南都訊 11月3日上午，2020年度國家科學技術獎勵大會在北京人民大會堂舉行。由中國工程院院士、華南農業大學教授羅錫文團隊作為主要完成人員的專案“基於北斗的農業機械自動導航作業關鍵技術及應用”，獲得了2020年度國家科技進步獎二等獎。據悉，這是本次廣東省內高校唯一一個主持獲獎專案。
從小在農村長大，深知農民耕種之不易，如今已76歲的羅錫文依舊奮鬥在農業生產一線，為了“將農民從繁重的體力勞動中解放出來”，也為了“要在農業機械導航領域有我們自己的話語權”。在接受南都記者專訪時，羅錫文回憶了自己與農機結緣的點滴過往，也分享了農機自動導航技術從完全引進到實現國產、再到國際先進甚至領先水平的艱苦過程。
艱苦奮鬥，無怨無悔。羅錫文團隊的專案，引領了我國農機導航技術的創新發展，為我國智慧農業提供了重要支撐。
中國工程院院士、華南農業大學教授羅錫文
來由
“將農民從繁重的體力勞動中解放出來”
“和農機結緣，很巧的。”回憶與農機牽絆的這一生，這位年逾古稀的老人不忘人生的三位好老師——農村、工廠、學校。
現在社會上流行一句話，今天在農村種田的都是38、61、99“部隊”，這三個“部隊”指的是婦女、兒童和老人。正所謂“農村的兒子早當家”，羅錫文對這句話感觸特別深，因為他在湖南的農村長大，農活中的“耕種管收”每個環節都幹過，現在回想起來都覺得“真苦”。還記得小時候在農田插秧，羅錫文累了便站直伸伸腰，看到這一幕的母親來了一句“小孩子有什麼腰，趕快插秧”，只好繼續埋頭苦幹。當時最期盼的就是母親提著茶水走過來，因為這意味著可以休息了。
“小時候看到《三國演義》裡諸葛亮發明的木牛流馬能‘特行者數十里，群行三十里’，覺得很新鮮啊，要是幹農活也能自動化就好了。”羅錫文笑著說道：“說立志嘛也說不上，當時幹活累嘛，就是想著怎麼解決農民的辛苦，將農民從繁重的體力勞作中解放出來。”
羅錫文院士向記者講述自己紮根農機事業的過往
1970年7月，羅錫文畢業於華中工學院（現華中科技大學）無線電技術專業，分配時從廣播站、無線電廠到微波站等，最終來到了貴州省銅仁縣農機廠工作，一干就是9年。“我現在還會和我的學生講，這9年的經歷對我這一輩子影響非常大，對我整個人生成長非常大。”羅錫文表示，在這期間他和工人挑過100多斤的鐵塊，上三層樓高的沖天爐添料口邊，抬溫度高達1400多度的鐵水，還掄過24磅的大鐵錘打鐵。
即便條件艱苦惡劣，羅錫文依然堅信“知識就是力量”，在工廠裡利用一切機會做“小革新”，如研製了皮帶運輸機、軌道車等；1978年，他主持研製的錦江18型機動噴霧機榮獲貴州省科學大會獎。
“1978年我們國家恢復研究生招生，我還不知道。”在“中國噴霧機之父”、鎮江農業機械學院（現江蘇大學）教授高良潤的指引下，第二年羅錫文準備考研，最終考入華南農學院（現華南農業大學），師從我國著名的農機專家邵耀堅教授。
從農村到工廠再到學校，從農民到工人再到農機研究者，與農機結緣的羅錫文開始了為農機事業而奮鬥的新階段。
奮鬥
“要在農業機械導航領域有我們自己的話語權”
今年春耕時節，在廣州增城寧西基地，一輛無人旋耕機正從機庫中開出來，靈敏、精準地經過三處分岔路口，到達農田。按照設定好的路線，無人旋耕機從農田中間逐漸向外套圈旋耕作業，切碎埋在地表以下的根茬，便於播種機作業，為後期播種提供良好種床。看到這一場面，與現場許多參觀者一樣，羅錫文也禁不住拍了幾張照，臉上露出笑容。不到三個小時，50畝地已經作業完畢。
