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生态无人农场上演“科幻秀”

作者:颜旭

多台无人驾驶农机竞相上场演示。

只见一台台形态各异的农机在田间或是“伸展双臂”,或是“扭动腰肢”,或是行走自如。不仅驾驶舱内无人,周围也不见人影。这,不是好莱坞科幻大片的一幕,而是山东理工大学生态无人农场无人农机装备的演示现场。

该农场位于山东省淄博市朱台镇,由山东理工大学与淄博禾丰种业公司合作共建,融合了精准农业航空应用技术、生物防控、绿色循环农业、农业机器人、人工智能、5G通信、物联网、大数据、云计算等高新技术,是国内首个生态无人农场。

无人农机八仙过“田”各显神通

工作人员坐在农场的“大脑”——指挥控制中心的办公室里,用鼠标依次点击智能农机监控信息化平台系统中的“机器人派单”“装备检测”和“启动”按钮,指控中心外的农机就发动起来,开始自主作业了。工作人员还可以通过空中无人机传回的实时图像,在屏幕上观看田里所有机械作业的画面。

窗外,一台由山东理工大学自主改造的无人驾驶拖拉机正在田间行驶。据该校计算机学院教授王志强介绍,该款机械采用北斗卫星导航系统精确定位,利用学校智慧农业团队自主研发的电动方向盘和导航控制器实现作业全程无人化,并通过自主研发的云平台远程控制系统对机器远程控制。“这台在淄博的机器,我们就算人在济南,也能通过远程遥控,指挥它作业。”王志强说,不仅如此,该机具还能实现直线自动驾驶、地头自动掉头、主机-机具一体化控制等功能。

引起参观者啧啧称奇的还有该校研制的一款不打农药、只打“水”的植保无人车—电生功能水生态植保无人车。“这款车只以盐水为原料,其自带的电生功能水发生装置可将盐水转化为电生功能水。”山东理工大学教授张彦斐告诉记者,这种“水”对于由细菌、真菌、病毒引起的常见农作物病害以及部分虫卵,具有广谱、高效、快速的灭杀作用,能防控80%以上的农业微生物病害,可替代40%以上的传统化学农药,促进作物增产20%以上。其适用性也非常广泛,可应用于大田作物以及葱、姜、蒜等高附加值经济作物。是一款无污染、无药害、无残留、无抗药性的绿色、生态型植保作业机械。

不仅地面机械神通广大,“空中精灵”植保无人机也不容小觑。当天演示的植保无人机每小时作业可达100-200亩,与人工作业相比,效率提升数十倍,可减少农药使用量30%。

无人驾驶农机能够极大地提高农业生产效率,提高作业精准度,也能为解决未来“谁来种地”问题提供思路。“这次演示的无人驾驶技术属于国内领先,涉及耕种管收全过程,已经实现了农机直行、转向、倒车等控制,拖拉机跟特定的农机具(旋耕机、播种机)也实现了良好的协同作业与配合。”生态无人农场团队负责人、法国欧洲科学院院士兰玉彬教授总结道。

布下“天罗地网”实现有机循环

指控中心的云平台监控系统,不仅可以指挥农机在无人驾驶的情况下在田间自由奔走,还可以对农场进行整体调控,监控农场内的作物生长环境、土壤状态以及所有机具的作业状态,并进行智能实时调控。如此神奇的操作是如何实现的呢?

“这主要靠的是天空地一体化信息获取系统、5G网络、大数据、云平台等技术支撑。”兰玉彬说。农场的智能农机监控信息化平台系统,可以实现对无人农机的作业监控、路径规划、指挥调度和设备预警等功能。无人农机采用北斗GPS系统+姿态传感器实时获取自身的高精度定位信息,并采用5G网络发送至云平台。结合GIS系统,操作人员可以在办公室里对农机进行精准操控,真正实现农机的无人应用,让一个人管理上千亩田地成为可能。

此外,农场利用在太空中的高分一号卫星获取农田遥感信息,主要包括农场的旱涝、整体长势农情等。天空中则利用无人机搭载高光谱、多光谱分析仪,其高清晰度摄像头,可对农作物的主要长势、病虫害情况等进行实时监控。地面上则建立了无人值守气象站,实时监测空气的温、湿度,光照度、降水量等信息。地下则布设了多个自动化土壤墒情传感器,自动化土壤温、湿度、养分检测仪,自动进行测土配方。

“然后所有这些信息通过淄博市第一个5G基站,实时传送到农场指控中心的物联网云平台,再利用云计算进行分析处理,结合农场的农资管理、历史产量等数据信息,形成农业生产大数据。”王志强说,同时基于机器学习、深度学习等人工智能核心技术,形成智慧农业“云大脑”,智能化地判断农场的作物是否需要施肥、浇水、施药,从而给出耕种管收智慧化决策。

打造可复制的生态无人农场样板

据了解,无人农场在国内并非独此一家。而该农场的可贵之处,除了将农机与人工智能、农情与数据信息等深度融合外,还将生态与农业生产深度融合。

记者了解到,该农场通过开展土壤、水体、大气监测网络及农场生态环境建设规划,实施测土配方精准施肥技术、秸秆综合再利用、禽畜粪便有机化处理与施用技术、绿色生物防控病害虫综合治理、航空植保变量施药、精准灌溉等各种生态技术措施,构建了一个绿色、循环、生态三位一体的可持续农业生产体系。

比如农场的养牛车间,通过生物菌发酵技术处理牛粪,既减少了污染和异味,又能实现粪便还田,以肥养地。牛的尿液富含氮,经过生物菌技术处理后可以生成球藻,放入鱼藕共生的荷塘后,最后经过养鱼净化的水,可以浇地或作牲畜的饮用水。一个立体种养、闭合式生态循环农业的雏形清晰可见。

今年,农场在精准农业航空应用、现代农机、农艺、育种及数字化和生态沃土等技术的综合推动下,创造了亩产856.9公斤的全国小麦高产纪录。“我们自2019年开始,计划用五年时间将无人农场建设成为一个耕种管收无人作业,融合大田、大棚、果园、畜牧、水产养殖的生态、绿色循环无人农场,并且是可复制、可推广的。”兰玉彬对未来充满信心。

记者 颜旭

(编辑:刘鹤)