界设置、耕作路线规划等,实现农机直行、转向、倒车等控制,完成了农田里全无人驾驶的第一步。
云平台为无人农场提供智慧大脑
这么多的农机能在无人驾驶的情况下自由奔走田间,背后离不开物联网、5G网络、大数据、云平台等技术的支撑。
位于农场中央的指挥控制中心和云平台监控系统,可以说是无人农场的“大脑”,可对农场进行整体调控,监控农场内作物生长环境、土壤状态以及所有机具的作业状态,并进行智能实时调控。
山东理工大学计算机学院教授王志强介绍,物联网云平台系统的智能农机监控信息化平台系统,可以实现无人农机的农机监控、作业监控、路径规划、历史轨迹、指挥调度、统计分析和设备预警等功能。
无人农机采用北斗GPS系统+姿态传感器实时获取自身的高精度定位信息,并采用4G5G网络发送至云平台。结合GIS系统,操作人员可以在办公室里对农机进行精准操控,真正实现农机的无人应用,这会让一个人管理上千亩田地成为可能。
“屏幕上绿色的路线是无人农机作业的轨迹,蓝色的路线是人工驾驶农机作业的轨迹,我们可以清楚地看到,无人农机作业比人工操作更加精确。”王志强说。
云平台还有一个重要组成部分是农情平台。笔者看到,在农场的不同角落,分布着一个个蓝色的小箱子,它们是土壤墒情检测器,可以测量不同深度土壤的湿度、温度、pH值等信息,另外还有无人值守、超低功耗的智能检测气象站,可以实时监测农田空气温度、湿度、降雨量、风速等信息。
卫星遥感监测、无人机遥感监测和地面监测采集的农情信息上传到云平台后,进行存储汇总分析,结合后台的农资管理数据、产量数据、植物生长数据等,将形成无人农场的农业生产大数据。这样就可以科学指导农业生产,判断何时该播种,何时该施肥,并更加精准地进行灌溉、施肥和用药,提高农产品的产量和质量,建立数据驱动的“数字化农场”。图片 2无人农机秀出十八般武艺,打造可复制的生态无人农场样板
打造可复制的生态无人农场样板
据了解,无人农场国内并非独此一家,2018年江苏兴化市就启动我国首个无人农场建设,并开展了首轮农业全过程无人作业试验。而禾丰生态无人农场更可贵的是,跟绿色生态循环农业有机结合起来。
经过指点,笔者发现,在麦田的两边种植有金叶接骨木、矢车菊、蛇床草等植物,这些植物可以涵养天敌,给害虫天敌一个栖息地,从而减少害虫对农作物的危害。同时农场里还采用杀虫灯、赤眼蜂防治玉米螟等绿色防控手段来减少农药施用,采用水肥一体化喷施系统实现减肥节水,采用生态沃土技术来保护土壤,尽可能地保护农场生态平衡。
麦田的旁边,大片的紫色苜蓿正值花开,煞是好看。禾丰种业董事长朱俊科介绍说,通过玉米和苜蓿间作种植,苜蓿可以固氮给玉米提供养分,同时也可以和玉米一起作青贮饲料,这样既减少了饲料成本,解决了秸秆处理难题,又提高了肉的品质和口感。
在农场的养牛车间,通过生物菌发酵技术处理牛粪,既减少了污染和异味,又能实现粪便还田,以肥养地。牛的尿液富含氮,经过生物菌技术处理后可以生成球藻,共生养藕,再经过养鱼净化过的水,既可以浇地,又可以当做牲畜的饮用水,一个立体种养、闭合式生态循环农业的雏形已经清晰可见。
“生态无人农场融合了生物防控、绿色植保、无人机、农业机器人、人工智能、物联网、大数据、云计算等众多高新技术,是重大高新技术集成应用、研发与模式创新的结合体。生态无人农场是农业产业变革的第一步,这个领域的竞争才刚刚开始。”山东理工大学教授张彦斐告诉笔者,目前团队正在设计一种自走式除草机器人,进一步探索无人农机技术。
“我们要做的,是打造一个精准化种植、智能决策、可视化管理和智能化操控的样板,构建可复制、易推广的绿色生态、高效环保的循环生态无人农场新模式,同时计划将生态无人农场面积由
500亩扩大到1000亩。”兰玉彬院士表示,今后将重点以提升农机无人操作为主要方向,对于不规则地块,着重研究如何优化作业路径、如何高效可靠地实现自主转弯、如何实现农机农具的自适应工作,进一步优化性能,构建多机械、多机种协同作业的工作模式,最大化地解放双手,为解决“谁来种地”问题提供强有力的科技支撑。

