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本文導讀目錄：

1、先進農機技術開發(fā)與發(fā)展方向

2、先進制造技術在農機裝備制造中的應用

3、先進的國際農機前沿技術

4、先進的國際農機前沿技術（英文版）

先進農機技術開發(fā)與發(fā)展方向 ♂

先進農機技術開發(fā)與發(fā)展方向

前不久，韓國農業(yè)機械學會會長、農業(yè)食品部李江鎮(zhèn)農村振興廳農業(yè)工程部長李江鎮(zhèn)，就農業(yè)機械技術開發(fā)與發(fā)展在農機媒體上談到：＂農業(yè)機械的技術的發(fā)展方向是，農業(yè)機器人、智能自動化，這是時代要求”。

近些年美國、日本等先進農業(yè)國在全力推進自動或稱為自主農業(yè)機械的開發(fā)，而韓國在這方面無論是基礎研究，還是技術系統(tǒng)規(guī)范化、標準化，以及配套法律等方面都面臨著比較緊迫的形勢。

農業(yè)條件與第四次工業(yè)革命技術

世界人口預計將從2022年的約80億增加到2050年的97億。因此，預計食品消費量也將比現在增加20%以上。但是，在韓國，同中國、日本等國一樣，存在著共同的問下一一農業(yè)人口的減少和老齡化，韓國政府正在努力解決這一問題。

第四次工業(yè)革命正在全球興起，農業(yè)也不例外。未來，超越人類智力和判斷力的人工智能機器人將代替人類耕種。用無人駕駛飛機和無人駕駛汽車，運輸農作物的日子不會太遠了。此外，連接到通信網絡的機器人，將能夠通過通信信息傳遞來完成從農產品生產到運輸的各種任務。農業(yè)的第四次工業(yè)革命技術不僅解決了農業(yè)人口老齡化帶來的勞動力和生產力下降問題，作為解決因人口增長而導致的全球糧食短缺的技術備受期待。

先進農業(yè)機械應用技術

先進農業(yè)機械與現有農業(yè)機械融合了智能化技術，為用戶提供農業(yè)加工的便利性，使用戶能夠方便、安全地進行農業(yè)加工。作為應用于尖端農機的代表性技術，可以列舉自動駕駛，以農業(yè)機械中使用比重最高、高度化的拖拉機為中心，正在進行技術開發(fā)。農業(yè)中的自動駕駛在安全事故方面比車輛具有有利的環(huán)境條件。特別是使用拖拉機的農場，周圍的障礙很少。不同于各種車輛行駛和交叉的道路，事故風險小，工作速度在20km/h以內或以外的低速點等技術方面具有容易進入的優(yōu)點。

美國拖拉機專業(yè)公司John Deere已經批量生產了半自動拖拉機，銷售了20多萬臺。該半自動拖拉機通過GPS（衛(wèi)星導航裝置）跟蹤模塊，利用基于位置的信息實現精密農業(yè)和自主移動。最近，開發(fā)了自動駕駛拖拉機和大數據分析模型，擴大市場份額的趨勢，據報道，已經完成了接近完全自動駕駛拖拉機的拖拉器和管理解決方案的開發(fā)。此外，瓊斯在2022年CES上展示了配備6對立體攝像頭的自動駕駛拖拉機，該拖拉機配備了360度全向檢測障礙物并計算距離的技術。這臺拖拉機利用深度學習技術。它可以在一秒鐘內發(fā)現障礙物并做出決策。

日本代表性農機專業(yè)企業(yè)Kubota也正在加速自動駕駛拖拉機的開發(fā)。久保田公司推出了可用于自動駕駛農業(yè)機械的KSAS（Kubota Smart Agricultural System）。KSAS可以遠程查看和管理收成等各種作業(yè)信息，可以記錄工作記錄等各種數據。利用拖拉機進行輕運作業(yè)時，KSAS最多可同時控制5臺，實現多種協作技術。

