引言
国家十四五规划和2035年远景目标纲要中明确提出：加快发展智慧农业；开发智能型联合收割机、采棉机等先进适用农业机械，研发绿色智能养殖、环控、采集等设备。智慧农业就是农业中的智慧经济，是将物联网技术运用到传统农业中去，运用传感器和软件，通过移动平台或电脑对农业生产进行控制。它是在工业率先进入4.0时代的大背景下，农业也生机勃勃的进入4.0时代的标志。
从规划和纲要中可看到，智慧农业时代正悄然来临，并成为新的农业风向标。智能农业装备作为智慧农业三大要素之一，是“农业科技和装备支撑”的主体，是现代农业、智慧农业的装备基础和“钢筋铁骨”,其作用日益重要，其现代化程度和智能化水平是农业现代化程度的重要度量标杆，必须随着先进农业模式的更迭而转型升级[1]。 由此可见，在全面振兴乡村的战略规划之下，在智慧农业时代悄然来临的大背景下，以智能化、数字化、高效节能为标志，以智能农业机器人、无人机、装载GPS定位系统的各种高效智能化农业装备逐渐替代传统农业装备是大势所趋[2]。
1国内外研究背景及现状
1.1 国内外农业装备发展现状
发达国家智慧农业起步较早，目前已发展的如火如荼，并继续不遗余力的在科技研发、创新科技应用等方面给以政策支持对智慧农业进行高位引导，从而在智慧农业领域达到世界领先水平，并相继形成了自己特有的现代化农业发展模式，比较典型的有美国模式、日本模式和以英国为代表的西欧模式。如最早提出“精确农业”概念的美国先后出台6项相关的法规和发展规划，为智慧农业提供良好的发展环境和财政支持，并应用“5S”技术、智能化农机技术等形成了农业精细化、规模化发展的智慧农业生产线系统；日本也利用数字技术、传感技术和远程控制系统等技术建立了“网上农场”式农业经营新模式。发达国家的农业已经开启了智慧时代的大幕。
近年来，在国际智慧农业大环境和我国各种福利政策的支持下，我国农业正逐步由传统农业模式进入智慧农业新时代，融合了无人机、AI控制、农业机器人、卫星导航耕播机械、物联网、大数据等先进农业信息技术的智能化、数字化农业装备更是异军突起，为智慧农业时代赋能，并在农业领域涌现大批成功案例[3]。农业农村部最近数据显示，2021年我国春耕期间3万多台无人机投入使用。包括灌溉、环境监测、农药喷洒等领域均实现无人机作业。安装北斗定位系统的拖拉机及精准作业机械超过2万台，实现智能控制的喷灌技术和滴灌技术更是大展身手，为春耕提质增效节能省时。据中商产业研究院数据，2022年无人机需求量更是突飞猛进，仅民用无人机市场规模将达到453亿元。在乡村振兴和智慧农业双重背景下，掌握了智能化、数字化的先进农业装备，就是在智慧农业的发展进程中占据了先机。
1.2 菏泽市农业装备转型升级的必要性
菏泽市作为一个人口密集的农业大市、强市，对优质高效节能的农业装备的依赖性和需求量极高，菏泽市农业装备向智能化、现代化全面推进势在必行。这是机遇，也是机会。2022年菏泽市政府工作报告就提出要推进人工智能、工业互联网同各产业深度融合，大力发展现代智慧农业。但是受区域性限制，菏泽市农业装备发展仍然存在很多缺点，诸如高素质农民缺乏，智能装备使用规模较小，种类单一化，高科技应用受限，自主生产制造能力和需求能力存在结构性矛盾，群众基础和技术支持不到位等。因此探索本市智能农业装备的转型升级模式意义深远。
2菏泽市农业装备转型升级模式探索
通过对菏泽市农业装备现有水平的调查和民众使用效果的实地走访探索，笔者就菏泽市农业装备智能化转型升级的适用模式给出以下几点建议。
2.1 积极争取政府政策支持，加速搭建智慧农业大平台。
（1）加快加强智慧农业所需的基础设施建设，保证智能农业装备的应用畅行无阻。