智能家庭农场发展趋势?适度规模让每一寸土地都发挥最大效益
核心提示:无人农场上青贮玉米收割机正在收割青贮饲料玉米。资料图喝着咖啡就能把地种了!或许你觉得这是异想天开,但是在山东省淄博市禾丰种

在生态无人农场西邻的一处麦田里,杨铖正操控着一架无人机进行飞防作业。“无人机一次就能满载20斤农药,每小时作业量可达40-60亩,作业效率至少是人工的30倍以上。”杨铖颇为自豪地说,如今利用农用植保无人机进行飞防不再是什么新鲜物,已逐渐在临淄区普及。

无人农场上青贮玉米收割机正在收割青贮饲料玉米。资料图喝着咖啡就能把地种了!或许你觉得这是异想天开,但是在山东省淄博市禾丰种业生态无人家庭农场,农场主朱俊科已经把这个想法变成了现实。你看,这块地的玉米受台风利奇马影响,出现倒伏。通过无人机实时监控,我们就能及时分辨出哪个品种的玉米更抗倒伏!近日,记者来到朱俊科的家庭农场,但见坐在农场指挥中心的朱俊科,在大屏幕前就能把各块地的作物长势情况尽收眼底。生态无人农场的智能化水平远不止这些。在指挥中心,朱俊科通过发送不同的信号指令,田间的农机就按照规划路线自动整地、播种、施肥、打药、收割。在无人农场,机器几乎已经将人力要素从土地耕作中彻底解放出来。经营好农场要讲究一个度,不能盲目追求垒大户。朱俊科告诉记者,家庭农场是由我和哥嫂两家一起经营的,有多少人力资源,有多大的管理能耐,有什么样的机械装备,就揽多少活!朱俊科现在经营的农场面积约为500亩,他感觉略微有些施展不开手脚,等到各方面条件成熟了,朱俊科决定把农场的面积扩大至1000亩。适度规模
让每一寸土地都发挥最大效益谁来种地的问题怎么解决?用科技来解决!这是朱俊科建立生态无人家庭农场的初衷。如同全国其他地方一样,朱俊科的农场周边所在地,年轻人普遍外出打工,村庄出现老龄化、空心化现象,土地规模集约种植的条件完全具备。土地要集中连片,才能有效地降低经营成本。朱俊科流转了临淄区朱台镇北高西村、革新村两个村共500亩的土地,每亩地的流转费用约为700元钱。这几块地连片成方,平整肥沃,适合农机耕作。若是坑坑洼洼、不方整的土地,会加大种地的成本。家庭农场占地500亩,这个面积,朱俊科考虑了多重因素。一是要结合自有机械装备的工作周期和维护成本,二是要考虑到自己农场的管理水平。朱俊科表示,如果野心太大,贪广贪多,反而会因为管理水平跟不上导致入不敷出,不如在力所能及的能力范围内使得每一寸土地都发挥最大的收益。在农场,记者看到陆陆续续有消费者前来体验玉米采摘。农场是对外开放的,消费者可来现掰现买,既能采买到自己满意的农产品,又能体会田园乐趣。我们根据农场自身的特色面向市场,我们在农场种植了约100亩的山农禾丰1号,这个玉米又甜又糯,口感很好,在本地很有市场。过来体验购买的消费者很多。朱俊科认为,对准市场需求也是家庭农场持续健康经营的关键所在。淄博市农业技术推广中心副主任荆延东认为,无人家庭农场实现了经营效率的最大化和产品品质的最优化,从而实现节约资源、降低成本、环境友好的综合目的。这种用脑力劳动代替体力劳动的智能化管理模式,是未来家庭农场发展的必然方向。全程智能
