上海設施內無人農場發展背景及路徑建議

張寒波，岳崇勤

（上海市農業機械鑒定推廣站，上海市 201601）

0 引言

習近平總書記在二十大報告中強調，要“全面推進鄉村振興，強化農業科技和裝備支撐”。上海要實現農業現代化，科技裝備提升是必需的路徑之一。上海市2021年農業從業人員128.62萬人，從事第一產業人員30萬人，占比23.3%，從事第二、第三產業人員98.62萬人，占比76.7%。從事第二、第三產業的農業從業人員是從事第一產業的農業從業人員的3倍以上。從事農業人口少、老齡化，是制約現代農業發展的重要因素之一。

近年來，隨著國家對信息化、數字化建設投入力度不斷增大，涌現出一批新基建、新設備、新產品?！笆奈濉睍r期，上海提出按照都市現代綠色農業發展要求，以科技創新、機制創新、政策創新為動力，面向全球、面向未來，對標最高標準、最好水平，著力補短板、強弱項、促協調，大力推動機械化與農藝、智能信息技術、農業經營方式、農田建設相融合相適應，做大做強農業機械化產業群產業鏈，加快推進農業機械化向全程、全面、高質、高效轉型升級。蔬菜產業承擔著上海市“保供”的重要任務，少人乃至無人的蔬菜農場是我們面對勞動力緊缺難題的解題思路之一。對設施蔬菜無人農場的探索也是方興未艾。

1 設施內無人農場發展背景

1.1 歷史上關于農場的幾個發展階段

人類社會經歷了農業社會、工業社會后，目前正處在信息社會階段[1]。世界范圍內關于農場發展從農業1.0至農業4.0有明晰的發展階段。

農業1.0傳統農場：傳統農場歷史悠久，勞動力以人力、畜力為主，勞動工具是簡單的手工工具，如鐵鍬等，在人類歷史上延續了很久的古老農耕方式。

農業2.0機械化農場：機械化農場起源于工業革命，勞動力為各種動力和配套農機裝備，以機械化工具取代了原來的手工工具。

農業3.0自動化農場：自動化農場是信息社會的產物。勞動力為計算機等信息技術與傳統農業機械設備結合形成的自動化裝備系統，可以大大減輕人力的使用。

農業4.0無人農場：無人農場是疊加了物聯網、人工智能、機器人等智能技術，能夠自主完成農業生產、管理，無需人力的農業生產新形態。

1.2 無人農場的發展階段

李道亮[2]等更為細致對無人農場的發展階段形態進行了劃分。按照機器人參與深度的不同，劃分為初級、中級、高級3種形態。

初級階段是遠程控制下的無人機械作業階段，中級階段是有人參與計劃管理下的自主巡航作業階段，高級階段是自主管理、自主決策、自主作業階段。這3個階段形態的劃分，是隨著信息技術不斷發展產生的。了解無人農場的發展階段，對于生產實際也有著重要指導意義。無人農場的建設前期需要投入不同量級的技術資本、智力資本等，生產者事前要對無人農場建設要求等有系統全面的了解，考慮設施設備上限，為發展預留空間。

1.3 建設無人農場的關鍵技術

無人農場以生物技術、智能農機和信息技術為支撐[3]。生物技術是無人農場的基礎。農業種植養殖品種、生長勢、栽培（養殖）技術等發展都需要與智能裝備、機器人等智能技術匹配，同時，無人農場的決策、日常管理及生長環境的調控也必須依照種植養殖對象的生長規律和生長狀態進行實時調整。

智能農機技術支撐起了無人農場的結構。利用智能傳感器采集農情信息，為后續智能決策提供精確數據庫。裝載了導航控制系統的智能裝備、機器人是無人農場生產作業的主體，替代了人力因素。管控平臺是信息匯集、裝載、計算的場所。這些支撐起了無人農場的基本結構。

信息技術提綱挈領，為整個無人農場插上了智慧的翅膀。通過農業物聯網、大數據等支撐，把農業種植養殖對象、智能裝備、管控平臺形成一個實時通信的網絡。數據、信息、決策都在這張網里發生，從而實現自主決策、精準操作、自主生長。

2 上海設施農業機械裝備發展情況

2.1 發展背景

上海的設施農業走過了3個階段：從20世紀80年代引進日本的六型棚，到90年代引進消化吸收荷蘭的智能溫室，創建了全國第一個綜合性的現代農業開發區孫橋現代農業園區，到今天，已逐步向適度規模的集約化，種植品種專業化，溫室設施標準化，使用管理智能化發展。蔬菜設施以單體管棚為主，連棟及玻璃溫室等高檔次品種呈現增加態勢。同時，設施裝備從管棚開始，向噴滴灌配套、利用物聯網技術的智能化方向發展。

2012年開始，上海市設施內蔬菜生產的機械裝備發展也在摸索中前行。聚焦綠葉菜機械化生產關鍵技術，立足科技興農項目，創新思維，大膽嘗試，分別從意大利和日本引進一批蔬菜生產機械，深化引進機械在綠葉菜機械化生產中的試驗和示范，形成了一定的較為成熟的蔬菜機械產品清單。

2.2 發展現狀

在經過多輪蔬菜生產“機器換人”示范基地創建以后，蔬菜機械化生產逐漸深入人心，越來越多的蔬果基地愿意使用機械化生產。在產品清單上的蔬菜機械也越來越多，涵蓋了動力機械、耕翻機械、作畦/起壟機械、栽種機械、育苗機械、植保/施肥機械、收獲機械等8大類54臺套機械。自2019年開始創建蔬菜生產“機器換人”示范基地以來，至2022年，全市共創建36家蔬菜生產“機器換人”示范基地。蔬菜機械的推廣迎來了一個快速發展的階段。

