目前，日本已成為全球農(nóng)業(yè)人口老齡化最為嚴(yán)重的地區(qū)。由于從農(nóng)人力減少和農(nóng)業(yè)就業(yè)人口高齡化趨勢的發(fā)展，日本農(nóng)業(yè)面臨著勞動力不足的挑戰(zhàn)，也使得平均經(jīng)營的耕地面積持續(xù)擴大，需要通過技術(shù)革新突破每人作業(yè)面積的局限。其中無人化、智能化也成了助推日本農(nóng)業(yè)種植效率的手段之一。
率先實現(xiàn)機械化普及
日本農(nóng)業(yè)長期面臨兩大問題：人手短缺、高齡化，因此如何導(dǎo)入自動化，提高作業(yè)效率一直是生產(chǎn)現(xiàn)況重要須解決的問題之一。日本政府長期推動智慧農(nóng)業(yè)，期望作為解決上述問題的重要途徑。近些年日本智慧農(nóng)業(yè)的推動著重于農(nóng)機具、機器人、農(nóng)業(yè)用助力服、無人機、信息通訊技術(shù)的應(yīng)用，來協(xié)助農(nóng)業(yè)智慧化的發(fā)展。
近日，日本官方公開九大智慧農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用案例，其中包括：
【稻作?旱作】結(jié)合遙測衛(wèi)星影像與插秧機的“自動調(diào)整施肥系統(tǒng)”
【稻作?旱作】自動作業(yè)的無人曳引機
【稻作?旱作】搭載AI的無人機用于農(nóng)藥噴灑和施肥
【露地蔬菜】應(yīng)用無人機航拍進行影像解析，遠端了解作物生長狀況
【露地蔬菜】使用全自動卷心菜采收機，大幅節(jié)省勞動力
【溫室】應(yīng)用AI學(xué)習(xí)農(nóng)業(yè)專業(yè)技術(shù)，促進作物生長品質(zhì)
【溫室】應(yīng)用AI預(yù)測收獲量及采收時機，對人員進行最佳化配置
【溫室】應(yīng)用AI預(yù)測蔬菜病蟲害，提高作物品質(zhì)和產(chǎn)量
【溫室】適用于中小型溫室的低成本環(huán)境控制裝置
其中，【稻作?旱作】擴大作業(yè)規(guī)模的無人曳引機案例，即洋馬（YANMAR）農(nóng)機和北海道大學(xué)共同開發(fā)無人曳引機，可通過無人操作的耕種整地和人工操作的施肥播種的協(xié)同作業(yè)模式，該項技術(shù)能夠擴大個人工作面積，促進大規(guī)模農(nóng)業(yè)經(jīng)營的效率，最重要的是僅僅使用平板電腦就能輕松實現(xiàn)遠程操作。
早在上世紀(jì)50年代，日本政府就將農(nóng)業(yè)機械化寫入政策，在一些列政策和措施推動下，日本的農(nóng)業(yè)機械保有量逐年上升，增長歷程一直持續(xù)到90年代；90年代后，由于日本老齡化問題越發(fā)嚴(yán)重，過去粗放式的農(nóng)業(yè)機械逐漸被精密化、多元化的機械所取代，比如過去農(nóng)業(yè)機械只局限于糧食耕作領(lǐng)域，此后蔬菜種植也實現(xiàn)了機械化。嫁接有機器人、播種有自動移植機；此外還有靜電除蟲機，各類蔬菜收獲采摘的機器等。從90年代到本世紀(jì)初期，日本的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，從糧食到蔬菜領(lǐng)域，基本上實現(xiàn)了全程機械化。
21世紀(jì)以來，日本的農(nóng)業(yè)機械研發(fā)就一直在朝著無人化的方向發(fā)展。
日本三大農(nóng)機公司久保田、洋馬和井關(guān)農(nóng)機也在2018年開始發(fā)售無人農(nóng)機，也因此在日本，2018年被稱為“日本無人農(nóng)機元年”。作為日本乃至全球的農(nóng)業(yè)機械化和自動化領(lǐng)域的重要角色，這三家代表企業(yè)在推動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程中也起到了關(guān)鍵作用。
久保田株式會社（Kubota Corporation）
久保田，全名久保田株式會社（Kubota Corporation），成立于1890年，是日本最大的農(nóng)業(yè)機械制造商之一，在農(nóng)業(yè)機械、小型建筑機械、小型柴油發(fā)動機、鑄鐵管等領(lǐng)域處于世界前列。2017年，久保田與東京光學(xué)機械和堪薩斯州大學(xué)聯(lián)合研發(fā)了第一款無人駕駛農(nóng)機“M7”系列。