一人管理千亩农场成为可能朱俊科的无人农场是与山东理工大学合作开展的。农场整合了现代农艺和农机装备、绿色植保技术、无人机等,依托天空地一体化农情信息获取系统,达到绿色生态农业的无人化、精准化操控,形成可复制、易推广的循环生态农场新模式。农场实现了前期耕种阶段、中期管理阶段和后期收获阶段的全程智能化。山东理工大学教授张彦斐告诉记者,比如在中期,水的管理尤为重要,而无人浇水也是整个无人农场建设的关键节点。农场的智能灌溉系统在实际运作中,能及时给作物解渴。据了解,在无人农场的田间设有多处探头探测土壤中水的含量,根据大数据测算系统,获取作物在未来一段时间需水量,再根据田间的持水量,计算出需要补灌的用水量,根据需要补灌用水量,完成作物的补水。智能化的农场,包括大脑中枢、传感系统和操作系统,能够完整地获取信息、处理信息并应用信息。张彦斐补充道。云平台监控系统,是无人农场的大脑。系统对农场进行整体调控,监控农场内作物生长环境、土壤状态以及所有机具的作业状态,并进行智能实时调控。天地空智能农业传输系统,是无人农场的传感器。通过采用北斗GPS系统+姿态传感器提供的信息,通过无线通信网络实现对农业生产环境的智能感知、分析和决策结合GIS系统,操作人员可以在办公室里对农机进行精准操控,真正实现农机的无人应用,这让一个人管理上千亩田地成为可能。山东理工大学兰玉彬院士表示,通过小麦/玉米耕、种、管、收等环节全程的智能化,提高了生产效率,劳动用工费用减少了25%,节约了灌溉用水20%,减少农药投入30%,显著改善了农田面源污染,实现土壤的可持续利用。循环农业
实现原料高效利用、生态平衡记者跟随农场主来到牛场,体态肥硕的西门塔尔牛正在悠闲地吃着新鲜的秸秆饲料。这些秸秆饲料,正是利用刚刚收获的小麦秸秆制作的,看起来饲料的味道不错,牛的体型硕大肥壮。牛场占地30亩,主要养殖了西门塔尔牛和比利时蓝两个肉牛品种,饲养量达到1000余头,一年可出栏300头,产出效益近千万。朱俊科介绍道。禾丰生态无人农场不仅实现了全场智能化,也同时追求着绿色生态循环的价值目标。牛粪通过生物菌发酵技术处理,既减少了污染和异味,又能实现粪便还田,以肥养地。牛的尿液富含氮,经过生物菌技术处理后可以生成球藻,共生养藕,再经过养鱼净化过的水,既可以浇地,又可以当作牲畜的饮用水,一个立体种养、闭合式生态循环农业的雏形清晰可见。记者在农场还看到了金叶接骨木、矢车菊、蛇床草等植物,这些植物可以涵养害虫天敌,给害虫天敌一个栖息地,从而减少害虫对农作物的危害。同时农场里还采用杀虫灯、赤眼蜂防治玉米螟等绿色防控手段来减少农药施用,采用水肥一体化喷施系统实现减肥节水,采用生态沃土技术来保护土壤,尽可能地保护农场生态平衡。我们最近正在建设鱼菜共生项目,项目建成后,生态循环农业的闭环将进一步扣紧,生产环节每一步所使用的原材料都能够高效循环利用。朱俊科表示。这样,生态无人农场将实现秸秆饲料制备、畜牧养殖、养殖场固液废弃物处置、中水回用为一体的循环农业模式。兰玉彬认为,生态无人农场探索的最终目标是实现无人农场的可复制、可推广,让智能化机器深度参与农业生产全过程,逐步替代人力,参与决议计划管理。随着人工智能农业机器人升级换代和推广应用,它们将逐步替代农民手工劳动,破解农村劳动力不足难题。

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“农民过去就是面朝黄土背朝天父辈的辛苦看在眼里,小时候做梦都想着能甩掉农民的身份,去城里学门技术,当个工人。”杨铖笑着说,现在,智能科技让农业更有魅力,咱这农民干的,越来越职业,越来越上瘾。

