上海设施内无人农场发展背景及路径建议

张寒波，岳崇勤

（上海市农业机械鉴定推广站，上海市 201601）

0 引言

习近平总书记在二十大报告中强调，要“全面推进乡村振兴，强化农业科技和装备支撑”。上海要实现农业现代化，科技装备提升是必需的路径之一。上海市2021年农业从业人员128.62万人，从事第一产业人员30万人，占比23.3%，从事第二、第三产业人员98.62万人，占比76.7%。从事第二、第三产业的农业从业人员是从事第一产业的农业从业人员的3倍以上。从事农业人口少、老龄化，是制约现代农业发展的重要因素之一。

近年来，随着国家对信息化、数字化建设投入力度不断增大，涌现出一批新基建、新设备、新产品。“十四五”时期，上海提出按照都市现代绿色农业发展要求，以科技创新、机制创新、政策创新为动力，面向全球、面向未来，对标最高标准、最好水平，着力补短板、强弱项、促协调，大力推动机械化与农艺、智能信息技术、农业经营方式、农田建设相融合相适应，做大做强农业机械化产业群产业链，加快推进农业机械化向全程、全面、高质、高效转型升级。蔬菜产业承担着上海市“保供”的重要任务，少人乃至无人的蔬菜农场是我们面对劳动力紧缺难题的解题思路之一。对设施蔬菜无人农场的探索也是方兴未艾。

1 设施内无人农场发展背景

1.1 历史上关于农场的几个发展阶段

人类社会经历了农业社会、工业社会后，目前正处在信息社会阶段[1]。世界范围内关于农场发展从农业1.0至农业4.0有明晰的发展阶段。

农业1.0传统农场：传统农场历史悠久，劳动力以人力、畜力为主，劳动工具是简单的手工工具，如铁锹等，在人类历史上延续了很久的古老农耕方式。

农业2.0机械化农场：机械化农场起源于工业革命，劳动力为各种动力和配套农机装备，以机械化工具取代了原来的手工工具。

农业3.0自动化农场：自动化农场是信息社会的产物。劳动力为计算机等信息技术与传统农业机械设备结合形成的自动化装备系统，可以大大减轻人力的使用。

农业4.0无人农场：无人农场是叠加了物联网、人工智能、机器人等智能技术，能够自主完成农业生产、管理，无需人力的农业生产新形态。

1.2 无人农场的发展阶段

李道亮[2]等更为细致对无人农场的发展阶段形态进行了划分。按照机器人参与深度的不同，划分为初级、中级、高级3种形态。

初级阶段是远程控制下的无人机械作业阶段，中级阶段是有人参与计划管理下的自主巡航作业阶段，高级阶段是自主管理、自主决策、自主作业阶段。这3个阶段形态的划分，是随着信息技术不断发展产生的。了解无人农场的发展阶段，对于生产实际也有着重要指导意义。无人农场的建设前期需要投入不同量级的技术资本、智力资本等，生产者事前要对无人农场建设要求等有系统全面的了解，考虑设施设备上限，为发展预留空间。

1.3 建设无人农场的关键技术

无人农场以生物技术、智能农机和信息技术为支撑[3]。生物技术是无人农场的基础。农业种植养殖品种、生长势、栽培（养殖）技术等发展都需要与智能装备、机器人等智能技术匹配，同时，无人农场的决策、日常管理及生长环境的调控也必须依照种植养殖对象的生长规律和生长状态进行实时调整。

智能农机技术支撑起了无人农场的结构。利用智能传感器采集农情信息，为后续智能决策提供精确数据库。装载了导航控制系统的智能装备、机器人是无人农场生产作业的主体，替代了人力因素。管控平台是信息汇集、装载、计算的场所。这些支撑起了无人农场的基本结构。

信息技术提纲挈领，为整个无人农场插上了智慧的翅膀。通过农业物联网、大数据等支撑，把农业种植养殖对象、智能装备、管控平台形成一个实时通信的网络。数据、信息、决策都在这张网里发生，从而实现自主决策、精准操作、自主生长。

2 上海设施农业机械装备发展情况

2.1 发展背景

上海的设施农业走过了3个阶段：从20世纪80年代引进日本的六型棚，到90年代引进消化吸收荷兰的智能温室，创建了全国第一个综合性的现代农业开发区孙桥现代农业园区，到今天，已逐步向适度规模的集约化，种植品种专业化，温室设施标准化，使用管理智能化发展。蔬菜设施以单体管棚为主，连栋及玻璃温室等高档次品种呈现增加态势。同时，设施装备从管棚开始，向喷滴灌配套、利用物联网技术的智能化方向发展。

2012年开始，上海市设施内蔬菜生产的机械装备发展也在摸索中前行。聚焦绿叶菜机械化生产关键技术，立足科技兴农项目，创新思维，大胆尝试，分别从意大利和日本引进一批蔬菜生产机械，深化引进机械在绿叶菜机械化生产中的试验和示范，形成了一定的较为成熟的蔬菜机械产品清单。

2.2 发展现状

在经过多轮蔬菜生产“机器换人”示范基地创建以后，蔬菜机械化生产逐渐深入人心，越来越多的蔬果基地愿意使用机械化生产。在产品清单上的蔬菜机械也越来越多，涵盖了动力机械、耕翻机械、作畦/起垄机械、栽种机械、育苗机械、植保/施肥机械、收获机械等8大类54台套机械。自2019年开始创建蔬菜生产“机器换人”示范基地以来，至2022年，全市共创建36家蔬菜生产“机器换人”示范基地。蔬菜机械的推广迎来了一个快速发展的阶段。