根據2020年對291個綠葉菜生產核心基地調查情況看，各生產環節機具的保有量，從動力機械到收獲機械依次遞減。平均每個基地保有動力機械3.18臺，品牌以黃海金馬250、黃海金馬300為主，從智能裝備角度看動力略顯不足。耕（整）地機械平均每個基地保有2.39臺，播種/栽植機械平均每個基地保有0.56臺，施肥機械平均每個基地保有0.11臺，植保機械平均每個基地保有0.38臺，運輸機械平均每個基地保有0.06臺，另有其他機械平均每個基地保有0.24臺。但這些機具以動力小、輕便靈活為特點，距離智能裝備改裝要求有一定距離（表1）。

表1 各生產環節機具保有情況

2.3 發展瓶頸及需求

智能農機裝備對無人農場的建設至關重要。當前智能農機裝備的發展主要依靠2條途徑，途徑一是利用現在設施菜田內使用的農機具進行智能化改裝，途徑二是直接生產適合無人化農場使用的智能農機、機器人等。對于途徑一來說，面臨機具不統一、多樣性，帶來的問題是改裝設備難以適應，再加上各農機生產企業出于對知識產權的保護，會設置一定的數據技術壁壘，給智能農機裝備的改裝雪上加霜。對于途徑二，產品研發周期長、投入成本大、高端芯片制造難，人工智能從理論到實踐本身就需要長時間的積累，并非一蹴而就、一日之功。

2023年中央1號文件提出，強化農業科技和裝備支撐，要推動農業關鍵核心技術攻關，加快先進農機研發推廣，推進農業綠色發展。農機智能裝備的自主研發是實現上海農業現代化的必由之路。高端制造一直是上海的優勢產業，智能制造、機器人是上海人工智能產業的新高地，農業轉型進入4.0，需要以上海的智能制造作為動力，加速推動上海農業轉型升級，在人才培養、全產業鏈培育、組織引導等多角度全方位發力，打造上海智能農業的高地。

3 上海設施內無人農場發展方向及策略

3.1 設施內無人農場特點

自2016年開始，上海在水稻生產上探索無人農場示范和應用以來，先后在上海上實現代農業有限公司、上海嘉定區外岡鎮對拖拉機、插秧機（直播機）、打藥機、收割機等進行智能化改造，并實現無人化耕、種、管、收流程無人化作業，但是設施內菜田作業需要的無人農場與大田的無人農場有差異。

首先，作業環境不同。設施內種植對象為蔬菜，生長周期比大田作物短、輪茬快，品種多，作業比大田更為精細，對智能裝備的作業精細度、穩定性要求更高。其次，在設施內，尤其是連棟設施內，設施結構對信號有干擾，如何確保導航定位的準確性和物聯傳輸的及時有效也是需要重點克服的難題。另外，設施內使用的機械設備種類比大田機械更加細化，在選擇使用現在設備改裝達到無人作業的情境下，面臨的直接困難就是更加多樣化的智能裝備改造?？傊?，設施內無人農場建設更加“精、雜、難”。

3.2 推進路徑

上海市之前推廣蔬菜機械工作的經驗，可以作為設施內無人農場建設和推進的借鑒。加強無人農場頂層設計。由于無人農場的設計和建設較為復雜，上海市存量的基地設施面積大小、水文交通條件、通信設施等各有不同，需要綜合加以考量。在充分調研、摸清底數的情況下，進行分級分類設計。多種方案并行，既要考慮到個體無人農場合作社的發展，更要同上海市“數字城市”建設的規劃和部署有機結合。

活用“產、學、研、推”一體化體系。在蔬菜機械的推廣工作中，一體化體系對集合多方力量、形成合力、共同推進有著重要的支撐作用。在設施內無人農場的建設和推進中，尤其要注意發揮一體化體系，面對比大田機械更加紛繁復雜的需求，科研、生產單位不能閉門造車，要與實際生產結合起來，生產一線也要改進生產方式，采用無人、智能的理念來指導生產，更加適應智能裝備的使用。推廣部門發揮穿針引線作用，形成良性閉環循環。

更加注重對無人農場經營主體和專業人才的培養?？萍际堑谝簧a力，人才是第一資源。智能裝備的研發、無人農場的推動尤其需要人才的支持。無人農場的經營跟傳統農場經營有著質的區別，無人農場經營需要現代化的經營理念，要敢于對傳統理念進行突破和重構。智能裝備的操作、維修也需要專門的人才，要持續吸納人才投入廣闊的農業農村中來。

此外，政策的扶持和保障也起著重要作用。政策扶持，試驗先行，也是在推動過程中重要的一環。在政策、資金、土地上加以扶持和引導，可以吸引一批弄潮兒投入這項事業中來。同時，要做好法律、政策的保障，一直以來由無人農場數據權利歸屬問題引發的討論甚囂塵上，權責歸屬的模糊，無形中增加了建設和推廣的成本。事先做好法律風險防范，也是保證發展的重要基石。

4 結語

習近平總書記在黨的二十大報告中指出：“全面建設社會主義現代化國家，最艱巨最繁重的任務仍然在農村?！痹O施內無人農場的推進，還需要在科學技術上突破，加快自主研發，攻關農業傳感器與高端芯片、農業大數據智能與知識模型、農業人工智能（AI）算法與云服務等關鍵技術，研制高端智能農機裝備、農業智能感知產品、農業自主作業（機器人）智能服務產品等重點產品，建立以“AI+大數據+新一代通信技術+物聯網+北斗衛星導航”為技術支撐、與農業強國發展目標相適應、達到世界先進水平的智慧農業產業技術體系。上海作為長三角更高質量一體化發展的龍頭，更要永攀高峰，以先進的技術和人才反哺農業，在鄉村振興的浪潮中，貢獻上海力量。