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圖源：John Deere官網
一、為什麼選擇無人農場？
傳統農業需要大量的人力和物力，而隨著我國人口老齡化日趨嚴重，人口紅利即將消失，農業勞力力匱乏問題日益嚴重。另一方面，城市化進程加快，農村勞力力向城市流動趨勢明顯，勞力生產率、農業生產效率和資源利用率亟需提高，傳統農業生產已經無法適應市場需要。
世界上第一家無人農場在2017年誕生於英國，隨後在美國、以色列、挪威、荷蘭等發達國家發展起來。我國在2019年以後也開始探索無人農場，目前仍處於起步階段。
據國際咨詢機構 Research and Markets 預測，到2025 年全球智慧農業市值將達到 683.89 億美元。這為技術供應商、農業設備和機械供應商、生產商和其他相幹企業提供了大量機會，也為新技術的發展提供了廣闊的市場。事實上，近年來，巨頭們瞄準行情，攜高科技紛紛「入農」：阿裡集團宣布啟動「數字糧倉」，將投資建設100座數字產糧基地；華為、京東、騰訊等也紛紛宣布進軍智慧農業；碧桂園宣布進軍高科技現代農業，打造覆蓋研發端、生產端到銷售端的全產業鏈現代農業。
隨著物聯網、大數據、人工智慧、機器人、智能裝備制造、5G等新一代資訊技術的發展，機器換人已成為可能，且這一趨勢在不斷加快。以下，35鬥將對無人農場做概念和技術的梳理，並盤點各個細分領域中的國外公司，以供參考。
21家無人農場領域企業盤點（資料來源：crunshbase，35鬥整理）
二、什麼是無人農場？
我們通常所說的無人農場（unmanned farm）是指採用物聯網、大數據、人工智慧、5G、智能裝備與機器人等新一代資訊技術，通過對設施、裝備、機械等進行遠程控制、全程自動控制或機器人自主控制，完成所有農場生產作業的一種全天候、全過程、全空間的無人化生產作業模式。
全天候無人化之下，無人農場對農業動植物的生長環境、生長狀態、各種作業裝備的工作狀態進行全天候監測，從而根據監測到的資訊開展農場作業與管理。全過程無人化是指農業生產的各個工序和環節都無需人工參與，由機器自主完成。全空間無人化是指在農場的物理空間內，無人車、無人船、無人機在不需要人的介入下自主完成移動作業，並實現固定裝備與移動裝備的無縫對接。
無人農場的本質是實現機器換人，這是新一代資訊技術、智能裝備技術與先進種養殖工藝深度融合的產物，是對農業勞力力的徹底解放，代表著農業生產力的最先進水平。
無人農場概念框架（資料來源：李道亮、李震，《無人農場系統分析與發展展望》）
（一）四項關鍵技術
那麼在無人農場領域有什麼樣的關鍵技術呢？在這裡我們將列舉四項技術，物聯網、大數據、AI和智能裝備與機器人。
物聯網：5G技術是集無線技術、網路技術和通訊技術為一體的無線傳輸技術，為農業物聯網的發展提供了一條「高速公路」，成為推進農業物聯網發展的底層驅動力。
大數據：無人農場通過智能裝備完成精準作業，而這又是依靠農場海量實時數據的分析展開精準作業。基於大數據和雲計算的無人農場數據處理與農場進行深度融合，實現了無人農場環境資訊、動植物資訊、裝備資訊等各種數據的智能快速獲取、處理、儲存和分析，為精準自主作業提供了數據支撐，從而實現農場的無人化精準化管控。
AI：無人農場的本質是「機器換人」，因此機器必須具有生產者的判斷力、決策力和操作能力。快速發展的AI技術像是給無人農場裝上了「智能大腦」，讓農場具備了決策能力。
智能裝備與機器人：智能裝備與機器人是農業生產、管理及產後的整個過程中所用到設備的統稱。在無人農場中的廣泛應用能夠讓農民徹底實現足不出戶就能「種好莊稼、種好菜、養好牛、養好魚」的農業生產任務。