不过,杨铖最近又有了新烦恼。

水肥一体、精准智能补给,只是淄博禾丰种业试点建设无人农场的一部分内容。该项目预计总投资9600万元,由山东理工大学农工学院院长兰玉彬院士主持,将分级、分期、分步进行,以智能化促进农业生产提质、增效、降本,建成后将成为临淄国家现代化农业示范区的一大亮点。

目前,临淄区完成水肥一体化技术示范推广面积4.3万多亩。

所谓的无人农场,就是充分利用新技术新装备,以尽可能少的人力实现更高效、更低成本、更健康环保的产出。粮食生产中,水肥管理尤为重要,而无人浇水是禾丰种业无人农场建设的关键节点。他们使用的这套智能灌溉系统,除了能及时解作物的“渴”还能解“饿”。该系统在土壤中设置探头,可以准确测量土壤中各种元素的含量,实现智能化施肥。

杨铖今年38岁,在十里八村是一个家喻户晓的种地好手,他不仅农业生产经验丰富,对于诸多现代化农用机械也能熟练使用。

2009年,杨铖联合其他十几名农机手,成立了朱台农机专业合作社,为全镇7万多亩耕地提供机械化作业服务。2015年,杨铖流转了南高村的300亩地,成为名副其实的种粮大户。

在朱俊科看来,未来农民不再只是付出体力的劳动者,而是成为更注重运营、管理的“新农民”。

种地几百亩不用几个人,运用大数据计算施肥量……

小麦进入返青期,正是田间忙碌时。3月27日,来到淄博市临淄区朱台镇淄博禾丰种业公司农场,500亩麦田上鲜见人影,一台长约300米的自走式喷灌车正在作业,煞是壮观。

“由原来的靠人工进行作业,到现在实现智能化无人作业,通过利用大数据和专家系统对投入品的使用进行精准化控制,在作物最需要的时期结合环境和土壤的具体条件精准作业,实现效率最高、品质最优,从而实现节约资源、降低成本、环境友好的综合目的。”淄博市农技中心副主任荆延东介绍。

“咱农村从来都不缺种地的老把式,但懂得新技术、会用新设备的行家能手却实在不多。”杨铖说,就近两年普及较快的植保无人机来说,一台机器七八万元,有钱就能上,但“飞手”短缺。“会种地的偏老龄化操作不来,会玩飞机的年轻人不懂农业或者对农业不感兴趣。咱只能以训代练,慢慢培养。”杨铖说,今年农机合作社就打算在无人机操作和维修培训上下功夫,“新农机层出不穷,咱农民也要不断学习,有知识、懂技术才不会被淘汰”。

“原先我们施肥都是人工在地里撒肥料,浇水是田间起垄大水漫灌,这样浪费水资源,一人一天也忙活不了几亩地。”禾丰种业董事长朱俊科算了笔账,原先大水漫灌的时候,浇一亩地,要用40多立方米水,如今利用智能喷灌系统可以控制在10到15立方米水,提高效率的同时大大节约了水资源。

“我们利用探头得出土壤中各种元素的含量,根据作物未来一段时间需肥规律,运用大数据计算出我们需要往地里补充多少肥料,将肥料随水一块喷施到土壤中,这样可以精准施肥,让它发挥最大的作用。”马甲良说。

“机械化程度越来越高,我们一家种300亩地很轻松,只有农忙时才会请人来帮忙。”杨铖说,前两年,他又代管了当地两家企业的600亩地,虽然忙活,却依然得心应手。农机专业合作社也逐渐地发展壮大起来,目前拥有社员已近300人,各类先进农机设备320多台。

同时通过实施水肥一体化技术,还大大减少了化肥的使用。“过去一亩地一季麦子底肥、追肥最少也要150斤,现在浇水就补肥,底肥使用就减少一半,一亩地最多也就个百十斤化肥。”杨铖说,化肥用量缩减三分之一,亩产不减反增,“随着利用率提高,亩产至少增加10%。收成好时,亩产可达1300斤”。

智能科技打造“无人农场”

“新农民”更注重运营管理

“这台集合了物联网、大数据等技术的大家伙,正是打造生态无人农场的重要装备。”公司科研部主任马甲良说,机器通过智能化系统可以实现精量精确浇灌。

农民也要不断学习新技术