华农罗锡文院士“无人农场”技术成果

获国家科技进步奖二等奖

2021-11-05 09:51 来源：南方plus 钟哲

中国工程院院士、华南农业大学教授罗锡文。

　　11月3日上午，2020年度国家科学技术奖励大会在北京召开，国家科学技术“三大奖”评选结果公布。由中国工程院院士、广东农村科技特派员、华南农业大学教授罗锡文主持的“基于北斗的农业机械自动导航作业关键技术及应用”获2020年度国家科技进步奖二等奖。这是今年广东高校作为第一完成单位的唯一一个科研成果奖。　　

　　同时，华农作为主要完成单位参与的“优势天敌昆虫控制蔬菜重大害虫的关键技术及应用”获国家科学技术奖二等奖。主持1项、参与1项的成绩，在全国农业高校中仅次于中国农大，排名第二。

　　自2017年起，华农连续4年、共12个项目获得国家科学技术奖，涵盖农业工程、作物育种、兽医药理、畜禽养殖、土壤肥料等特色研究领域，实现自然科学奖、技术发明奖、科技进步奖的“大满贯”。

　　打破国外技术垄断

　　在华农增城教学科研基地的无人农场机库里，记者看到无人驾驶拖拉机、水稻收获机、高地隙喷洒机等农机排列整齐。农机的顶部都布置有几个天线，有的呈短棒状，有的像小蘑菇。

　　“上世纪90年代，国内还没有自主知识产权的农机导航技术和装备，农机导航系统依赖从‘约翰迪尔’‘天宝’等国外制造商进口，价格昂贵。”罗锡文意识到，中国要研制自己的智能农机设备，首先是要研发基于北斗卫星的定位系统。

　　早在2003年，罗锡文团队就在国内率先开展了基于卫星定位系统的农业机械自动导航作业技术的研究，至今已突破导航定位、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，解决了精准定位、导航控制、系统集成三大关键难题。

　　“农田环境复杂，有时会干扰卫星信号，使农机作业姿态不稳定。”对此，罗锡文团队设计了提高定位精准度的新算法，把俯仰角和横滚角平均误差由2°降至0.55°、航向角测量精度由5°提高到0.3°。

　　姿态校正、融合定位后，农机就能保持直线路径行进。即使在坑坑洼洼的水田内作业，横向误差也仅有2.5厘米，最大程度地保证了不重播、不漏播。

　　如何保持农机在行驶过程和作业过程中的安全，罗锡文说：“我们开发了自动避障系统，智能农机在行进时不断扫描前面路面的情况，若发现前面有车辆或行人，就停下来让行；若是固定障碍物，就绕过去。”罗锡文基于激光雷达的障碍物识别与定位，设计了基于三次样条函数的避障路径规划，农机绕行障碍物的最小安全距离为1米。

　　经第三方评价，该项目总体技术达到国际先进水平，在水田农业机械导航和主从导航方面居国际领先地位，打破了国外相关技术垄断，提高了我国智能农业装备的国际竞争力。

　　因耕、种、管、收等作业流程不同，农机也多种多样。为使自动导航系统适用于各种作业工况，罗锡文团队提出了行为决策、动作规划、反馈控制的多层智能控制策略与方法。

　　“比如，系统能根据收获机的收割情况，调整其前进速度，保证收获质量；能根据喷雾机的前进速度，调整喷雾量等参数，保障喷雾作业既高效又节约，实现真正的智能化。”罗锡文说。

　　同时，不同的农机之间也可以通过自动导航系统实现协同作业。如在收获作业中，智能收获机先下田，收获机粮仓快满时，通过云端发送信号“呼叫”无人驾驶运粮车前来卸粮，并精准配对位置，实现一机收割、一车运送，相互配合，提高效率。

　　农机转型促进农业升级

　　3月初，广州市黄埔区龙湖街迳下村的水稻田里，罗锡文一声令下，多台无人驾驶拖拉机来回作业，不一会就完成了旋耕作业。在一旁观摩的农民感叹：“换成我来开拖拉机，绝对开不了那么直。”

　　今年初，黄埔区与罗锡文团队联手，利用大吉沙100亩水稻田打造黄埔区“无人农场”，实现水稻播种、施肥、喷雾、收获等全过程无人化，努力破解“谁来种地”“怎么种好地”的难题，实现“把饭碗端在自己手里”。

　　强化现代农业科技和物质装备支撑，是加快推进农业现代化的必由之路。今年的中央一号文件继续聚焦三农，提出要坚持农业科技自立自强，提高农机装备自主研制能力。

　　作为广东省和农业农村部共建的“211工程”全国重点大学，华农聚焦强农兴农的担当使命，致力于强化农业与生命科学优势，近年来提出“三步走”新目标，正向“双一流”大学建设高校发起冲击，目标是建成农业特色世界一流大学。

　　经过长期的科研攻关，罗锡文团队的项目成果已形成系列产品，包括自动导航作业的旋耕机、播种机、插秧机、喷雾机和收获机等，形成了一套可复制推广的无人农场模式。

　　“无人农场是智慧农业的一种生产方式，目前已经实现了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。”罗锡文说。

　　去年5月，罗锡文团队在增城向公众和媒体展示了无人农场项目耕、种、管、收的作业全过程；同年8月，该无人农场产出首批大米，亩产558.6公斤。

　　难能可贵的是，无人农场的创新不仅体现在科技“含金量”，而且还能算清“经济账”。

　　在实现技术水平领先国际的同时，罗锡文团队研发的农机导航系统的成本降低仅为国外同类产品的三分之二。该技术的应用与推广，有望缓解农村劳动力短缺问题，进一步巩固拓展脱贫攻坚成果，推动农业现代化，惠及更多农民。

　　从2020年起，罗锡文团队已在国内9个省启动了18个无人农场的建设，包括水稻、小麦、玉米和花生等作物。

　　“我们‘农机人’的使命，就是将农民从繁重的体力劳动中解放出来。”罗锡文的话掷地有声。

　　他表示，无人农场的相关研究还在继续，关键是要进一步提高智能化水平，扩大作业规模，提高经济效益，推动农机转型升级，促进农业生产方式转变。

　　（资料：钟哲 潘宛晴 方玮 郑雪宜 编辑：罗会清）