最近，韓國國內也在積極開展將自動駕駛系統(tǒng)安裝在主要農業(yè)機械上的技術開發(fā)。TYM是基于GPS的定位技術，工作路徑生成技術，開發(fā)了搭載了自動變速和轉向控制技術等各種技術要素的自動駕駛拖拉機，利用這種方法，可以無人駕駛地進行耕耘等農業(yè)作業(yè)。LS MTRON與LGU PLUS合作，建立了基于5G的精密農業(yè)服務，建立了拖拉機自動駕駛技術的基礎。韓國國內首次開發(fā)了不僅直行行駛，而且適合韓國農業(yè)也能旋轉（K-turn）的自主作業(yè)拖拉機“SmarTrek”產品，從去年年底開始銷售。大同公司推出了直進時可以自動轉向的自主駕駛，位置控制誤差至少2.5厘米的精確，與現有手工操作駕駛作業(yè)相比，保持一定的間隔，同時提高了異步作業(yè)的效率。通常情況下，需要兩名操作員來補充駕駛員 ，但在自動導航模式下插秧機，在直行時，駕駛員可以完成稻苗的工作，因此可以進行一人的工作。

農村振興廳也利用影像和人工智能技術，開發(fā)了能夠識別輕微的地方和邊界，進行自主作業(yè)的拖拉機自動駕駛技術。它不僅可以通過視頻設備跟蹤路徑，由于能夠識別障礙物，因此能夠用一個單一的傳感器來執(zhí)行復雜的業(yè)務，因此具有降低生產單價的優(yōu)點。

實現農業(yè)無人化的農業(yè)機器人

從農作物的播種到種植、收獲、加工、儲存、流通的整個過程的無人技術正在開發(fā)中。精密農業(yè)機械，無牽引車，無人機等智能型農業(yè)機械和農業(yè)用智能機器人出現，隨著集群控制等相關研究的迅速推進，農業(yè)機器人的實際商業(yè)化正在逼近。

農業(yè)的自動化·機器人化通過提高工作速度和提高效率來縮短工作時間，這將是解決老齡化導致的勞動力不足問題的一大核心技術。同時，農作物的生長狀況和農耕作業(yè)和農機的現狀，通過實時獲取農田和溫室的工作環(huán)境信息，實現農業(yè)加工的精確自動化，將使作物的質量和產量最大化。

農業(yè)機器人必須在作物和牲畜等生物共存的環(huán)境中安全，即使在田野或果園等不規(guī)則的道路也應該使用。另外，還應考慮溫室或畜牧設施內的高溫濕潤環(huán)境因素。以每年的運行時間來看，農業(yè)機器人是播種，史提夫，草，由于僅限于收割等相關農業(yè)工作，因此與一般工業(yè)用機器人相比，運行時間要短得多。對于農業(yè)機器人來說，對環(huán)境變化的耐用性非常重要，不僅需要考慮擴展和連接到其他任務，而且機器人對農民來說，它既便宜又易于操作。像這樣的問題，技術實現的難度比普通工業(yè)的難度高。農業(yè)機器人的實用化也并非易事。

目前，以農村振興廳為中心，正在進行能夠進行多種農業(yè)工作的機器人平臺的開發(fā)。國家農業(yè)學院在果園里的果蔬，防護，開發(fā)了用于收割等各種無人作業(yè)的平臺和自主航行技術。利用激光傳感器不僅可以識別和跟蹤果熱，還可以識別障礙物。目前，為了提高性能，正在進行商業(yè)化水平的升級，并且正在進行各種現場測試。除此之外，對于適合未來型果園的無人耕作的除草機器人和收獲機器人的研究也在進行中。

農業(yè)機械發(fā)展方向的探索

隨著農業(yè)人口的減少和老齡化，利用先進技術替代農業(yè)勞動力自動化是不可避免的。為了擺脫體驗式農業(yè)，我們需要建立數字化創(chuàng)新基礎設施，設備和用戶界面（UI）等系統(tǒng)需要標準化和規(guī)范。同時，為了適應新制度的引入，還必須同時進行制度和法律的整頓。

在這方面，從2020年開始，由鄉(xiāng)村振興廳和農機企業(yè)、韓國農機合作社、農林畜牧食品部、農協、韓國農業(yè)技術振興院、大學等參與的尖端農機研究協議的活動非常重要。此外，為了克服農業(yè)所處的環(huán)境和韓國農業(yè)的限制，我們必須在分享全球潮流的同時尋求新的發(fā)展方向。這也是 韓國農業(yè)機械學會選擇“全球農機產業(yè)技術趨勢及前景”、“智能農機現狀及政策方向”作為國際學術研討會的主題的原因 ，共同討論農業(yè)機械領域的新方向，包括機器人在內的尖端農機的研發(fā)和產業(yè)化、現場推廣及擴散的政策，為營造良性循環(huán)的發(fā)展生態(tài)。