（二） 四大系統
無人農場是一個龐雜的系統相互協作構成的，主要由四大系統，即基礎設施系統、作業裝備系統、測控系統、管控雲平臺構成。
① 基礎設施系統
無人農場基礎設施系統通常包括廠房、道路、水、電、倉庫、車庫、通訊節點和傳感器安裝節點等基礎條件，是無人農場的基礎物理構架，為農場無人化作業提供了工作環境保障。
② 作業裝備系統
作業裝備系統是無人農場生產和管理過程中使用的設備和裝置的統稱，根據作業任務特點分為固定裝備和移動裝備，是無人農場的核心組成部分。
③ 測控系統
測控系統為無人農場建立了數據服務平臺，提供了數據支撐，完成了智能裝備與機器人的智能控制，從而實現了種養對象的精準生產管理。
④ 管控雲平臺
無人農場雲平臺系統能夠進行無人農場各種資訊和數據的存儲、學習，數據處理、推理、決策的雲端計算，以及有效資訊的挖掘和各種作業指令、命令的下達，並建立可視化模型，是無人農場的神經中樞。
三、企業盤點
以下，35鬥將對國外無人農場相幹公司做一個盤點，並簡要涉及國內相幹公司。
（一）大田種植
無人大田種植是最早提出的無人農場概念類型，在英國哈珀亞當斯農業大學產生的世界第一家無人農場的類型就是大田種植。這一領域因為起步較早、難度小，所以發展較為成熟
資料來源：crunshbase，35鬥整理
約翰迪爾（John Deere）：一家農業、建築、森林機械設備和柴油引擎設備等使用的品牌，業務橫跨全球所有農林地。產品包括農業機械、工程機械、林業機械等。
凱斯紐荷蘭（CNH Industrial）：是一家在農業機械和建築機械行業運營的全球性公司，CNH業務範圍包括綜合工程、制造、在五大洲進行營銷和設備分銷等。其業務主要集中在三個業務部門：農業機械、建築機械和金融服務。
久保田（Kubota）：主要經營產業機械（農業機械、建築機械等）、基礎設施建設等。久保田集團是日本最大的農業機械制造商，長期以來在「水」、「土」、「環境」這些與人類生活和文化息息相幹的領域中，不斷地開發符合時代要求的先進技術和產品。
圖源：John Deere官網
我國的大田種植自動化農機裝備近年來在裝備質量、機具種類、智能化水平上發展升級速度加快，但在技術創新、制造水平和產品可靠性等方面仍與發達國家有一定差距。
根據農業農村部的資料顯示，近年來，我國大田種植領域，「東方紅」無人駕駛拖拉機、「谷神」無人駕駛聯合收割機已經實現了收割機和運糧車的主從導航無人駕駛；「豐疆」高速無人駕駛插秧機實現了水田原地掉頭對行、秧盤自動提升等功能，在多地投入水稻插秧生產實踐。黑龍江、新疆、江蘇、山東等多個糧棉主產省份相繼展開全過程無人化農業生產實踐。
（二）農業無人機
無人機是一項創新技術，經過幾十年的快速發展，它已經對社會生活的方方面面產生了深遠影響，農業也不例外。研究人員、農業工作者正在利用這一先進的工具來推進現代農業的發展。
高科技無人機作為一種農業管理的工具，擁有作物監測、牲畜管理、灌溉控制、測繪制圖等功能。它利用實時數據，可以幫助工作者完成費時費力的任務，做出正確的決策，能有效提高作物產量和生產效率，並節省大量的時間和成本。
資料來源：crunshbase，35鬥整理
Precisionhawk：
是一家利用無人機提供空中路徑計算及數據評估解決方案的初創企業。其由無人機、飛行實時監控、人工智慧系統組成的 Lancaster 平臺搭載了嵌入式的 Linux 操作系統，配置了 WiFi、以太網、藍牙、USB 等接口，以及可選的視覺、多光譜、熱紅外、激光雷達等種類豐富的傳感器和照相機，可以進行各種土地勘測任務，而且還能實時收集並存儲數據，並在事後進行分析，為農業、保險、環境保護等領域的客戶提供服務。