隨后在2018年前后相繼推出了NW8SA型自動駕駛高速插秧機和WRH1200A型自動駕駛履帶收割機。這兩款農(nóng)機都能夠?qū)崿F(xiàn)無人自動駕駛，可以自動規(guī)劃作業(yè)路徑、自動駕駛、自動作業(yè)等一系列智能化、自動化的農(nóng)田作業(yè)。后依靠全球定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)，實現(xiàn)了有人監(jiān)控下的可以無人自動駕駛作業(yè)的拖拉機和操作人員搭乘并可以自動駕駛作業(yè)的聯(lián)合收割機，以及在直行時可以自動轉(zhuǎn)向行駛的插秧機等的產(chǎn)品化。
現(xiàn)如今，久保田追求的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)將先進技術(shù)與信息通信技術(shù)（ICT）融合為一體，用數(shù)據(jù)實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的“可視化”，支持不依賴于經(jīng)驗和直覺的高效農(nóng)業(yè)方式。
洋馬株式會社（Yanmar Co., Ltd.）
日本洋馬株式會社成立于1912年，1933年研制了世界上第一臺商用小型柴油發(fā)動機，并實現(xiàn)了此類發(fā)動機的商品化。洋馬一直不斷地致力于開發(fā)世界上最先進的發(fā)動機尖端技術(shù)，持有數(shù)量眾多的專利和知識產(chǎn)權(quán)。
早在2013年，洋馬發(fā)布了概念拖拉機YT0，這標(biāo)志著洋馬開始對外展示其在無人駕駛農(nóng)機領(lǐng)域的研發(fā)方向；2015年5月，洋馬YT系列拖拉機量產(chǎn)上市，這款拖拉機配備了無人駕駛追蹤系統(tǒng)，只需一人即可高效完成多人的工作。2018年10月，洋馬無人駕駛拖拉機正式上市，分為自動駕駛和無人駕駛兩種。洋馬的無人駕駛技術(shù)也被用于其自家稻米播種機上。
今年2月，洋馬推出零排放農(nóng)業(yè)無人駕駛概念樣機e-X1，e-X1可以前后安裝旋耕機和割草機等多種機具，實現(xiàn)除草、除雪和耕作等任務(wù)。采用履帶底盤，可確保在斜坡和不平的地形上穩(wěn)定運行。該機器采用遠程控制，保證了操作員在農(nóng)業(yè)作業(yè)中的安全，后續(xù)考慮加入自動駕駛功能。
井關(guān)農(nóng)機（Iseki & Co., Ltd.）
井關(guān)農(nóng)機是日本的一家主要農(nóng)機企業(yè)，也參與了無人駕駛農(nóng)機的研發(fā)和推廣。早在2017年就推出輔助直線插秧機“NP80Z”，通過GPS定位，為田間種植作業(yè)的高精度化、省力化做出貢獻。
為解決日本農(nóng)業(yè)日益嚴(yán)重的人手不足和提高工作效率，2018年12月，井關(guān)農(nóng)機宣布發(fā)售了該公司首款機器人拖拉機，這款農(nóng)機頂部裝有GPS裝置，能實現(xiàn)高精度作業(yè)，機身裝有超聲波傳感器等，可感知障礙物并自動停止。此后2年，井關(guān)農(nóng)機多款機器人拖拉機實現(xiàn)了商品化。
目前，井關(guān)農(nóng)機產(chǎn)品主要有拖拉機、插秧機、收割機、微耕機、田園管理機、蔬菜移栽機和烘干機（碾米機、稱重機、冷庫）；其中拖拉機和插秧機產(chǎn)品，井關(guān)均推出了輔助駕駛機型和無人駕駛（有人監(jiān)控）機型。如無人駕駛拖拉機TJV系列分為2個子系列：M1和R3，其中M1為人在車上監(jiān)控，R3為人在田邊監(jiān)控。
為實現(xiàn)對農(nóng)機的遠程監(jiān)控、作業(yè)控制和信息管理，洋馬研究并開發(fā)了遠程用戶終端。同時，為進一步提高直播機信息的共享性與安全性，洋馬還初步開發(fā)了基于多機數(shù)據(jù)存儲的云管理平臺。
從無人駕駛拖拉機的研發(fā)到智能化水稻直播機實驗平臺的建立，再到自主路徑規(guī)劃算法和遠程用戶終端與云管理平臺的開發(fā)，洋馬不斷推動無人駕駛技術(shù)在農(nóng)機領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。
2011年，日本井關(guān)農(nóng)機株式會社和東風(fēng)汽車集團公司合資組建“東風(fēng)井關(guān)”，東風(fēng)井關(guān)已經(jīng)成功推出了多款無人駕駛農(nóng)機產(chǎn)品，包括無人駕駛智能拖拉機、無人插秧機、無人收割機等，實現(xiàn)了耕、種、管、收全程智能化。
無人化農(nóng)機推進遇阻
日本政府將無人農(nóng)機自動化定為0到3個級別，目前的產(chǎn)品屬于需要人工監(jiān)控作業(yè)的2級水平。日本政府此前計劃到2020年實現(xiàn)可遠程監(jiān)控、無需現(xiàn)場有人的無人駕駛。
久保田三級自動化和無人化路線圖