智能农业装备的应用需要借助互联网、物联网、农业大数据、卫星导航技术等现代信息技术。菏泽市虽已实现全市网络全覆盖，但是部分区域基础技术设施仍然很薄弱，大型数字化平台的搭建仍缺乏资金、设备、技术和人才支撑。基于此，要实现智能化农业装备的全面升级改造，必须继续完备基础设施建设，做到高效率快节奏的互联互通；同时加快建设农业大数据平台和数字化监管平台，为智慧农业发展扫除基础障碍。
（2）在智能化农业装备的生产制造、购置应用方面给予宣传、鼓励及补贴
习惯传统农业作业方式的农户对智能化农业装备的认识不足，诸多顾虑（成本高、使用效果如何、后期维护维修难度），政府除对智能农业装备的生产制造企业给与大力鼓励之外，还要联合对口企业共同组成协助队伍，在采购、安装、技术指导、维护维修等各环节对客户提供全面优质的服务，并对成本高又高效节能、适用性好的装备给与政府补贴，打消客户的担忧，应用市场打开以后，必定能带动生产制造端的积极性。
（3）采取土地流转、土地托管模式整合碎片化土地，为农业智能装备提供规模化作业场所，只有土地规模化，才能使智能化农业装备有用武之地。
2.2 优势适用领域优先进行，打造梯队式转型升级模式
根据菏泽市现有农业结构模式，笔者建议根据轻重缓急和目前的区域发展特点、现有农业装备的基础水平，对部分领域的农业装备优先重点升级改造。重点升级改造的领域需符合以下几点：农业生产必须的核心环节；农业劳动力付出较多；智能化萌芽已起步但程度较低。亦即在劳动力密集、农业从业者操作难度大又必须的领域优先进行，如无人机精准施肥施药、智能化节水灌溉、温室调控设备、大田作物精准播种、精准收获等关键农业装备领域，由单纯机械化、单机数字化向全面智能化和全面数字化的智慧模式升级。由此笔者建议重点把灌溉领域和无人机喷药、施肥领域作为第一梯队；节水灌溉设备需实现抽水、检测、喷施各环节的智能控制，无人机可进行气候检测、土壤检测、病虫害监测以及防治等的智能化。将第一梯队装备的智能化发展为菏泽特色品牌，使其成为菏泽市农业装备升级改造的敲门砖和主要发展方向。第一梯队形成规模化、模块化后，可对播种、收获机械等必备大田作业机械操作控制系统的智能化进一步进行全面升级改造，形成第二梯队。之所以不把这项放进第一梯队，是因为目前的耕播和收获机械自动化程度较高也较普及，基本满足民众使用，升级改造的任务重在提高其智能化程度，如北斗导航、全智能操作等。第二梯队完成升级改造，则一次类推进行第三第四梯队的智能化升级，并在此基础上完成菏泽市农业装备的全面升级改造。
2.2.1灌溉设备智能化作为菏泽农业装备升级改造的第一梯队
以智能灌溉技术成果转化作为菏泽农业装备升级改造的第一梯队，原因一是灌溉是目前农民费时费力最多的领域之一；二是菏泽地处平原，是山东省主要的农业区，灌溉季节雨水又不充沛，灌溉需求量大；三是智能灌溉是新兴领域，发展潜力无限，而且菏泽本地企业在智能灌溉领域已开始起步，民众和企业均有发展做大的积极意向；四是一旦做成品牌效应，可以形成地方特色，打造地方品牌，带动相关领域大力发展。
菏泽市农业灌溉水平各个地区参差不齐，各种灌溉方式混合使用。这正说明这一领域需要一次较大的技术革新，而且菏泽市初级智能灌溉系统已经开始投入生产和应用，比如菏泽新亚机械设备有限公司的自动卷管喷灌机已有多种型号在生产使用，3WQ-2000撑杆式喷药机是对灌溉、施肥、喷药一体化作业装备进行的摸索和试验，可在此基础上将新的专利成果转化为生产力以求升级。如图1所示是一种基于单片机控制的大田作业智能喷管系统，此智能灌溉系统的目标是根据监测土壤湿度实现智能灌溉，并可根据作物的不同生长时段对喷施高度进行自动调整；当系统收到土壤湿度传感器发出的土壤湿度低的信号，就自动打开灌溉系统进行自动灌溉，当信号显示土壤湿度合适，就自动关闭灌溉。智能灌溉系统还可以通过喷灌和滴管的方式实现水、肥、药一体化灌溉。整个灌溉过程只需要使用者通过手机和电脑对接，就能控制和完成整个灌溉过程。此项技术一经转化即可投入使用。图2为此系统的供水装置图，图3为其喷灌喷头农田分布示意图，因喷灌喷头多点分布并可根据不同作物的高矮不同或不同生长周期调节喷灌高度，所以可实现水肥药一体化自动喷灌。