先進制造技術在農機裝備制造中的應用 ♂

先進制造技術在農機裝備制造中的應用

目前，各個國家都在加快推進先進制造技術在制造業(yè)領域的應用，以保持自己在制造業(yè)中的有利地位。先進制造技術在國內農機制造中得到了一定的應用，但是仍然存在一些較顯著的問題。

我國農機制造水平只有趕上世界領先水平，才能造出符合我國農業(yè)國情和地貌的好裝備，才能從根本上解決我國農業(yè)自動化應用范圍小的問題。目前農機制造業(yè)所應用的先進制造技術主要有成組技術(Group Technology)、敏捷制造(Agile Manufacturing)、并行工程(Concurrent Engineering)、快速成型技術(Rapid Prototyping Manufacturing)、虛擬制造技術(Virtual manufacturing Technology)和智能制造(Intelligent Manufacturing)等，這些技術的廣泛應用都能很好地提高我國農機裝備制造技術水平，達到高質量、低價格目標。

1  我國農機裝備制造現狀

在中央和地方財政繼續(xù)加大補貼力度，極大地調動農民購機的積極性，更多社會資金投入到農業(yè)機械化的環(huán)境下，形成了依法促進農機化發(fā)展的強大推動力和政策引導力，在此機遇下，開拓了更大的農機市場，帶動了農機制造者的積極性。在銷售市場良好的情況下，我國農機制造領域的業(yè)績一直保持蒸蒸日上。不少企業(yè)通過提高產品質量和市場競爭能力，抓住了自身發(fā)展的機遇。

21世紀初，我國農業(yè)裝備工業(yè)曾處于低谷狀態(tài)，生產銷售呈連續(xù)下滑態(tài)勢。從2009年開始，中國經濟進入了新的增長期，國家對“三農”高度重視，惠農政策的落實使農機制造業(yè)開始爆發(fā)式快速發(fā)展。2010年農業(yè)裝備制造業(yè)總產值和產品銷售收入均超過1 000億元，比2009年翻一番，完成利潤總額41 143億元，比2009年增長84%。

農業(yè)裝備結構進一步優(yōu)化，高性能、大功率田間作業(yè)機械和配套機具增長勢頭強勁。其中，大中型拖拉機、聯合收獲機和水稻插秧機比“九五”期末增長 80%左右。在新產品開發(fā)方面，2010年農業(yè)裝備制造業(yè)產品產值大幅增長，完成106 158億元，同比增長22%。

在規(guī)模方面，經過50余年的發(fā)展，我國農機形成了10多個子行業(yè)、3 200多種農機產品的完整工業(yè)體系，包含拖拉機及配件、機械化農具及園藝機具、農副食品加工專用設備、飼料生產專用設備、畜牧機械、漁業(yè)機械和農牧漁業(yè)機械配件等行業(yè)。

據相關統(tǒng)計，農機制造業(yè)增速較快，2013年到2017年間，規(guī)模以上農機制造企業(yè)數量整體上呈逐漸增長趨勢，由2008年的191家增加至2017年的2 319家。農機工業(yè)總產值逐年増加，年均增長率達到8.78%，2015年上半年，規(guī)模以上企業(yè)資產總計1 855.55億元。

在農機主營業(yè)務收入方面，2016年達4 516.40億元，同比增加5.43%；制造業(yè)出口額110.87億美元，同比增加9.03%。

隨著國家一系列惠農政策的相繼出臺，特別是2004年《農業(yè)機械化促進法》頒布實施以來，我國的農機行業(yè)呈現出快速、健康的發(fā)展態(tài)勢。農機工業(yè)形成了以國資控股大型企業(yè)集團為主導、以民營企業(yè)為主體、以外資企業(yè)為補充的“三足鼎立”的格局，農機工業(yè)銷售額逐年提高。

