★聚焦2020年度国家科学技术奖

邀“北斗”助力，让无人农场成为现实

本报记者 刘肖勇 见习记者 张文鑫

通讯员 陈芃辰 郑雪宜

11月3日，2020年度国家科学技术奖励大会在北京举行。中国工程院院士、华南农业大学教授、广东“最美科技工作者”罗锡文主持的成果“基于北斗的农业机械自动导航作业关键技术及应用”荣获国家科学技术进步奖二等奖。这也是广东省唯一由高校主持并获奖的项目。

本项目成果总体达到了国际先进水平，其中水田自动导航作业和主从导航作业居国际领先水平，满足了旱地/水田耕整、种植、植保和收获等环节精准作业需要，打破了国外技术垄断，保障了我国农机导航装备的自主安全可控，引领了我国农机导航技术的创新发展，为我国智慧农业提供了重要支撑。通过使用该项技术，无人农场已经实现“耕种管收”全过程无人化。

▲罗锡文院士在田间介绍无人农场关键技术。

▲央视《开讲啦》邀请罗锡文院士以无人农场为主题带来了生动一课。

十项关键技术三大创新，

让无人农机充满“智慧”

“长大以后，要发明不需要人下地干活的机器！”2004年，为提高作业质量、作物产量、土地利用率和农机利用率，减少肥料和农药用量、降低生产成本，缓解农村劳动力短缺问题，中国工程院院士、华南农业大学教授罗锡文团队在国内率先开展了基于卫星定位的农业机械自动导航作业技术的系统研究。这个获奖项目“基于北斗的农业机械自动导航作业关键技术及应用”，突破了导航定位、路径跟踪、电液转向、电机转向、速度线控、机具操控、自动避障、主从导航、车载终端和系统集成十大关键技术，取得了三大创新成果。

一是突破了复杂农田环境下农机自动导航作业高精度定位和姿态检测技术。采用北斗卫星定位和MEMS惯性传感相结合，创新设计了外部加速度补偿的线性时变自适应卡尔曼滤波算法，实现了不同农机不同工况下的高精度连续稳定定位和测姿，解决了精准定位难的问题。

二是创新提出全区域覆盖作业路径规划方法、路径跟踪复合控制算法、自动避障和主从导航控制技术，提高了农机导航精度、作业质量和作业效率。创新设计了基于预瞄跟随的复合路径跟踪控制器，采用侧滑估计补偿器对决策期望轮角进行侧滑补偿，显著提高了水田农机路径跟踪精度，解决了导航控制难的问题。

三是创制了具有自主知识产权的农机自动导航作业线控装置和农机北斗自动导航产品。创新设计了农机线控局域网和自动导航作业局域网组成的农机自动导航作业系统，提出了多层智能控制策略和方法，实现了不同农机自动导航作业系统的集成和控制，解决了系统集成难的问题。

通过使用该项技术，无人农场已经实现“耕种管收”全过程无人化。目前，这项技术成果已经用于水稻、棉花、小麦、玉米等作物生产，并在新疆等十个省区应用，累计推广农机自动导航作业产品2679套。仅2017年至2019年累计应用面积就达871.5万亩，节本增收10.79亿元，经济效益显著。该成果已获授权发明专利17件，制定技术标准1件，发表学术论文46篇（SCI/EI 33篇）；培养博士9人和硕士17人，博士后2人，其中1人获2008年全国优秀博士学位论文奖。

罗锡文介绍，利用此项技术，他们的无人农机，导航定位精度达到2cm，在旱地作业速度18km/h范围内，路径跟踪控制精度稳定在2.5cm，可以实现不重耕、不漏耕，还可以自动从机库转移到田间，完成田间作业后又会自动回到机库。更有意思的是，两辆无人农机还能“默契”配合，“主从”收获农机作业直线行走时的横向跟踪误差小于5cm，纵向跟踪误差小于10cm。这样，收割机边走边收割的同时，就能把粮食精准转移到运粮车里面。不仅如此，由于无人农机通过卫星导航定位，并不依赖光线，晚上也能作业，大大提高了效率。

▲无人驾驶水稻旱直播机。

无人农机“智慧”升级，

让“无人农田”成为现实

在华南农业大学增城教学科研基地，试验田已开始使用“无人农场”作业。从耕整、种植到田间管理、收获，均由无人设备完成。这个智能化无人农场的牵头人正是罗锡文。

▲无人驾驶高地隙宽幅喷雾机喷施作业。

“人不用下田，无人农机可以实现作物生长过程实时全程监控。作物缺不缺肥，有没有长虫，有没有生病，需不需要灌水，只需把无人机派到田间，就可以了解作物的生长状况。如果有需要，就把喷雾机、无人飞机派去。”罗锡文说，无人农机还拥有智能决策精准作业的能力，它能根据作物的长势和病虫草害情况及时作出决策，并自动进行精准作业，包括精准灌溉、精准施肥和精准施药等。“由于施肥、撒药很均匀，还能减少肥料和农药，降低生产成本。”随着无人农机的发展升级，“无人农场”可逐步变为现实。

什么是无人农场？罗锡文强调说，无人驾驶不等于无人农场，这是两个不同概念。无人农场是在人不进入农场的情况下采用物联网、大数据、人工智能5G、机器人等新一代信息技术，通过对农场设施、装备、机械等远程控制或智能装备。与机器人的自主决策、自主作业完成所有农场生产、管理任务的一种全天候、全过程、全空间的无人化生产作业模式。

它具有耕种管收生产环节全覆盖、机库田间转移作业全自动、自动避障异况停车保安全、作物生产过程实时全监控、智能决策精准作业全无人五大特点。

罗锡文还展示了在水稻无人农场中耕、种、管、收环节的视频。视频中无人驾驶的旋耕机自动从机库走到田中按照设置规划路线完成整个地块的作业，之后播种机把水稻种子精准地、成行成线地播在地里面，随后喷雾机自己开到地里面将喷杆转开进行喷雾。而当粮食丰收时收获机上场进行收割当粮仓满了以后，收获机马上通知运粮车过来卸粮，卸粮车再把稻谷接到卡车上去，最后还能够自动开机库。整个过程一气呵成。

▲无人农场主从导航收获系统

对于“无人农场”的推广，罗锡文认为，无人农场大范围推广要具备一定的条件，如地块较大、机耕道和灌排设施较好、卫星信号和网络信号好等。关键还要适应当地的农业生产需求，不能脱离实际、一哄而上。现阶段还是以试验示范为主，之后再逐步推广。

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