在華南農業大學水稻無人農場，無人旋耕機正在作業
隨著技術的進步，拖拉機、插秧機的出現把農民從面朝黃土背朝天的農活中解放了出來，但羅錫文覺得遠遠不夠，他舉了一個例子：“以前我的學生搶著開拖拉機，新鮮啊，現在你讓他們開都不願意了，因為開久了特別累。”這也是他搞無人農場的初衷之一，希望能進一步提高作業質量，進一步將農民解放出來，緩解如今農村勞動力短缺的矛盾，推進現代農業建設。
一晃眼，羅錫文已經在這個專案中摸爬滾打二十年。2001年專案開始之初，雖然國內也有一些農機導航產品，但由於缺乏自主智慧財產權的農機導航技術與裝備，國內農機導航系統全部依賴進口，而且價格昂貴。從2003年起，團隊在國內率先開展了基於衛星定位的農業機械自動導航作業技術的系統研究。
“農機精準導航是智慧農機裝備的重要支撐。”羅錫文告訴記者，它可以提高作業質量、作物產量、土地利用率和農機利用率，減少肥料和農藥用量、降低生產成本，緩解農村勞動力短缺問題。不過，國內農機自動導航作業面臨著三大關鍵技術問題，分別是精準定位難、導航控制難、系統整合難。比如說，天氣原因衛星訊號遮擋，現場作業環境複雜、地形起伏多變，都會給農機自動導航作業帶來麻煩。
華南農業大學水稻無人農場機庫
“要在農業機械導航領域有我們自己的話語權。”從那時起，羅錫文團隊致力於解決三大關鍵技術問題。針對農機姿態測量精度的問題，團隊設計了外部加速度補償的卡爾曼濾波演算法，俯仰角和橫滾角平均誤差從2°降低至0.55°，航向角測量精度由5°提高到0.3°。針對複雜農田環境中衛星定位精度的問題，團隊又提高了導航系統的斷點續航能力，讓訊號丟失30s內導航系統定位精度仍可保持在3cm內。
此外，還開發了農機導航自動避障技術，障礙物繞行最小安全距離1m；針對多機協同作業做技術革新，自動收割機和運糧機在作業過程中，兩臺車相隔的距離不超過5cm，保證糧食非常準確地卸在運糧車上……
成果
多項核心技術達到國際領先水平，經濟效益顯著
經過不懈努力，團隊突破了十項關鍵技術，取得了三大創新成果：突破了複雜農田環境下農機自動導航作業高精度定位和姿態檢測技術；創新提出全區域覆蓋作業路徑規劃方法、路徑跟蹤複合控制演算法、自動避障和主從導航控制技術，提高了農機導航精度、作業質量和作業效率；創制了具有自主智慧財產權的農機自動導航作業線控裝置和農機北斗自動導航產品。
與國外相比，團隊的多項核心技術達到了國際先進甚至是領先水平。比如，“基於水田農機側滑線上識別的路徑跟蹤控制方法”，該專案的水田路徑跟蹤控制精度為4.4cm，遠比國外（比如日本）水田路徑跟蹤控制精度10cm要高，居國際領先水平。羅錫文表示，這打破了國外技術壟斷，保障了我國農機導航裝備的自主安全可控，引領了我國農機導航技術的創新發展，為我國智慧農業提供了重要支撐。
據悉，該專案如今已獲授權發明專利17件，獲軟體著作權登記5項，制定團體標準1項，發表論文46篇（SCI/EI 33 篇）。
羅錫文院士介紹無人農場情況
在應用推廣和經濟社會效益方面，該專案也收益頗多。專案成果已形成系列產品，包括自動導航作業的旋耕機、播種機、插秧機、噴霧機和收穫機；2017年至2019年裝機2272臺，新增產值8316.97萬元，利稅2927.83萬元。目前已在新疆等10省市推廣應用，2017年至2019年累計應用面積871.5萬畝，節本增收10.79億元，經濟效益顯著。
