日本嘗試露地蔬菜生產(chǎn)引入人工智能

為應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的農(nóng)業(yè)從業(yè)人員減少和高齡化問題，2019年9月19日，日本露天蔬菜生產(chǎn)自動(dòng)化協(xié)會(huì)在北海道河?xùn)|郡鹿追鎮(zhèn)利用人工智能（AI）技術(shù)和衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）進(jìn)行了包菜、洋蔥等露地蔬菜自動(dòng)化收獲和搬運(yùn)作業(yè)的試驗(yàn)演示，同場演示還包括叉車自動(dòng)裝貨、無人機(jī)自動(dòng)施藥等作業(yè)。本次演示來源于“人工智能未來農(nóng)業(yè)創(chuàng)造項(xiàng)目”，項(xiàng)目組除立命館大學(xué)、北海道農(nóng)研所和鹿追鎮(zhèn)農(nóng)協(xié)等科研單位以外，還包括洋馬農(nóng)機(jī)、OSADA農(nóng)機(jī)、訓(xùn)子府機(jī)械工業(yè)、Enroute農(nóng)機(jī)、豐田自動(dòng)織機(jī)、長田電機(jī)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)等企業(yè)，其中，立命館大學(xué)負(fù)責(zé)AI技術(shù)開發(fā)，洋馬公司負(fù)責(zé)研究拖拉機(jī)自動(dòng)并行基盤技術(shù)，OSADA公司負(fù)責(zé)研發(fā)包菜收獲機(jī)，訓(xùn)子府機(jī)械工業(yè)負(fù)責(zé)研發(fā)洋蔥收獲機(jī)，Enroute公司負(fù)責(zé)研發(fā)無人植保機(jī)和攝影無人機(jī)。

 包菜收獲機(jī)由立命館大學(xué)和北海道富良野市的OSADA農(nóng)機(jī)公司合作開發(fā)。由于普通乘坐式收獲機(jī)對(duì)割臺(tái)的位置調(diào)節(jié)要求較高，本項(xiàng)目研發(fā)的自動(dòng)收獲機(jī)配備了人工智能（AI）技術(shù)，割臺(tái)上方的攝像頭能夠識(shí)別并檢測(cè)出包菜位置，反饋給機(jī)器進(jìn)行割臺(tái)位置的調(diào)節(jié)。收獲作業(yè)時(shí)，自動(dòng)收獲機(jī)通過多個(gè)攝像頭感應(yīng)到包菜根部位置、田壟位置、地面高度等，AI自動(dòng)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，自動(dòng)調(diào)整割臺(tái)位置，包菜被運(yùn)送到機(jī)器上方，作業(yè)人員除去外葉后轉(zhuǎn)入貨箱中（自動(dòng)除外葉技術(shù)也在進(jìn)行研究中）。貨箱裝滿后，自動(dòng)搬運(yùn)臺(tái)車靠近與收獲機(jī)對(duì)接，裝載貨箱，裝滿貨箱的臺(tái)車會(huì)自動(dòng)移動(dòng)到農(nóng)場外的要求位置，然后交接給自動(dòng)叉車，自動(dòng)叉車裝到貨車，搬運(yùn)到集中出貨場所。

 自動(dòng)叉車由立命館大學(xué)和豐田自動(dòng)織機(jī)公司合作開發(fā)。其根據(jù)在農(nóng)場周邊進(jìn)行裝貨作業(yè)與集中出貨場所的不同，配備了CNSS和感應(yīng)器，應(yīng)用自動(dòng)駕駛技術(shù)，通過大量的激光傳感器避開障礙物。在演示中，叉車靠近裝有包菜的貨箱時(shí)，通過識(shí)別張貼在貨箱上的圖像標(biāo)識(shí)，鏟入叉子抬起貨箱后將其裝入卡車。

 洋蔥收獲機(jī)及拖拉機(jī)自動(dòng)伴走裝載系統(tǒng)由立命館大學(xué)和北海道訓(xùn)子府機(jī)械工業(yè)公司合作開發(fā)，該機(jī)器以攝像機(jī)捕捉到的畫面為基礎(chǔ)，通過AI技術(shù)探測(cè)洋蔥位置，收起后運(yùn)送到收獲機(jī)上部，由作業(yè)人員手動(dòng)去除土塊、石子后通過皮帶被運(yùn)送至與收獲機(jī)并行的拖拉機(jī)牽引貨箱內(nèi)。自動(dòng)伴走的拖拉機(jī)通過GPS和基站獲取正確位置，實(shí)現(xiàn)與收獲機(jī)并行伴走。未來洋蔥收獲機(jī)還會(huì)增加自動(dòng)清除土塊、石子、雜草等功能，真正實(shí)現(xiàn)無人化作業(yè)。

 此外，制造并銷售農(nóng)用植保無人機(jī)的Enroute公司還具體演示了機(jī)體傾斜噴霧噴嘴扔朝下的無人機(jī)開發(fā)情況。

 上述包菜自動(dòng)收獲、洋蔥自動(dòng)收獲和自動(dòng)伴走、自動(dòng)搬運(yùn)、自動(dòng)叉車和農(nóng)用植保無人機(jī)等技術(shù)目標(biāo)是2023年實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。屆時(shí)，包菜收獲速度達(dá)到0.2m/s，切斷性能超越人工，導(dǎo)入成本約為1900萬日元，維持管理成本約為10~30萬日元/年；洋蔥收獲機(jī)性能與包菜收獲機(jī)一致，導(dǎo)入成本約為900萬日元，維持理成本約為5~20萬日元/年；植保無人機(jī)可實(shí)現(xiàn)精密噴灑，裝在10kg藥劑在風(fēng)速5m/s以內(nèi)，達(dá)到噴灑偏差±187.5px的精度等等。

 當(dāng)前，我國蔬菜供求基本平衡，但是在剛性需求不斷增長、城郊基地陸續(xù)減少、高素質(zhì)勞動(dòng)力逐漸流失的三重壓力之下，保障蔬菜生產(chǎn)產(chǎn)量增加、質(zhì)量安全、價(jià)格穩(wěn)定的難度越來越大，用工貴、用工難的問題在蔬菜生產(chǎn)中也更加突顯。日本在自然條件、地形與土地分布、農(nóng)業(yè)發(fā)展環(huán)境等方面都與中國極為相似。自20世紀(jì)50年代起，日本政府采取了一系列措施，促進(jìn)了蔬菜生產(chǎn)機(jī)械化的快速發(fā)展，同時(shí)起到了降低成本、提高生產(chǎn)效率、減少對(duì)人工的依賴等作用，成效顯著。因此，剖析日本蔬菜生產(chǎn)機(jī)械化的發(fā)展模式，汲取其成功經(jīng)驗(yàn)，對(duì)中國蔬菜生產(chǎn)機(jī)械化事業(yè)的發(fā)展起到很好的促進(jìn)作用。

來源：中國蔬菜協(xié)會(huì)機(jī)械化分會(huì)