但是，我國農業(yè)機械產品品種單一、水平低，是低附加值和低技術含量的發(fā)展，2017年，農機工業(yè)增加值增速7.7%，比2016年下降0.7%；全國規(guī)模以上農機企業(yè)主營業(yè)務總收入4 516.39億元，比2016年同期增長了5.8%；規(guī)模以上農機企業(yè)實現利潤總額255.24億元，比2016年增加了3.51億元，增幅為1.39%。

農機產品結構雖逐步改善，但中國農機工業(yè)以往那種“小型多，大型少；動力多，配套少；低檔次多，高檔次少”的產品結構并未得到根本改變。

2017年，農機工業(yè)收入和利潤增速均呈現乏力態(tài)勢，達到了10年來的谷底，價格競爭以及品牌混雜帶來的是農業(yè)機械的發(fā)展被嚴重制約。

2  先進制造技術在農機裝備制造中的應用現狀

2.1  成組技術

成組技術的應用核心就是成組工藝，是將結構、材料和工藝相近似的零件組成一個零件族，按零件族制定工藝進行加工，擴大批量、減少所需的生產步驟。有效地解決生產中由于品種多、產量小帶來的矛盾，縮短新產品設計周期和降低設計費用。按這種方法進行產品設計，約有75%的新產品零件圖可以重復利用老產品圖紙，僅有25%的零件需要重新設計。

2.2  敏捷制造

敏捷制造的技術核心是將熟練掌握生產技能、高素質的勞動者以及企業(yè)之間、企業(yè)內部靈活的管理有機地集成起來達到最優(yōu)化，用于應對目前快速變化的市場。

傳統(tǒng)的企業(yè)組織模式存在著不能及時應對市場變化的難題，導致許多農機行業(yè)不適應靈活多變的市場形勢，生產不了市場最需要的產品。調整機構，取消一部分中層管理機構，給技術人員更多的授權，使企業(yè)具有創(chuàng)新精神，提高企業(yè)的敏捷性。

企業(yè)經濟的全球化使任何一家企業(yè)都無法壟斷中國市場，建立一個企業(yè)動態(tài)聯盟，所有企業(yè)共同利用市場機遇，可以使企業(yè)在產品開發(fā)制造方面實現時間最短，成本、風險最低，收益最大。

2.3  并行工程

在傳統(tǒng)的工程設計順序中，首先通過市場調研進行需求分析，然后通過專業(yè)的工程團隊進行產品設計，再根據確認的設計圖進行生產制造，最后產品上市銷售。在這種設計方法中，信息單向傳遞，后續(xù)工作無法及時向前續(xù)工作進行反饋。

采用并行工程，則是將各個工程設計過程與其后續(xù)過程并行設計，兩個過程間的信息交流是雙向的。并行工程能縮短產品開發(fā)周期，加快產品更新速度，提高產品質量，使產品更具市場競爭力。

2.4  快速成型技術

快速成型技術是制造業(yè)的重要支柱技術之一，是將CAD技術、數控技術、材料技術和激光加工技術綜合利用，實現從最初零件的設計到三維實體原型制造一體化的系統(tǒng)技術，其核心就是采用軟件離散-材料堆積的原理來完成零件的成型過程。

對于國內農機制造業(yè)而言，目前主要是用于新產品開發(fā)的設計驗證和模擬樣品的試制上，部分過程包括產品的概念設計（或改型設計）、造型設計、結構設計、基本功能評估和模擬樣件試制。

2.5  虛擬制造技術

虛擬制造技術是以仿真技術為基礎，對產品的設計生產過程統(tǒng)一建模，在計算機上對設計、加工、裝配、檢驗和使用整個生命周期過程進行仿真。虛擬制造技術可以縮短產品開發(fā)周期，大大降低生產成本。

2.6  智能制造

智能制造是由智能機器人和人類專家組成的人機一體化智能系統(tǒng)，其創(chuàng)新之處在于能自動分析、判斷、構思和決策。智能制造能代替人類專家完成一部分腦力勞動，把制造自動化的概念更新，并擴展到柔性化、智能化和集成化。目前應用智能制造技術的農機制造企業(yè)很少。

3  先進制造技術在農機裝備制造中存在的問題

3.1  先進制造技術覆蓋率低

目前，先進制造技術在我國農業(yè)領域覆蓋率很低，只有龍頭企業(yè)和極少數中小企業(yè)能夠引進先進技術和設備，而大部分中小企業(yè)還在使用落后的原始制造技術和設備。優(yōu)質、高效、低耗工藝的普及率不足10%，數控機床、精密設備不足5%，配有國產數控系統(tǒng)的中檔數控機床不超過25%，高檔數控機床90%以上依賴進口。