Sentera：
主要研發用於精準農業的無人機、傳感器和軟體。2019年1月，Sentera推出了Double 4K傳感器，它可以將實時NDVI視訊直接傳輸到行動裝置。5月，Sentera推出了用於AgVault的NDVI工具箱，用於處理所有航空顏色。
Resson：
通過實時的作物管理預測分析，幫助各種類型和規模的農業公司、農技服務供應商和個體種植戶提升生產力和利潤。Resson農業管理和分析系統集成大型基於雲數據的分析以及與傳感融合的機器人平臺，可分析作物狀態和健康，為種植者提供優化農事操作的資訊。
農業無人機的應用（圖源:Parrot官網）
在我國部分地區，無人機已經成為新農人的標配，以普及率非常高的黑龍江建三江地區為例，90%的水稻都使用過農業無人機飛防服務。
（三）采摘機器人
蔬菜和水果的收獲是傳統農業生產鏈中勞力強度較大、時效性要求較高的部分，隨著種植規模的增長，其工作成本正在不斷提高。
采摘機器人是一種針對蔬菜和水果，具備自主作業能力並且可以通過編程來適應不同的工作環境的自動收獲系統。它集成了橫跨幾個學科的知識，包括機械結構、視覺成像、運動學、傳感器技術、控制技術和計算資訊處理等。
資料來源：crunshbase，35鬥整理
Robotics Plus：
專註於為園藝和其他初級產業開發機械化、自動化、機器人和傳感器 (MARS) 技術。採用先進的基於計算機的設計、嵌入式控制系統和現代制造工藝，採用現代技術方法實現自動化，開發多項世界領先的技術，並提供跨一系列工程學科的高效解決方案。Robotics Plus正在將其新的機器人蘋果包裝機投入商業生產。
Tevel：
一個機器人公司，開發了一組無人機，用於在果園中執行采摘、疏枝和修剪任務。其空中方案為農民提供了一個全面的采摘方案。
（四）農場管理系統或數據分析決策
農場管理系統/數據分析決策（圖源：Slantrange 官網）
該系統為農場提供了利潤最大化的農作物最優種植模型，使資源達到最大效用，改變了農場傳統管理模式，由手工管理轉變為資訊化管理，大大提高了農場工作效率和科學管理決策水平。
資料來源：crunshbase，35鬥整理
AGERpoint：
致力於通過高效的數據收集技術和直觀的監控軟體，為果樹種植者提供精準農業解決方案，其主要產品是農業用GML100激光雷達。該公司在收集果樹生長過程中的外形數據的同時，提供不同使用場景的數據分析軟體，上述數據還可作為當地種植戶申請保險和賠償的重要依據。
Mavrx：
旨在將農業發展同大數據關聯起來，促進農作物產量的提高和土地管理。公司為農業種植者提供基於圖像的空間分析平臺，利用無人機、飛機和衛星等采集圖像，進行數據分析，為農戶提供切實可行的見解，幫助種植者實現產量最大化和成本最低化。
Skycision：
利用先進的計算機視覺和機器學習技術，分析無人機收集的圖像並提供可操作的見解，從而幫助種植者提高作物產量，節省成本和時間。
Cainthus：
是一家專註於機器視覺的公司，他們將視覺資訊轉化為可操作的數據。雖然其技術具有廣泛的應用潛力，但Cainthus目前的重點關註領域是農業，他們希望通過提供數據驅動的解決方案，提高糧食生產率和土地利用率，同時實現環境保護和可持續發展。
四、無人農場的未來
無人農場不僅可以使農場生產更加高效和專業化，也對我們面臨的環境污染問題大有助益，因為無人化農業能降低肥料和殺蟲劑的使用，減少水資源浪費和溫室氣體排放。
