種菜收菜，都能干

搭載無人作業系統的結球類蔬菜收獲機正在采收甘藍。李晨攝

11月初，北京的甘藍成熟了。在北京市昌平區小湯山國家精準農業研究示范基地里，一輛無人駕駛拖拉機搭載著結球類蔬菜收獲機，勻速走過行列齊整的甘藍地。一顆顆甘藍被依次切下，并通過傳送帶運送到收獲機后方平臺，兩個大滾輪摩擦掉甘藍外層的老葉片后，鮮嫩的甘藍被送進了收獲車的大框里。一行甘藍收完，無人收獲機轉彎調頭，開始收取下一行。這是國家大宗蔬菜產業技術體系智能化管理崗位專家吳華瑞牽頭，聯合育種、栽培、植保等專家研制的露地蔬菜無人作業系統。

國家大宗蔬菜產業技術體系首席科學家張友軍告訴《中國科學報》，2022年，在北京市昌平區建成了50畝規模的首個生產型蔬菜無人農場，從整地、施肥、灌溉、起壟、定植、巡檢、植保、采收等全流程實現無人化作業，摸索出一套生產型蔬菜無人農場種植規程，整個農場70%以上作業環節實現了數字自主化作業管理，節約人工成本76230元，甘藍獲得了畝產9000斤（商品化凈菜5000斤）產量。

未來“誰來種菜”

張友軍說，我國露地蔬菜生產規模達2.6億畝，露地蔬菜生產面臨種收環節用工多、勞動力短缺、勞動強度高等一系列問題。

據調查，目前我國蔬菜生產從業人員50歲以上占56%，人力成本占蔬菜生產成本近70%。“伴隨著我國農業領域從業勞動力銳減，未來‘誰來種菜、如何種菜’已經成為保障我國‘菜籃子’安全的主要瓶頸問題。”張友軍說。

圍繞上述需求，國家大宗蔬菜產業技術體系從2020年開始，依托昌平小湯山國家精準農業研究示范基地開展了露地蔬菜無人農場宜機化農藝種植模式研究、自主無人系統裝備研制。

吳華瑞告訴《中國科學報》，經過6個茬口的反復試驗，已經形成了具有自主知識產權的露地蔬菜無人農場軟硬件產品和配套農藝種植模式，相關技術成果入選農業農村部2020年度十大引領性技術，并獲得中國人工智能學會2020年優秀成果獎。

吳華瑞介紹，該團隊突破了自主路徑規劃、苗壟識別、多傳感器融合避障、農機具姿態調優等關鍵技術，構建了我國首個面向露地蔬菜無人農場系統。該系統目前已經實現了與約翰迪爾、凱斯、魯中等電控拖拉機，國內外起壟機、旋耕機、采收機等常用農機具上的集成適配，探索形成了露地蔬菜生產無人作業技術模式和整體解決方案，支持露地蔬菜平整地、起壟、移栽、田間管理和采收等全程24小時連續無人化作業。

自主知識產權的無人作業系統

吳華瑞介紹，露地蔬菜無人作業系統集成北斗定位導航、自主路徑規劃、車輛軌跡跟蹤控制、激光雷達避障、農機具姿態調優等關鍵技術，自適應配裝蔬菜不同種植結構、栽培模式、作業環節農機具參數等，具備自主作業規劃、智能緊急避障、夜間連續作業、機具智能適配、作業質量監測、多機實時協同作業等功能，通過靈活的作業路徑規劃與機具調控，實現了農機全自主無人作業。

目前該系統安裝方式有兩種。一種是后裝式的，作業中演示的綠色約翰迪爾1204拖拉機是通過無損式加裝傳感器、線路控制等，實現了不同作業的適配。另一種方式是前裝式的，目前已與國產魯中1404-CVT拖拉機實現了定制集成。觀摩會上，參觀者看到了無人作業系統與魯中拖拉機結構完全融合，實現了無駕駛艙拖拉機的創制，能夠獨立完成露地田塊的深松作業。

“無人農機可以適配深松機、旋耕機、起壟機、移栽機、結球類蔬菜收獲機等進行無人作業，實現甘藍等蔬菜品種從耕整地、移栽、田間管理、采收等生產全過程的無人智能化生產與作業。”吳華瑞說。

觀摩會現場，一臺智能巡檢機器人也引起了參觀者的興趣。據介紹，這臺機器人集成無人作業系統、視覺識別、作業模型構建、核心算法、機器學習、四輪萬向控制等核心技術，可進行自主路徑規劃與智能避障，開展蔬菜長勢巡檢、田間運輸等智能化復合作業。

巡檢機器人主要用于田間技術巡檢，可減輕日常田間管理的勞動投入強度。吳瑞華介紹，巡檢機器人能夠自主作業巡檢，對每一行、每株進行標記，實現單株連續性生長發育的記錄，并能夠準確識別長勢和病蟲草害分析圖，為生產上精準管理和提前預警提供信息。

據悉，該項技術成果在北京、河北滄州、天津靜海、河北張家口、甘肅張掖、重慶、內蒙古烏蘭察布等地區，圍繞甘藍、辣椒、蘿卜開展了規模化生產應用。