對一個國家來說中小制造企業(yè)是一個國家經濟的重要組成部分，是勞動力就業(yè)的主要場所。

在美國，中小農機制造企業(yè)占美國總農機制造企業(yè)總數的82.3%，創(chuàng)造的產值超過美國農機制造業(yè)總產值的50％，吸納的就業(yè)人數達到制造業(yè)總人數的2/3；在日本，中小農機制造企業(yè)占制造企業(yè)總數的92.3%，從業(yè)人員占制造業(yè)總人數的80.6%，產值占制造業(yè)總產值的55.5%；在德國，絕大部分都是中小型企業(yè)。

3.2  引進的先進制造技術無法發(fā)揮全部功能

隨著我國經濟實力的快速發(fā)展，大量的先進技術得以引進，但引進后的技術卻只使用了其50%不到的功能。如，因為PLC編程的問題以及相關技術問題，五軸聯動的數控機床只用了其中的三軸聯動；數控加工中心當作普通的三軸數控銑床使用[12]。使得收益總合遠小于投資總和，企業(yè)資金不足，發(fā)展困難。

3.3  CAD/CAM/CAE等成熟技術無法合理應用

企業(yè)技術人員不能熟練掌握CAD/CAM/CAE等技術，不能將這些技術合理地投入到實際生產中。目前，很多農機企業(yè)要對技術人員進行CAD/CAM/CAE等技術再培訓，不僅耽誤工廠的實際生產，也花費大量的培訓費用。

3.4  自動化程度低

先進制造技術與自動化設備是相輔相成的，沒有自動化設備，再先進的技術也無法發(fā)揮出優(yōu)勢。現今大多數企業(yè)無法裝備柔性制造系統(tǒng)等自動化設備，仍然依靠人工操作設備，既無法保證加工質量和精度，又耗時耗力。

4  問題存在的原因

4.1  產品技術落后

目前大部分農機制造企業(yè)無法根據市場需求制造相應的產品，只是一味地按照自己的套路生產產品。當需要轉換生產方向時，現有產品無法銷售，企業(yè)沒有充足的資金來轉換生產技術和裝備，造成產品落后，競爭力不強。目前機械產品價格昂貴、回收周期長，大部分土地規(guī)模小、分散等問題，影響對機械的投入。

國內實力較強的大企業(yè)和實力較弱的中小企業(yè)，都一味的追求產品低成本，導致產品外觀粗糙、質量差和精度低等問題。

先進制造技術是國際性、多元化技術，對相關人員的綜合要求較高，僅知道其功能、使用方法還不夠，還必須具有一定與時俱進的思維能力。如今的制造企業(yè)面臨著這樣的嚴重問題，大量從業(yè)人員知識陳舊、老化，已經不符合經濟國際化和制造現代化的要求。

4.2  先進制造技術壟斷性強

我國制造業(yè)起步晚，與發(fā)達國家差距較大。先進制造技術被國外掌握并壟斷，壟斷使得國內企業(yè)的引進成本大大增加，我國中小企業(yè)無能力引進，這也是先進制造技術無法普及的原因之一，此外，國內無法有相匹配的零件，導致引進的先進設備維修、保養(yǎng)費用較高。

4.3  政府投入強度不夠

中小企業(yè)只依靠自身引入和研究先進制造技術是遠遠不夠的，沒有國家強有力支持，永遠無法得到大規(guī)模的應用，然而國內對先進制造技術的投入和相關政策引導少，特別是對中小型企業(yè)。反觀世界制造強國卻形成了強烈對比，美國、德國、日本、英國和韓國5個工業(yè)發(fā)達國家對先進制造技術的投入，如表1所示。

表1 美國、德國、日本、英國和韓國對先進制造技術投入經費

由表1可以看出，發(fā)達工業(yè)國家對先進制造技術的重視程度，而國內狀況是政府只提供小部分幫助，社會中大量的資金也不去投資制造業(yè)，導致大部分的資金都需要企業(yè)自己承擔，加大了企業(yè)運營難度。