“對行精度2-3cm，提高了作業質量，也就提高了作物產量。”羅錫文向記者解釋，因為自動導航的插秧機路線走得直，作物的行間通風透氣採光好，作物長得好從而提高了產量2%-3%。另外，也提高土地利用率0.5%-1%，減少肥料和農藥用量5%-10%。
值得一提的是，“過去農民是不可能24小時作業的”，但現在自動導航農機卻可以24小時不間斷作業，提高農機利用率。
南都專訪
南都：請介紹一下無人農場這個新興概念。
羅錫文：無人農場是智慧農業的一種生產方式，是實現智慧農業的一種途徑。無人農場應有五個功能，分別是耕種管收生產環節全覆蓋、機庫田間轉移作業全自動、自動避障異況停車保安全、作物生產過程實時全監控、智慧決策精準作業全無人；它依託生物技術、智慧農機和資訊科技三大技術支援，具有智慧感知、自動導航、精準作業、智慧管理四個功能。推廣無人農場應有較好的基礎條件，地塊較大，機耕道和灌排設施較好，衛星訊號和網路訊號好。
南都：現階段無人農場的效率和推廣如何？
羅錫文：效率方面，比如耕作環節，過去一個人、一頭牛、一天最多能耕作2畝地，現在一天大概50-60畝；插秧環節方面，過去一個人一天最多能插1畝地，現在一臺乘坐式高速插秧機一天能插50~60畝。
推廣方面，現在主要還是試驗示範階段，距離大面積推廣還需要一段時間，這取決於生產商是否有這個迫切需求。比如農場老闆有大面積的耕種地塊，請不起人來耕作，那就請機器回來讓工人開，請不到人開機器了就用無人機器，它必然是這樣一個發展過程。
南都：現階段無人農場是否可以完全遠端操控全流程？
羅錫文：目前還不行。無人農場的三個階段是，第一有人控制，第二初步減少人工介入，第三環境介入。
南都：現如今我們的農機技術還有哪些完善和改進的空間？未來的發展方向又是怎樣？
羅錫文：農業機械化水平和農機裝備製造水平有待提高。據調查，2019年我國農作物耕種收綜合機械化水平為70.2%，世界上許多發達國家早已實現全面機械化。
此外，產品可靠性需要提升。20世紀80年代義大利一家公司的拖拉機平均故障間隔時間指標是350小時，我國某大型農機企業的拖拉機平均故障間隔時間指標在2017年才達到330小時；發達國家農機動力機械與作業機具之比為1:3-1:6，而我國平均只有1:1.6。這說明了我們的農機作業效率和綜合利用率不高。
所以說，基礎研究很重要，需要加大基礎研究的力度。
【人物介紹】
羅錫文，華南農業大學農業工程學科帶頭人。中國工程院院士、農業機械化工程專家，現任華南農業大學教授、博導，南方農業機械與裝備關鍵技術教育部重點實驗室主任，兼任中國農業機械學會名譽理事長和中國農業工程學會名譽理事長。長期從事水稻生產機械化和農業機械與裝備機電一體化技術研究。首創同步開溝起壟施肥水稻精量穴播技術體系,創新研製成功水稻精量穴播機和水田鐳射平地機；突破了農業機械導航與自動作業系統關鍵技術，在國內首次研製成功無人駕駛拖拉機、水稻種植機械和棉花播種機械。
獲國家技術發明獎二等獎1項，國家科技進步獎二等獎1項，省部級科技獎勵15項，主編專著教材6部，發表學術論文350餘篇，SCI/EI收錄100餘篇，獲授權發明專利70餘項。指導的研究生1人獲全國百篇優秀博士學位論文獎，1人獲提名獎。被評為全國教育系統勞動模範、國家級教學名師，獲改革開放40年中國農業工程傑出貢獻獎。
採寫：南都記者 孫小鵬 通訊員 方瑋 陳芃辰
攝影：南都記者 馮宙鋒