但截至目前，日本農(nóng)機企業(yè)們，如久保田實現(xiàn)的是第二級自動化產(chǎn)品——“在人工監(jiān)控下實現(xiàn)自動化和無人操作”，并將第三級無人化目標(biāo)“遠程監(jiān)控下的無人農(nóng)業(yè)機械應(yīng)用”定在2026年。其在2024年推出了全球首臺智能聯(lián)合收割機，實現(xiàn)水稻和小麥的無人自動收割，進一步在完善了其全系列無人操作農(nóng)業(yè)機械。
為了推進當(dāng)前階段自動駕駛農(nóng)機設(shè)備的普及，目前日本企業(yè)和政府也采取了相當(dāng)多的措施：
（1）設(shè)置RTK基站提高定位精度
一般情況下，農(nóng)機的定位信息使用全球定位系統(tǒng)(GPS)，通過天線接收來自人造衛(wèi)星的信號。據(jù)悉，目前的誤差在10厘米左右，不適合進行精準(zhǔn)的農(nóng)業(yè)作業(yè)。為了讓自動駕駛的農(nóng)機獲得更準(zhǔn)確的定位信息，日本久保田將推進“RTK（實時動態(tài)）基站”的建設(shè)。利用來自RTK基站的數(shù)據(jù)進行校正，將誤差控制在3厘米左右。
通過基站接收位置信息的校正數(shù)據(jù)，將誤差縮小至約3厘米。這將實現(xiàn)精細化操作，如拖拉機等設(shè)備的精確移動，從而增加收成并減少人力投入。
在田間作業(yè)等情況下使用自動駕駛的農(nóng)機時，如果作業(yè)位置偏離10厘米左右，就會直接導(dǎo)致產(chǎn)量減少。例如，利用拖拉機開壟播種蔬菜時，本應(yīng)種植5行的區(qū)域可能因為偏差而只能種植4行，從而導(dǎo)致農(nóng)地的收成減少約20%。
預(yù)計將在2024年內(nèi)在日本全國完成約90座基站的設(shè)置，預(yù)計基本覆蓋日本的主要農(nóng)田。這一舉措大幅提升自動駕駛農(nóng)機的定位精度，確保精準(zhǔn)的農(nóng)作作業(yè)。
（2）差異化研發(fā)
如久保田，早在技術(shù)創(chuàng)新上就研發(fā)出了包括單輪控制技術(shù)及農(nóng)機群組控制技術(shù)。傳統(tǒng)的柴油發(fā)動機即使采用四輪驅(qū)動，也需要將動力分別傳輸?shù)角拜喓秃筝?，靈活性有所欠缺。而久保田在今年CES展示的最新款農(nóng)機則為四個輪子分別配備了獨立電機，在凹凸不平的地形中也能如履平地。并且通過群組控制，小型農(nóng)機也可以在大片農(nóng)田上協(xié)同作業(yè)。
此外相對于其他家產(chǎn)品用于大片麥田的數(shù)百馬力大型農(nóng)機的自主作業(yè)，久保田則專注于100馬力以下的小型農(nóng)機市場。這種適用于日本水稻種植的小型農(nóng)機不僅在田地面積通常較小的亞洲更受青睞，而且還可以在歐美國家地形復(fù)雜的果園中應(yīng)用。
（3）以租代售降低使用成本
自動駕駛農(nóng)機通過GPS和傳感器技術(shù)實現(xiàn)了高精度作業(yè)和障礙物探測，提高了作業(yè)效率和安全性，但你由此帶來的高昂成本卻成為了無人農(nóng)機普及的主要障礙。
為此，日本政府和企業(yè)正在探索降低成本的方法，包括提供租賃服務(wù)和期待技術(shù)普及帶來的成本下降。展望未來，日本計劃進一步提升無人駕駛農(nóng)機的自動化級別，并繼續(xù)在全球智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域保持領(lǐng)先地位。
寫在最后
回顧日本農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展脈絡(luò)看，自動化的機械理念貫穿始終，如今無人化和智能化已成標(biāo)配，更有利于老齡化時代的農(nóng)耕作業(yè)。而且，日本農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)機械多年來的發(fā)展，對我國也有很大的借鑒意義。我國雖然地域廣大，但同樣是山區(qū)面積多平原面積小，而且耕地分布極其不均衡。正因為如此，雖是農(nóng)業(yè)大國，但時至今日還不是農(nóng)業(yè)強國。
當(dāng)前，我國無人農(nóng)機主要是在中大型農(nóng)場、示范區(qū)使用。伴隨農(nóng)村勞動力城鎮(zhèn)化，合作社、合作農(nóng)場的生產(chǎn)經(jīng)營方式還會進一步擴大規(guī)模，呈現(xiàn)社會化服務(wù)趨勢，從而帶動無人農(nóng)機規(guī)模商用。
總體來看，我國農(nóng)業(yè)種植機械無人化、智能化程度還亟待提高，無人農(nóng)機發(fā)展還有很大的提升空間，市場前景廣闊。