5  推進對策

5.1  制定先進制造技術發(fā)展戰(zhàn)略

工業(yè)發(fā)達國家都通過指定一系列的規(guī)劃、管理、資助與協調，并投入大量的資金來推進先進制造技術的應用，在整個推廣過程中，還起到監(jiān)督、調控等作用。

5.2  大力扶持中小企業(yè)對先進制造技術的應用

目前我國農機制造業(yè)中大部分是中小企業(yè)，它們是支柱，能吸收大量的勞動力，所以對很多中小型企業(yè)的扶持是必須大力投入的。發(fā)達國家扶持中小企業(yè)先進制造技術的開發(fā)和應用情況如表2所示。

表2 發(fā)達國家扶持中小企業(yè)先進制造技術的開發(fā)和應用

國內可以參考發(fā)達國家的扶持戰(zhàn)略，先由企業(yè)內部管理及技術人員學習先進制造技術知識，并對其給予一定的幫助，然后資助一部分中小企業(yè)，將落后的生產技術更新為先進制造技術，然后逐步推進其余中小型企業(yè)。

5.3  大力培養(yǎng)先進制造技術方面的專業(yè)人才

沒有先進制造技術方面的人才，企業(yè)也無法將技術充分發(fā)揮，不僅不能幫助企業(yè)更好地調整生產，反而會耗費大量資金。因此應該在國內部分大學建立先進制造技術相關專業(yè)，以培養(yǎng)思維、知識等綜合能力都達到技術要求的學生，儲備培養(yǎng)將來的工程師或者科研人員。要同步在各大專科院校建立先進制造技術相關專業(yè)，以培養(yǎng)將來可供企業(yè)使用的操作及維修人員。

5.4  調整發(fā)展戰(zhàn)略，緊跟市場走向

針對目前市場的多元化要求，農機制造行業(yè)不能單一的、大批量制造一件產品，而應小批量、多品種的生產。企業(yè)必須派遣有關人員深入農村做好市場調查，明確市場定位，并快速的展開設計制造。

對于制定先進制造技術發(fā)展戰(zhàn)略和扶持中小制造企業(yè)對先進制造技術的開發(fā)和應用對策，主要是從政府部門來規(guī)劃，上述對策的制定者都是政府部門。

所以從制定戰(zhàn)略目標來說，可以采取先調研，后制定的方法，每個地區(qū)的相關部門先對本地區(qū)的每個農機制造廠的總體狀況做出分析，找出所存在的問題，再判斷市場走向，根據這兩個方面制定出適宜本地區(qū)的戰(zhàn)略發(fā)展路線。

大力扶持中小制造企業(yè)需要付出相應的經濟支持，可以減免中小企業(yè)的賦稅，或者拿出一部分的資金對相應的領先中小型企業(yè)進行獎勵，鼓勵其發(fā)展。這部分資金是政府部門可以承受的，因此上述對策從政策和經濟方面來說，都是可行的。

先進制造技術方面的人才對策來說，實行起來并不困難，只是需要時間發(fā)展，可以在全國高校相關工科專業(yè)中開設與先進制造技術相關的課程，然后再逐漸向直接設立先進制造技術專業(yè)這個方向發(fā)展，從經濟方面來說也是學校完全可以承擔的，所以說也具有可行性。

6  結束語

目前，農機制造業(yè)存在先進制造技術覆蓋率低、引進的先進制造技術無法發(fā)揮全部功能、CAD/CAM/CAE等技術無法合理應用和自動化程度低等問題。如果不能很好解決這些問題，將嚴重制約我國農機制造業(yè)的發(fā)展。只要重視存在的問題，按照相應辦法提出可行措施，先進制造技術在農機裝備制造中的應用水平將會大幅增加。

先進的國際農機前沿技術 ♂

先進的國際農機前沿技術

以傳感器、機器人、無人機等為代表的基于新興信息技術、光電控制技術、大數據技術的智能農機技術發(fā)展迅速，應用前景廣泛，已成為各國關注的焦點。

系統(tǒng)分析國際農業(yè)機械研發(fā)態(tài)勢，識別和探測國際農業(yè)機械領域的研究前沿，對該領域的科技規(guī)劃和科技決策具有重要意義。

