早在去年年底中央农村工作会议中提出，“强国必先强农，农强方能国强”，可见农业发展的地位之重要。当前，全球人口不断增加，粮食安全问题日益突出，全球农业生产却均存在农业从业人员持续减少、人工成本高、传统机械作业质量差等问题，未来谁来种田、怎样种田甚至无人种田问题是全球农业面临的重要挑战。随着现代信息技术与农业生产的深度融合，智慧农业已经成为世界农业发展的趋势，而无人农场是智慧农业的一种表现形式，以数据、知识和智能装备为核心要素，将现代信息技术与农业深度融合，实现农业全过程生产所需的信息感知、定量决策、智能控制、精准投入及个性化服务一体化。
本文将以北京市农林科学院智能装备技术研究中心在吉林省公主岭市参与建设的玉米无人农场为例，阐述玉米无人农场的组成与应用。公主岭无人农场位于吉林省公主岭市102国道南侧吉林省农业科技示范园内，无人农场建设面积67公顷（1000亩），其中核心区（旱田）23公顷（350亩）。
01
无人农场建设内容
01
信息感知系统
包含无人机遥感设备、田间综合监测站、物联网测控系统的天空地一体化观测和数据感知系统，能够自动监测农场环境及作物生长信息，并传输至智慧农机管理系统。部署了无人机遥感设备用于开展农田地块信息、作物信息采集监测，为农场生产管理和农机装备无人作业提供基础地块边界、作物长势等信息数据。采集到的农田地块信息如图1所示。
图1 公主岭玉米无人农场地块信息采集
此外，无人农场部署了田间综合监测站点和物联网监控系统，用于实时采集土壤肥力、土壤温湿度、大气温湿度、日照辐射等玉米生长环境信息和叶龄等生长状态的信息，为农场生产管理和农机装备精准作业提供基础数据。虫情、土壤、气象观测站如图2所示，采集到的玉米长势、虫情分布如图3所示。
图2 虫情、土壤、气象监测站
图3 公主岭无人农场玉米长势、虫情分析图
02
智能农机装备
面向无人农场高效、精准作业需求，将现有的拖拉机及其配套机具、植保机、收割机、运粮车等进行无人化改造，加装无人驾驶系统、精准作业控制装置、远程监测终端等，通过与无人农场云平台进行数据共享和指令交互，实现玉米的
耕、种、管、收无人化作业。
如图4所示，无人拖拉机可搭载深松机、秸秆还田机等农机具进行无人耕整作业，可实现自主规划路径、运行状态实时监测、作业效果实时拍摄上传、作业机具自动升降。
图4 秸秆还田无人作业
无人拖拉机挂接电驱播种机，并集成高精度卫星定位系统、导航控制系统、精量播种控制系统、作业路径规划系统和网络通信系统，实现主从机协作，完成无人播种作业。玉米无人播种作业场景如图5所示。
图5 玉米播种无人作业
在植保环节，利用无人机搭载多光谱相机采集农田作物信息，采用机器视觉算法对田间作物长势和养分等信息进行分析，生成叶片氮素含量分布图 （图6），并决策出施肥量；搭载可见光相机采集农田环境图像，分析并获得玉米病虫害信息，制定施药处方图；通过云平台管控系统将施肥、施药处方图下发至地面作业机器端，由无人植保机实现精准变量喷施。
图6 玉米叶片氮素含量分析
采用无人驾驶高地隙喷杆喷雾机实现精量变量喷洒作业，实现了作业路径自主规划、高精度路径跟踪、地头自动转向、行进速度自动调控、喷杆升降折叠融合控制、紧急避障、远程遥控等功能，减少了药害产生，降低了用人成本，提升了高地隙植保机利用率，为玉米无人农场植保作业提供关键技术装备。
无人收获机集成了作业信息检测系统、自动导航系统、障碍物检测系统和收获作业智能控制系统，实现了玉米无人收获作业状态、工况自动监测、无人驾驶、自动避障、作业自动控制等功能，收获效率提高3~4倍，为农场玉米的无人化收获提供了有力支撑。
03
无人农场云平台
无人农场云平台主要包括无人农场基础地理信息管理系统、无人农机远程管控系统、智能农机精准作业管理系统和无人农机系统四部分。其中，农场基础地理信息管理系统通过农场田块尺度的厘米级数字地图测绘和处理，为无人农机精准作业提供基础地理信息支撑；无人农机远程管控系统主要面向智能农机装备的作业管控，提供农场耕种管收作业监管、工况监控、前后台交互和作业管理等服务；智慧农机精准作业管理系统及数据库主要面向智能农机装备基准作业，提供基础农作数据维护管理、变量处方管理、农机作业参数共享、农机作业质量监管等服务；无人农机作业展示系统为农场日常系统运维、运营服务和展示提供基础平台。图7为公主岭市无人农场云平台。
02
社会经济效益分析
在全球农业劳动力持续减少、人工成本不断增加、农业生产投入不断加大的现状下，无人农场为现在农业发展提供了有效技术支撑。吉林省公主岭市围绕发展现代农业的战略需求，构建了玉米全程无人化生产农场，实现了玉米耕、种、管、收全程无人化作业，极大提高了玉米生产效率，减少了人工投入。以玉米收获环节为例，无人驾驶收获机可以 24 小时不间断工作，玉米收获速度提升了3~4倍，67公顷玉米3至5天即可完成收获，节省人工50~60人。在其他环节，无人化播种机在节省人力的同时，还可以实现精量播种和区段播种控制，有效避免了地头重复作业，提高了作业质量，减少了种子投入。
综上，公主岭市玉米无人农场的构建与应用是现代科学技术与农业深度融合的典型案例，作为农业领域先进生产力的代表，无人农场技术促进了农机装备的转型升级，推动了现代农业生产方式的转变，具有重大的社会与经济效益。
信息来源：尹彦鑫,孟志军,赵春江*等.大田无人农场关键技术研究现状与展望[J].智慧农业(中英文)
