農業農村科技創新

　　一、背景介紹

　　習近平總書記在中央農村工作會議上指出，『要堅持農業科技自立自強，加快推進農業關鍵核心技術攻關』。哈爾濱工業大學群體智能自主作業智慧農場技術針對我國農業受自然資源和人力成本的約束，普遍存在依靠勞動力密集、科技水平低、生產規模小的問題，將新一代人工智能先進思想和技術與大規模農業生產相結合，聚焦群體智能自主作業智慧農場，有效減少農業生產過程中對勞動力的依賴，提高農業機械化和智能化，為農業插上科技的翅膀。以大田作物『耕、種、管、收』等全流程的自主作業為研究對象，攻克農場環境自適應感知與認知，自主作業控制、執行與管理，群體智能協同作業與認知計算，智慧農場調度、管理與協同等關鍵技術，突破大型農場中農情和農事復雜，感知、認知自適性不高，作業流程自主控制、自主管理受限等瓶頸，實現群體實時無線通信、嵌入式認知計算、人機自主協同等技術，構建人機共融、自主協同的智慧農場，全面提昇我國農業生產智能化水平。

　　二、具體做法

　　群體智能自主作業智慧農場技術圍繞『知』『行』『群』『智』四項關鍵核心技術開展研究，具體做法如下：

　　一是『知』——農場環境自適應感知與認知技術。重點研究基於近地衛星遙感、無人機遙感、農機機載信息和農田物聯網信息等技術下農機對外部環境、農機主體、作業對象、操作主體等感知技術和基於農場信息、農機信息、操作員信息、作物品類信息、土壤信息、氣象信息、農學知識等的認知技術，並構建『天-空-地』一體化感知系統和多模態AI算法庫，突破面向群體智能的農機自適應感知和認知技術。

　　二是『行』——農機自主作業控制與管理技術。通過研究農機作業流程管控方法、農田作業環境感知技術、農機田間作業行為認知方法等，實現田塊邊界、田間障礙物和作物行線的自主識別、農機田間正常作業、燃油與種藥補給、故障運維等農機典型作業行為認知以及農機田間路徑自主跟蹤、自動轉彎掉頭、自動避障技術，構建農機作業行為、作業信息、處方知識生成等農機田間作業自主管理模型，開發農機作業自主管理系統，實現農機田間自主作業與管理。

　　三是『群』——群體智能協同作業與認知計算技術。研究『農機具通用嵌入式計算平臺』，並架構在農田作業機具上，完成實時自適應群體組網與雲端中心通訊，現場實時對環境進行感知計算與控制，實現人機自主信息交互等。研究農機群體自主決策與任務分配、基於意圖識別的人機協同、基於強化學習的編隊控制和實施通訊與嵌入式計算技術。

　　四是『智』——智慧農場調度管理與協同技術。圍繞大田作物生產管理流程和農事任務管理環節，研究農業生產多源數據融合技術，建立智慧農場管理平臺，實現農機群體高效協同作業及農場生產全流程智能化管理。針對作物生產全過程精准化管理難題，研究作物生育進程指標管理模型數字化技術，建立作物生育進程診斷數字化模型的農業生產精准栽培技術體系，分析農場生產管理方式，建立管理流程數據庫，開發農業智慧大腦管理決策系統，實現作業時期管理與農機作業任務發布。針對農機群體協同作業問題，依據三維場景數據，研究深度畫像技術，建立群體作業互動協作模型，實現『人-機-環』共融。

　　三、取得成效

　　2021年12月，由哈爾濱工業大學牽頭，與北京農林聯合北京市農林科學院智能裝備技術研究中心、清華大學、東北農業大學等10家單位共同承擔的科技創新2030—『新一代人工智能』重大項目《群體智能自主作業智慧農場》通過立項，並於2023年5月18日通過科技部組織的中期驗收。至項目中期，項目組已構建農業智慧大腦系統以及人機融合的農事任務管理及農機作業指揮系統，已實現『耕、種、管、收』主要環節5臺套異構農機自主協同作業。

　　2022年10月，由哈爾濱工業大學和省校共建新型研發機構哈爾濱工業大學人工智能研究院有限公司共同牽頭的『智能農場國家新一代人工智能開放創新平臺』獲得科技部批復建設。該平臺集雲端人工智能賦能、邊緣人工智能應用場景服務、開源開放數據標准、農學知識圖譜和智能農場典型的示范應用等多功能於一體，面向智能農機等『卡脖子』關鍵核心技術的國家重大需求，以需求為導向、產出為目標、高校與企業為主體，圍繞『智農伴飛』智能農場平臺，建立創新、高效、高質量、可持續發展的運行機制，實現環境感知的全面化、數據采集的精准化、信息傳輸的無線化、設備控制的智能化，為有效推動農業增效、農民增收、農產品安全、鄉村振興提供重要科技支橕，全面提昇農業科技創新能力。開放創新平臺的獲批開創了東北地區的先例，並填補了『新一代人工智能開放創新平臺』在智慧農業領域的空白。

　　2022年12月，由哈爾濱工業大學、北大荒農墾集團有限公司和東北農業大學共同建設的『智慧農場技術與系統』全國重點實驗室獲批建立。實驗室以『開放、流動、聯合、競爭』的運行機制，協同推進創新平臺、創新能力、創新生態建設，聯合開展跨領域、跨學科、前沿交叉型的基礎科學研究和重大技術攻關，實現科學研究水平與科技供給能力的雙提昇，共同創建具有獨特性、引領性的國家重點實驗室建設新模式，為智慧農業技術的研究和推廣注入新動力。