本研究利用文獻計量方法，結合專家咨詢，采取定量分析和定性內容研判的方法，揭示了農業(yè)機械領域的研究前沿方向和內容，為開展相關領域科技管理決策提供支撐，并解釋未來農機發(fā)展方向。

對高被引論文及研究前沿的判讀發(fā)現，農機基礎研究和工程技術前沿主題主要包括機器人技術、精準農業(yè)傳感器技術、旋翼無人機、精準農業(yè)遙感技術和地理信息系統(tǒng)等研究方向。

1 機器人技術

除草機器人

可以預計，未來機器人將在農場得到廣泛應用并將改變農業(yè)機械的傳統(tǒng)發(fā)展方向。

機器人技術前沿中除草機器人和無人駕駛的研究又是最多的。除草機器人控制系統(tǒng)的4項核心技術包括雜草檢測與識別、雜草精準控制及制圖，其中對雜草的檢測和控制仍是最大的技術挑戰(zhàn)。無人駕駛相關技術可以推廣到田間輪式機器人研發(fā)。

放牧機器人

無人駕駛技術

在具體工程技術上，機器人領域的研究主題集中在農業(yè)機器人的導航、路徑跟蹤，運動控制，機器人視覺3個領域。

采摘機器人

路徑規(guī)劃的便利與精準控制、適應農業(yè)三維復雜地形的導航控制、避免對作物損害及降低能源消耗等是主要的研究目標；機器人運動控制研發(fā)主要側重應用于農業(yè)復雜地形，如崎嶇地面、坡地、有障礙物地面的運動控制；機器人視覺研究則主要圍繞實際作業(yè)場景、面向自主導航的視覺捕捉、分辨等視覺功能的研究。

2 精準農業(yè)傳感器技術

掉落柑橘計數傳感器

精準農業(yè)傳感器技術高被引論文包括無人機成像、病蟲害監(jiān)測等。

用于田間作物管理的監(jiān)測傳感技術主要包括田間電子傳感器、光譜輻射計、機器視覺、機載多光譜和高光譜遙感、衛(wèi)星成像、熱成像、射頻識別和機器嗅覺系統(tǒng)等。

其中用于作物生物量檢測、雜草檢測、土壤性質和養(yǎng)分監(jiān)測的傳感技術是最先進的，可以提供現場特定位置所需的數據。用于病蟲害檢測和表征，以及作物水分狀況監(jiān)測的傳感技術是基于植物和傳感器之間更復雜的相互作用，在田間水平上較難實施并需要更復雜的解釋，可利用光譜成像技術或植物揮發(fā)性物質檢測等技術，是重要的研究方向。

氣象及病蟲害監(jiān)測站

傳感器技術與無人機結合的無人機成像具有成本低、靈活、高空間分辨率和時間分辨率等優(yōu)點，可用于監(jiān)測作物和土壤條件的變化，近年來發(fā)展迅速，未來還需要發(fā)展圖像空間參考和拼接的標準化及信息提取技術。

在具體工程技術上，前沿研究則主要集中在無線傳感器網絡、傳感器設備與系統(tǒng)、傳感器算法、傳感器軟件等。

3 旋翼無人機

無人機用于農田信息采集

近來，人們對開發(fā)具有先進自主能力的無人駕駛飛機系統(tǒng)（UAS）的興趣日益增加，旋翼無人機具有能夠垂直起降、能自由懸停、控制靈活及可適應各種環(huán)境能力等優(yōu)點，成為國內外很多實驗室研究的重點。

無人機放牧

其中旋翼無人機特別是四旋翼飛行器的導航與控制是無人機研究的前沿方向，受到了研究界的重點關注。

4 精準農業(yè)遙感技術和地理信息系統(tǒng)

農田衛(wèi)星遙感圖像

在遙感技術領域，目前使用從紫外到微波的電磁波長范圍已經可以實現諸如光探測和測距（LiDAR）、熒光光譜和熱光譜等高級遙感應用。隨著高光譜遙感技術的出現，光譜帶寬大大降低，從而改進了對特定化合物的分析、分子間相互作用、作物脅迫以及作物生物物理或生物化學特性的遙感監(jiān)測。

GIS數據分析系統(tǒng)