無人化農業仍面臨很多困難（圖源：Slantrange官網）
首先，科技是否能夠與無人農業兼容。
無人農場要求資訊數字化，實時的、延續的和高度可靠的數據采集。然而用於農業的實時在線傳感系統並不可靠，而且在龐雜情況下，有些傳感器的長期穩定性和可靠性不夠。
其次，大數據技術在無人農場的實際應用中仍然存在很多問題。
第一，作為農業一線從業者的農民，他們是一群有豐富的地方性知識的從業者，但對他們而言，搭上這輛高科技的快車需要很大的成本。其二，目前大數據資訊的收集和使用並不透明，除非農民知道數據的用途，否則他們不會願意分享自己所掌握的資訊。其三，大數據帶來的利益並不能被公平的分攤到從業者那裡。在這方面，政府需要建立一個中間監管機制，負責數據共享和儲存、數據透明使用、數據收益分配等。
第三，如何實現向無人農場的平穩過渡也是一個很重要的問題。
從業者因化肥、飼料、農藥的需求減少而被裁員，農民因不必耕種土地而造成勞力力過剩。新的行業模式的興起總會伴隨著陣痛期，但作為主動參與變革的人，應該盡量讓這場變革所波及到的人的損失最小化。在無人農場向最高形態的過渡仍然需要一些時間，但可以預見的是，農民的數量將會越來越少。在這一緩慢的變化過程中，人們可以做得更多，例如政府需要增強對農民的培訓，幫助農民學習更多技能，平穩的向無人化農業時代過渡。
最後，無人農場所需的先進設備成本很高，這是發展中國家遇到的一個最大的障礙。
在這一方面，政府可以增加設備補貼和科研經費，研究者可以在降低成本方面做一些深入研究，而農民們可以優先使用最急需的設備，比如農場收割機。在未來，解決這些問題將成為對無人農場的發展至關重要的事情，而這需要政府、研究者、農民和企業家們的共同努力。
目前，無人農場仍處於初級階段。隨著科學技術、智能化裝備和資訊產業的發展，我們預測，在2050年到2070年間，將出現有著獨立規劃、決策和管理能力的無人農場。農業代表著最先進的農業生產力，可以極大提高勞力生產率，提高資源利用率和單位土地產出率，將實現農業勞力力的徹底解放，是未來農業的發展方向。
關於IFAE2021
全球農業食品產業在技術創新、貿易環境變化、競爭要素轉變的大環境下正迎來劇變，原有成功經驗被證偽、新模式新渠道快速崛起，急需從底層技術、行業應用、產業集群的視角總結全球產業發展現狀與未來趨勢，厘清行業面臨的關鍵挑戰，清晰刻畫行業格局和競爭象限。
圖源：35鬥
未來農業蘊藏在一片神秘之中。於此，IFAE 2021國際未來農業食品博覽會應運而生，將於2021年12月3-5日精彩亮相江蘇白馬！
IFAE 2021 將是一場聚焦全球前沿技術的博覽會，看數字化技術集群、生命科學技術集群、新材料及智能制造技術集群如何革新農業；IFAE 2021將是一場關註中國應用的博覽會，尋找適宜中國的特色農業產業化路徑；IFAE 2021將是一場連接農業全產業鏈的博覽會，從技術到應用，從產品到渠道，從農田到餐桌，挖掘全產業鏈價值增量。
參考資料：1.李道亮，李震《無人農場系統分析與發展展望》，2020年7月
2.中國農業農村部《國內外無人化農業發展狀況》，2020年7月
3.《From Smart Farming towards Unmanned Farms :A New Mode Of Agricultural Production》（https://www.mdpi.com/2077-0472/11/2/145）， 2021年2月
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