无人农场开启了未来农业的新篇章，它是继农业机械化、数字化、信息化、网联化、智慧化的又一次飞跃。党的十九届五中全会站在“两个一百年”奋斗目标历史交汇点的战略高度提出，基本实现社会主义现代化要优先发展农业农村，实施乡村建设行动，并首次在党的全会上提出要建设智慧农业。而无人农场恰恰代表了未来智慧农业的方向，2019年以来，我国山东、福建、北京等地开始探索无人大田农场、无人水稻农场和无人猪场等生产新模式。2020年，我国第一个无人渔场在广州南沙建成。下一步为更好地制定无人农场的战略构想和战略规划，本文结合无人农场国家重点示范项目，解析无人农场技术亮点及应用，为推动无人农场的发展提供借鉴。

1无人大田项目

1.1技术亮点

在无人化大田种植领域，我国植保无人飞机发展一枝独秀，受到世界关注。近年来，农用无人飞机应用普及较快，可搭载植保、影像获取、播种等多种装置完成不同作业，主要应用在农业航空植保领域。目前全国植保无人飞机保有量超过4万台，2019年作业面积达1.3亿亩。

植保无人飞机意向图

在大田生产方面，大疆、极飞等品牌的电动多旋翼机型已投入农业生产，它们能够精准导航、主动避障、定量施药，如极飞R150农业无人车，专为农业场景设计，具有卓越的通过性和强大的越野性，可适应多种不同地形地貌。其气流喷雾系统可以很精准的去瞄准喷洒目标，不管道路多么崎岖，车身姿态如何改变，都能保持喷洒角度，实现精准和全方位跟踪喷洒。同时，利用高压风机离心力产生的高速气流，带动液滴与空气撞击，高效地将药液雾化成60微米至200微米区间可调大小的颗粒，精准喷射至准确位置，均匀附着。

农业无人车意向图

1.2发展应用

我国大田种植自动化农机装备在技术创新、制造水平和产品可靠性等方面与发达国家有一定的差距，但在装备质量、机具种类、智能化水平上发展升级趋势加快。我国农机自动导航驾驶系统已经在大田种植中开始规模化推广应用，装配方式由购买后自行加装向出厂前标配发展，受技术成熟度、决策模型精度、机具质量和使用成本等方面制约，我国自动化农机正处于单机自动化作业向多机协同智能化作业发展的阶段。

以新疆生产建设兵团为例，其无人大田试点建设项目已经形成了棉花耕、种、管、收全程数字化生产管理模式，应用农机自动驾驶装备和无人化农机取得了显著效果，降低了农机作业驾驶难度和劳动强度，提升了作业效率。当地棉花种植全部使用卫星导航自动驾驶技术，在夜间或能见度较差的天气作业也可做到准确对行，整个作业季每台机具较手动驾驶平均多播种1000亩，原先人工驾驶播种10行的地块采用自动驾驶可播种11行，土地利用率可提高0.5%—2.5%，棉花精准施肥能够节肥15%、单产增加5%左右。

2无人温室项目

2.1技术亮点——这部分温室的表达不精准

在生产过程中，无人温室通过自主调节风机、湿帘机、遮阳网、补光灯等自主调控温室环境，保障温室作物（蔬菜、花卉、水果）生长处于最佳的环境下。并通过园艺整枝机器人开展日常剪枝打叉等管理。同时无人温室内设置有环境精确监测设备，及多个环境监测节点进行组网，环境监测节点都设有空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、CO2传感器、光照传感器、烟雾传感器及火焰传感器等传感器模组，将实时感知环境数据通过无线上传至服务器，从而实现环境信息的实时采集与控制。控制装备除了设有补光照明设备、排风设备等以外，还有灌溉设备、水肥一体化施用装备，以实现温室大棚精准灌溉和施肥。

空气（左）、土壤（右）传感器意向图

仿生叶片（左）、主动通风式（右）传感器意向图

作物的长势监测器意向图

生产后环节，通过物联网远程控制终端，通过并入现场电动控制系统，实现温室每个区域各类电动控制设备的远程控制，用户可通过计算机访问物联网监控平台，或通过智能手机应用软件实现远程控制。如采摘机器人、无人运输车、自动分拣装备、自动包装装备实现温室的采收，利用无人运输车和装载机器人运输肥料、农药等以开展库房与温室间运输与加注等工作。

物联网监控平台意向图

2.2植物工厂

植物工厂是无人温室新的发展应用模式，也是设施农业发展的高级阶段，是一种在气密性较高的栽培设施环境下，实现对植物的生长环境营养需求提供优化生育条件调控的农作物栽培体系。并利用高科技化栽培辅助设施的投入应用，构建一种可以达成高产能、安全性与无季节限制的植物生产体系。

其亮点技术是系统的对植物生长过程所需的的温度、湿度、光照CO浓度以及营养液等环境条件进行精密控制，可不受或很少受自然条件限制的全新生产方式。通过对植物生长环境的高精度控制，植物的生长几乎不受自然条件的制约，生长周期缩短。如工厂内种植的生菜、小白菜等，20天左右就能收获，而在露地栽培中则需要一个月到40天。