機載和衛(wèi)星遙感影像的空間分辨率已從100米提高到亞米級精度，從而允許在更高的空間分辨率下評估土壤和作物性質。遙感影像的時間頻率也有了顯著改善。

當前研究人員對遙感數據的多次收集更加關注，以便進行近實時的土壤、作物和病蟲害管理。

美國Cropscape系統(tǒng)

CropScape是美國農業(yè)部開發(fā)的用于農田空間數據即時獲取、定制的交互式網絡應用程序，可查詢、可視化、下載、傳播在線地理空間農田數據層數據，具有很大的應用價值并受到廣泛關注。

5 研究前沿機構

研究前沿的核心論文主要集中在美國、意大利、中國、澳大利亞、西班牙和丹麥等國。美國農業(yè)部農業(yè)研究局、意大利國家研究委員會、西班牙國家研究理事會、荷蘭瓦赫寧根大學及研究中心、丹麥奧爾堡大學、澳大利亞新南威爾士大學，我國的武漢大學、西北農林科技大學等大學和研究機構，以及美國和德國的創(chuàng)新型公司是核心論文的主要來源機構。

研究表明，信息化、自動化、智能化是未來農業(yè)機械研發(fā)的主要方向，第四次工業(yè)革命驅動的新興技術如大數據、物聯網、人工智能和機器學習、自主車輛、機器人等技術可為農機行業(yè)轉型升級提供重大機遇。

因此，建議國家大力支持智能農業(yè)機械的研發(fā)，支持信息技術、人工智能技術等多學科在農業(yè)機械領域的交叉融合應用，推動行業(yè)共性關鍵技術創(chuàng)新，提升農業(yè)機械科技和產業(yè)發(fā)展水平。

文章來源：《農業(yè)工程》2018年第6期

原標題：基于文獻計量的國際農業(yè)機械研究前沿分析

先進的國際農機前沿技術（英文版） ♂

先進的國際農機前沿技術（英文版）

Intelligent agricultural machinery technology based on emerging information technology, photoelectric control technology and big data technology represented by sensors, robots, drones and some certain kinds technology like those has developed rapidly and has broad application prospects, which has become the focus of attention of all countries.

1 Robot Technology

It is expected that robots will be widely used on farms in the future and will change the traditional direction of agricultural machinery.

The research on weeding robots and unmanned driving in the frontier of robotics is of the largest quantity. The four core technologies of the weeding robot control system include weed detection and identification, weed control and mapping, and the detection and control of weeds remains the biggest technical challenge. Unmanned related technology can be extended to the development of field wheeled robots.

2 Precision Agriculture Sensor Technologies

Highly cited papers on precision agricultural sensor technology include drone imaging, pest and disease monitoring.

Monitoring sensing technologies for field crop management include field electronic sensors, machine vision, airborne multispectral and hyper spectral remote sensing, satellite imaging, thermal imaging, radio frequency identification, and machine olfactory systems.

3 Rotor Drone

Recently, there has been an increasing interest in developing unmanned aircraft systems (UAS) with advanced autonomous capabilities. The rotary wing drone has the advantages of being able to take off and land vertically, being able to hover freely, being flexible, and adapting to various environmental capabilities. It has become the focus of many laboratory researches at domestic and abroad.

4 Precision Agriculture Remote Sensing Technology and Geographic Information System

In the field of remote sensing technology, advanced remote sensing applications such as light detection and ranging (LiDAR), fluorescence spectroscopy and thermal spectroscopy have been achieved using electromagnetic wavelength ranges from ultraviolet to microwave. With the advent of hyper spectral remote sensing technology, the spectral bandwidth is greatly reduced, improving the analysis of specific compounds, intermolecular interactions, crop stress and remote sensing monitoring of crop biophysical or biochemical properties.

5 Foremost Research Institutions

Research shows that informationization, automation and intelligence are the main directions for the development of agricultural machinery in the future. The emerging technologies driven by the fourth industrial revolution, such as big data, Internet of Things, artificial intelligence and machine learning, autonomous vehicles, robots and other kinds of things, can be significant opportunities for agricultural machinery industry transformation and upgrading.

Therefore, it is recommended that the state strongly support the research and development of intelligent agricultural machinery, support the cross-integration application of multi-disciplinary fields such as information technology and artificial intelligence technology of agricultural machinery, promote the key technological innovations of the industry, and improve the level of agricultural machinery technology and industrial development.