根据2020年对291个绿叶菜生产核心基地调查情况看，各生产环节机具的保有量，从动力机械到收获机械依次递减。平均每个基地保有动力机械3.18台，品牌以黄海金马250、黄海金马300为主，从智能装备角度看动力略显不足。耕（整）地机械平均每个基地保有2.39台，播种/栽植机械平均每个基地保有0.56台，施肥机械平均每个基地保有0.11台，植保机械平均每个基地保有0.38台，运输机械平均每个基地保有0.06台，另有其他机械平均每个基地保有0.24台。但这些机具以动力小、轻便灵活为特点，距离智能装备改装要求有一定距离（表1）。

表1 各生产环节机具保有情况

2.3 发展瓶颈及需求

智能农机装备对无人农场的建设至关重要。当前智能农机装备的发展主要依靠2条途径，途径一是利用现在设施菜田内使用的农机具进行智能化改装，途径二是直接生产适合无人化农场使用的智能农机、机器人等。对于途径一来说，面临机具不统一、多样性，带来的问题是改装设备难以适应，再加上各农机生产企业出于对知识产权的保护，会设置一定的数据技术壁垒，给智能农机装备的改装雪上加霜。对于途径二，产品研发周期长、投入成本大、高端芯片制造难，人工智能从理论到实践本身就需要长时间的积累，并非一蹴而就、一日之功。

2023年中央1号文件提出，强化农业科技和装备支撑，要推动农业关键核心技术攻关，加快先进农机研发推广，推进农业绿色发展。农机智能装备的自主研发是实现上海农业现代化的必由之路。高端制造一直是上海的优势产业，智能制造、机器人是上海人工智能产业的新高地，农业转型进入4.0，需要以上海的智能制造作为动力，加速推动上海农业转型升级，在人才培养、全产业链培育、组织引导等多角度全方位发力，打造上海智能农业的高地。

3 上海设施内无人农场发展方向及策略

3.1 设施内无人农场特点

自2016年开始，上海在水稻生产上探索无人农场示范和应用以来，先后在上海上实现代农业有限公司、上海嘉定区外冈镇对拖拉机、插秧机（直播机）、打药机、收割机等进行智能化改造，并实现无人化耕、种、管、收流程无人化作业，但是设施内菜田作业需要的无人农场与大田的无人农场有差异。

首先，作业环境不同。设施内种植对象为蔬菜，生长周期比大田作物短、轮茬快，品种多，作业比大田更为精细，对智能装备的作业精细度、稳定性要求更高。其次，在设施内，尤其是连栋设施内，设施结构对信号有干扰，如何确保导航定位的准确性和物联传输的及时有效也是需要重点克服的难题。另外，设施内使用的机械设备种类比大田机械更加细化，在选择使用现在设备改装达到无人作业的情境下，面临的直接困难就是更加多样化的智能装备改造。总之，设施内无人农场建设更加“精、杂、难”。

3.2 推进路径

上海市之前推广蔬菜机械工作的经验，可以作为设施内无人农场建设和推进的借鉴。加强无人农场顶层设计。由于无人农场的设计和建设较为复杂，上海市存量的基地设施面积大小、水文交通条件、通信设施等各有不同，需要综合加以考量。在充分调研、摸清底数的情况下，进行分级分类设计。多种方案并行，既要考虑到个体无人农场合作社的发展，更要同上海市“数字城市”建设的规划和部署有机结合。

活用“产、学、研、推”一体化体系。在蔬菜机械的推广工作中，一体化体系对集合多方力量、形成合力、共同推进有着重要的支撑作用。在设施内无人农场的建设和推进中，尤其要注意发挥一体化体系，面对比大田机械更加纷繁复杂的需求，科研、生产单位不能闭门造车，要与实际生产结合起来，生产一线也要改进生产方式，采用无人、智能的理念来指导生产，更加适应智能装备的使用。推广部门发挥穿针引线作用，形成良性闭环循环。

更加注重对无人农场经营主体和专业人才的培养。科技是第一生产力，人才是第一资源。智能装备的研发、无人农场的推动尤其需要人才的支持。无人农场的经营跟传统农场经营有着质的区别，无人农场经营需要现代化的经营理念，要敢于对传统理念进行突破和重构。智能装备的操作、维修也需要专门的人才，要持续吸纳人才投入广阔的农业农村中来。

此外，政策的扶持和保障也起着重要作用。政策扶持，试验先行，也是在推动过程中重要的一环。在政策、资金、土地上加以扶持和引导，可以吸引一批弄潮儿投入这项事业中来。同时，要做好法律、政策的保障，一直以来由无人农场数据权利归属问题引发的讨论甚嚣尘上，权责归属的模糊，无形中增加了建设和推广的成本。事先做好法律风险防范，也是保证发展的重要基石。

4 结语

习近平总书记在党的二十大报告中指出：“全面建设社会主义现代化国家，最艰巨最繁重的任务仍然在农村。”设施内无人农场的推进，还需要在科学技术上突破，加快自主研发，攻关农业传感器与高端芯片、农业大数据智能与知识模型、农业人工智能（AI）算法与云服务等关键技术，研制高端智能农机装备、农业智能感知产品、农业自主作业（机器人）智能服务产品等重点产品，建立以“AI+大数据+新一代通信技术+物联网+北斗卫星导航”为技术支撑、与农业强国发展目标相适应、达到世界先进水平的智慧农业产业技术体系。上海作为长三角更高质量一体化发展的龙头，更要永攀高峰，以先进的技术和人才反哺农业，在乡村振兴的浪潮中，贡献上海力量。