图1 智能喷灌系统工作流程图
图2 工作流程图 图3 喷灌喷头农田分布图
在灌溉形式上，以上述智能喷灌系统为主，同时发展智能滴灌技术，并且可以前期重点在自有技术基础上想智能化逐步改进，摸索适合本地适用的灌溉系统；中期重点在本地企业的的技术成果转化和创新；后期重点形成本地智能灌溉系统独有规模和特色。
智能灌溉领域重点改造升级的同时，植保无人机作为菏泽农业装备升级改造第一梯队的另一重要领域，同时开始重点扶持升级。本地企业的无人机生产和使用也初具规模，坐落在菏泽市的山东清科智能科技有限公司、菏泽新亚机械设备有限公司均有各种无人机生产销售，尤其是前者，主攻工农无人机的研发和生产以及智慧农业大数据平台的建设，其主要产品3WQ6-16A和3WQ6-10A农用无人机已基本胜任农药喷洒等病虫害防治任务。但其缺点也较明显，即产品型号较单一，成本相对工作效率较高，农民的普遍认可度有待提高。鉴于此，本地政策和资金可适当向其倾斜，政企大力合作，引进科技人才，以农业数据大平台为基础，以本地实际需求为根本，加强开发针对性、实用性更强、智能化程度更高的经济型新产品，使农民朋友实现手机一摁，无人机起飞，病虫害消除的“一键植保”智能化模式并逐渐形成特色和优势，与智能灌溉系统一起成为本地农业的特色。
2.2 反促原材料供应、生产、制造、销售环节
作为升级改造第一梯队的核心领域做大做强后，随着生产和应用规模的扩大，可以以用带产，以大范围、大规模的智能化灌溉装备、植保无人机装备的使用，反促与之关联的原材料供应、生产制造、销售运营、服务维修等行业的繁荣；并由此产生连带效应，促进现有大型耕种机械智能化升级和改造，带动本地特色产品机械如大蒜收获机和马铃薯收获机、山药挖掘机等的转型和升级，温室大棚种植专用植保机械的升级改造，由重点打造到多点扶持，完成第二梯队的升级改造，再到全面升级，以实现菏泽农业装备的全面更新换代，激发农业经济活力。并可逐渐使产品研发、生产制造、销售运营过程形成规模化和品牌效应，打造菏泽特有的智能化农业装备产业链，降低成本、提质增效并提高本地的影响力。
2.3 引进、培养和借用智能农业装备领域的高级人才
科技发展的核心是技术，技术提高的关键是科技人才，所以无论有怎样的改造升级模式，都离不开人才的加持，从目前菏泽的人才体系出发，建议人才引进和培养可按四步走的方式进行。
（1）在智能农业装备的研发端，依托山东农业大学、山东理工大学农业工程学院、菏泽学院农学院等高校，培育引进智能农业装备人才，加快农业科研成果转化。对于紧缺的研发型人才，引进和培养困难的情况下，可以与相关企业、单位合作实现人才的流通，鼓励各企业效仿山东清科智能有限公司，其与清华大院高端装备研究院、河南智能农机创新中心均有战略合作，这样可以实现科技人才的共通。
（2）在智能农业装备的生产制造端，依托山东农业装备有限公司、菏泽市人工智能产业园、（郓城、定陶）现代农业产业园，菏泽市高精尖农业设备制造公司等，培育输出懂生产、懂技术的实用型专门人才。
（3）在智能化装备的操作端，可依托职业院校+实地锻炼，培养技术型职业农民，使其能熟练掌握智能化农业装备的使用和维护维修。
（4）在智能农业装备的延伸端，提供平台、项目、待遇支持，吸引高科技人员落地生根，快速构建高新信息技术互联农业大数据平台，也为智能农业装备技术研发-生产制造-销售-应用-维修产业链提供足够的技术支持。
3.菏泽市农业装备转型升级的实现路径研究
要实现预期的目标和效果，需要切实可行的实现方式，否则一切都是空谈。笔者对菏泽市农业装备向全面智能化转型升级的实现路径给与以下建议。
3.1顶层整体规划要清晰
没有顶层的整体规划，包括政策和资金的支持以及后续的进程监督，农业装备智能化转型升级就极易流于口号和形式，各相关企业各自为战，农业从业者不辨优劣，外部引进设备水平参差不齐，农业装备市场容易成一盘散沙，全面智能、规模化更是无从谈起，只能是别人有什么，我们用什么，功能、品质和价格都无法自主。