除了生长周期短，空间利用率高和一年四季不间断生产是植物工厂的重要特点，植物工厂具有立体栽培的优势，栽培模组的层数随着厂房的高度增加而增加。如厂房内的栽培层数在10层内，每年可进行15-20次叶菜生产，单位面积产量相当于露地栽培的70~100倍。

植物工厂的营养液配置、灭菌、输送、回收都有专门的设施装置、电子仪器来完成，可实现营养液定量、自动供应，可实时监控营养液浓度、成分、酸碱度变化，通过自动补液，始终为植物创造最优的营养液环境；营养液的流动速度和温度都保持在植物需要的适宜水平，以保证植物的最优势生长。

在植物工厂的应用推广方面，降低建设成本、开发新材料、利用新能源、提高产量、用高自动化设备降低人工使用数量都是未来植物工厂提质增效的重要途径。

3无人牧场项目

3.1技术亮点

无人牧场通过配备远程喷灌设备控制系统，农牧民足不出户就能远程控制喷灌、机井水泵的启停，并可设置供水时间，通过手机监控了解灌溉记录。同时通过智能感应牲畜，实现自动补水，排水，让饮水变的省心、省力、省事，既方便快捷又安全高效。具有实时自动补水、冬季自动排水等独特功能，智能又便捷。有效避免牲畜在饮水期间因为拥挤发生的踩死、踩伤事件发生，更加安全高效。

牲畜智能饮水设备意向图

此外，配备的“全自动智能网围栏门”，对车辆、机械具有自动识别能力，车辆靠近时，触发感应迅速打开，车辆通过后自动关闭，当行人或者牲畜在通过时，可用手动按钮控制开关。

全自动智能网围栏门意向图

放牧方面，运用全球卫星定位系统、电子地图等相关技术给牲畜佩戴定位设备，将牛羊位置、运动轨迹、运动量等信息在PC或手机端显示，实现了实时定位、导航找牲畜、判断是否走失现象。

联动牲畜定位设备意向图

牲畜定位机意向图

3.2发展应用

以在鄂尔多斯市为例，上海华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室等12家科研院所和高新技术企业与当地合作建立产业创新创业基地，实施“北斗数字牧场项目”，研发了卫星放牧系统、远程牧井系统、卫星放牧垂直供应链电子商务平台、“牧区智慧金融”系统、“移动屠宰房车”等技术。鄂尔多斯市已经投入2.4亿元，加快通信网络基础设施向草原牧区覆盖，全市建成9个旗县级大数据和物联网技术应用服务平台，智能设施服务面积突破1500万亩，越来越多的牧民开启“云端放牧”新生活。

4无人渔场项目

4.1技术亮点

利用物联网技术，通过获取各种环境的数据，如装备数据和养殖的鱼虾蟹等动物数据，把这些数据通过无线的传输传到云平台上，在云平台上进行计算，然后对执行装备，比如说投饵机、增氧机、巡检的机器人或者无人车这些进行控制，然后完全替代人工作业。像鱼塘传感器系统，可以把鱼塘边的表箱连接到远在城镇的监控中心，养殖户再也不用因为担心鱼缺氧半夜爬起来巡塘，通过手机APP就能实时查看水温、含氧量等信息，及时采取措施，从而降低鱼的死亡率。

增氧、投喂设备意向图

传统养殖模式下，大面积的渔塘，至少要6到10人一天到晚不停地劳作，而无人渔场只需要2个兼职人员。鱼塘的日常管理已基本实现智能化，通过中心平台管控，时间一到，投料机就会向池塘投放饲料，水内溶氧量低了增氧机会自动开启，水质下降会启动水循环系统，将养殖尾水排往大塘进行物理过滤和生物净化，实现水体循环利用和“零排放”。除了大大降低人工成本外，无人渔场的耗电还可降低15%～30%，饲料损耗降低10%～20%，产量却可以提升10%以上。

4.2发展应用

以金坛无人渔场建设项目为例，这是2020年江苏省重点现代农业项目，总面积达6500亩，总投资达5亿元。渔场建成后率先在全国开展河蟹生产全程机械化试验示范，开发应用智能化管理系统和全程质量可追溯系统，配套养殖生产机械，养殖生产过程中，在自动进水、排水、水位调节、水质实时监测、饵料自动投喂、自动增氧、捕捞等重要环节做到机器换人，实现河蟹质量安全可追溯、循环水养殖、尾水净化利用循环处理，做到全程智能化生产。

5结语

根据上述无人农场项目，可见无人农场是一个系统的工程，不同的应用推广项目，都有相应的技术及手段支撑。总的来看，他们的主要建设内容都包括有，农场基础设施建设的开展，无人农机配置方案的制定，基于农业管理模式的数字化模型，以及无人农场建设、运营、管理、服务所需要的相关智能化、数字化设施、软件和系统的建设。

无人农场作为当下比较热的领域，各个地方都在布局建设。根据国家相关政策，要大力推进土地整治，推行高标准农田建设，土地连片经营，这是提高土地效率最有效的途径。现阶段无人农场还是以试验示范为主，之后再逐步推广。未来几年，依托物联网、5G、人工智能等新一代信息技术，通过远程控制农场设施、装备、机械等来完成农场生产、管理的无人化生产作业模式将成为主流。

作者丨左琳、田乙慧、杜言辉、邵娟

中国农业大学农业规划综合服务平台

中农大农业规划设计院