自动化取投苗成功率超90%，10分钟内完成土壤元素全指标检测
农业机械在进行露地蔬菜（甘蓝）智能化自主移栽作业。 受访单位供图
◎本报记者 孙明源
每年初冬，是北京甘蓝成熟的季节。作为一种露地蔬菜，甘蓝种植过程中需要移栽，移栽质量和效率直接影响蔬菜生长与产量。在传统的移栽作业中，即使用上了移栽机，也存在重耕漏耕、标准不统一、质量不可控、移栽直线度不一致等问题。如今在新场景下，这些问题都得到了有效解决。
北京中科原动力科技有限公司（以下简称“中科原动力”）行政总监、正高级工程师郑思仪向记者介绍，中科原动力与北京市农林科学院信息技术研究中心长期紧密合作，围绕蔬菜智能化管理、无人化作业开展了多年的技术攻关。该公司打造的露地蔬菜（甘蓝）智能化自主移栽应用场景并非只是对作业机具的简单升级，而是综合运用多种技术，形成了露地甘蓝移栽环节中自动化取苗、投苗作业新模式。
在传统土壤元素检测场景中，需要将样本拿回实验室进行理化分析，而在土壤元素快速检测应用场景下，可以实现土壤元素现场、快速、多指标检测。参与建设土壤元素快速检测应用场景的北京市农林科学院智能装备技术研究中心副研究员、高级工程师田宏武告诉记者，新场景正在提升北京市的智慧农业水平。
日前，露地蔬菜（甘蓝）智能化自主移栽应用场景和土壤元素快速检测应用场景共同入选了北京市11项国内首创场景成果。
智能移栽质量更好
传统的甘蓝移栽作业，大部分以人工移栽为主，少部分是半机械化作业。移栽作业面临人力投入成本高、种植管理环节多、移栽质量不可控的问题。由于土壤条件的复杂性，移栽过程中常会出现漏苗、裸根以及种植密度不均等问题。
同时，当前我国农机领域高端先进装备部分关键核心技术、重要零部件仍依赖进口，农机农艺农田的协同配套也亟待加强。此外，品种选育、栽培制度、种植方式、产后加工与机械化生产的适应性也有待提高，集成配套的全程机械化体系都需完善。
“面对这些挑战，中科原动力围绕农业生产‘耕种管收运’全环节，开展产学研用合作，构建全程数字化、精准化、智能化的现代农业生产体系，打造了露地蔬菜（甘蓝）智能化自主移栽应用场景。”郑思仪说。
在新场景中，依靠数字化、智能化手段建设的露地蔬菜（甘蓝）智能化自主移栽系统，可根据地块情况、农艺要求、农机具参数等动态生成无人作业方案，并选择适宜的耕作与转弯掉头方式，减少机耕道宽度与作业距离，提高土地利用率。
新场景的主要创新，还包括农田环境下的北斗定位导航、自主路径规划、自动取苗投苗、对位落苗等系列关键技术，实现了视觉苗垄识别位置校正、钵苗柔性夹取等功能。
“新场景能对移栽作业质量进行评估监测，动态调整取投苗与作业行进速度，提高机具动态适配与协同作业控制效果，自动化取投苗成功率超90%。”郑思仪说。
当前我国正在快速推广甘蓝的智能无人化作业场景，各类自动采收、运输无人农机已经发展得相当成熟。
“相比采收，移栽工作更加精细复杂，我们打造的露地蔬菜（甘蓝）智能化自主移栽应用场景可以有效提升作业效率和作业质量，展现出广阔的应用潜力。”郑思仪说。
土壤检测效率更高
在传统土壤元素检测场景下，实验室理化分析一次只能检验少数几项指标，且检测周期可能长达数天甚至一个月。这种方法虽然精准可靠，但是有着成本高、耗时长、覆盖面小等局限性。
“如果把土壤检测比作体检，我们研发的就是一种能够快速进行初步总体筛查的新技术，帮助我们判断土壤可能存在的问题，然后在此基础上再做详细的实验室检测。”田宏武说。
土壤元素快速检测应用场景实现了现场、快速、多指标3个目标。田宏武告诉记者，打造该场景的核心在于传感器。
“如今，纳米等新材料技术的发展使得传感器向着微型化、智能化、多样化的趋势发展。”田宏武说。此外，激光诱导击穿光谱检测技术、复杂元素谱峰解析技术、有机和无机多元素定量模型等关键技术也是土壤元素快速检测应用场景得以实现的基础。田宏武介绍，正是新型传感器及其配套技术取得的突破，让土壤元素现场快速检测成为可能。
土壤元素快速检测应用场景首次实现了单设备、多通道土壤成分的多指标同步检测，已被应用在车载田间巡检式测量和实验室固定式测量等多个领域，可以对土壤中速效钾、硝态氮等营养元素，痕量重金属等污染元素进行有效测量。
“此外，该场景还集成数据云服务平台，包含用户注册、数据查询、数据下载以及空间地图展示等功能，打造了一个前所未有的‘应用生态’。”田宏武说。
据介绍，土壤元素快速检测应用场景取得了多项突破，全指标检测时间缩减到10分钟之内，检测成本较标准实验室分析降低了80%以上，并能有效避免二次污染。
目前，土壤元素快速检测应用场景已在多地展现出其独特价值。田宏武介绍，以陕西某地为例，当地存在不少计划转为农业用地的工业用地，在规划开发之前，需要对这些土地的土壤进行摸底调查。摸底工作时间紧、任务重，在该地推广土壤元素快速检测应用场景可有效提升检测效率。
“土壤元素快速检测应用场景可以对工业用地土壤进行‘初筛’‘分诊’，大大提高了当地土壤检测的效率。”田宏武表示，随着新技术与新场景的不断拓展、匹配，土壤元素快速检测应用场景在城市和乡村都将大有可为。