鉴于此，需由菏泽相关部门作好顶层规划，有机整合本地以及各方信息资源。首先从强化信息技术所需的基础设施建设和政策入手，比如菏泽市八县三区内建立统一的物联网、农业大数据平台等，为现代信息技术提供良好的环境支持；采取土地流转、土地托管等模式整合土地，在国家土地政策的允许范围内，快速将土地集中化、规模化，为智能化农业机械规模作业提供场地支持；统筹管理智能化转型升级及后续使用推广人才引进级及培养问题等。顶层规划清晰，全市上下一盘棋，才能稳重求进，以期发展。
3.2生产制造端要明确方向
所谓明确方向就是分轻重缓急，根据自身特点有的放矢，而不是大小通吃、乱抓一通。归纳起来主要是以下几种模式。
（1）互联互通模式 农业物联网、农业大数据、人工智能融入转型升级各环节，从研发、生产制造到应用实现与现代信息技术互联互通。
（2）梯队升级模式 明确农业植保无人机、智慧养殖等智能灌溉、农情监测等优势适用领域装备为第一梯队；自动驾驶、耕种机械、特色产品机械等交互式装备为第二梯队；构建完备的区域农业物联网和大数据平台，实现农业装备全面智能化为第三梯队。
（3）全产业链拓展模式 与智能制造、农业机器人、遥感技术等关联产业深度融合，实现农业装备转型升级全产业链化。推动智能农业装备向农业全领域横向拓展，向技术交融、绿色智慧方向纵向延伸。
3.3 应用端要明确实效
（1）人机交互模式 完全智能的农业装备对目前的菏泽市来讲难以一步完成，应根据国内农业装备智能化大趋势，实行人机交互的转型升级模式。人与智能装备有机耦合，形成并产生更强的智能，确保农业装备在实际的农业生产过程中的提质增效作用。若无法提质增效节约成本和人力，则应马上叫停。
(2)市场导向模式 以产业亟需、农民急用为导向，以用促产；以农业生产的实际收益为标杆，使转型升级效果落到实处。
(3)特色品牌模式 依据农业物联网打造本市智能农业装备区域特色，在重点转型升级的智能灌溉领域和无人机作业领域形成品牌效应，实现跨区域推广。
4 总结与展望
4.1 困难预测
（1）政策-企业-客户意愿的一致性协调问题，三者的有机结合才能使农业装备转型升级达到预期目标，因三者之间既有共同利益又有局部冲突，所以协调三者之间的关系使其利益均衡并形成合力是快速实现预期目标的基础。
(2)土地管理模式的整合利用，土地整合是智能化农业装备展示其提质增效优越性的前提。打破农业从业者一家一户的传统观念，使其相信土地整合、土地托管、土地流转等新的土地管理模式，有机的整合土地才能为农业装备的智能化升级提供用武之地。
(3)专门技术人才的培养，基于菏泽城市整体的发展规模考虑，对高科技、高能力人才缺乏吸引力，如何突破传统认知，引进、培养或者借用高技能人才是转型升级的又一根本。
4.2未来展望
以政府与企业、高校、科研机构、使用端客户深度融合为突破点，把菏泽市所有农业发展力量和因素拧成一股绳，以梯队式升级改造为模式，以实用性、高效性为实现目标，加快菏泽市农业装备智能化改造升级进程势在必行也势在必得。农业装备的全面智能化也必定为菏泽市智慧农业写好基础篇章，以现代化的农业装备力量助力菏泽乡村振兴事业。
[1] 温成涛.农业装备和数字化技术在农业生态转型中的作用[J];农业与技术;2019（01）.
[2]陈颖博.大数据在智慧农业中的应用研究[J];湖北农业科学;2020（01）.
[3]颜廷武,等.现代化进程中农业装备水平现状、问题及对策研究[J].山东农业大学学报(社会科学版).2010（04）.
作者简介：刘芳，女（1978.12-）副教授，研究方向：机械电子工程.
课题项目：2021年菏泽市社会科学规划课题，项目号zc-2021-121，项目名称《智慧农业视角下菏泽市农业装备转型升级模式及实现路径研究》。
