甘藍(lán)的機(jī)械化收獲技術(shù)的研究發(fā)展,至今已有70余年的歷史。1931年,前蘇聯(lián)率先研制成功世界上第一臺甘藍(lán)收獲機(jī)，但由于種種原因推廣應(yīng)用進(jìn)展非常緩慢。20世紀(jì)60年代后,美國、加拿大、日本等發(fā)達(dá)國家都先后研制出了一次型甘藍(lán)收獲機(jī)，但都沒有用在鮮售甘藍(lán)的收獲上。20世紀(jì)80年代以來，日本和臺灣地區(qū)的農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)和市場需求發(fā)生了重大變化，進(jìn)一步加速了甘藍(lán)等結(jié)球類葉菜收獲機(jī)的研制。研究方向大致分為三類：一是小型單行一次性收獲，二是與拖拉機(jī)及其掛車配套的大型多行聯(lián)合一次性收獲。以上兩種機(jī)型,由于一次性收獲的缺陷和損失、損傷等問題,在鮮售蔬菜的收獲上應(yīng)用還不廣泛，大多停留在加工用甘藍(lán)的收獲方面。三是多次選擇式機(jī)器人收獲機(jī)，這種機(jī)型目前還處在試驗(yàn)研究階段。
2020年6月29日，國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系智能化管理崗位科學(xué)家吳華瑞研究員及其科研團(tuán)隊在小湯山國家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究示范基地開展了露地甘藍(lán)無人化采收作業(yè)，作業(yè)過程通過網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行了全程直播。至此，團(tuán)隊成功實(shí)現(xiàn)了露地甘藍(lán)耕整地、起壟/移栽、水肥灌溉、植保打藥和采收的全程智能化無人作業(yè)，蔬菜生產(chǎn)管理智能化程度處于全國領(lǐng)先水平。
收獲一直是蔬菜生產(chǎn)智能化管理的難點(diǎn)環(huán)節(jié)，在技術(shù)上對精準(zhǔn)識別、智能定位等均有很高的要求，同時農(nóng)機(jī)、農(nóng)具、農(nóng)藝、作業(yè)等的匹配度也是決定智能化收獲的關(guān)鍵因素。團(tuán)隊通過集成農(nóng)機(jī)自主導(dǎo)航、軌跡監(jiān)測、機(jī)器視覺、柔性感應(yīng)等先進(jìn)技術(shù)，以起壟、移栽軌跡數(shù)據(jù)為作業(yè)底數(shù)，利用自主導(dǎo)航和軌跡實(shí)時監(jiān)測實(shí)現(xiàn)甘藍(lán)采收的精準(zhǔn)對行，通過柔性感應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)甘藍(lán)球體大小自動識別和采收履帶寬度的動態(tài)調(diào)整，防止由于甘藍(lán)大小不一造成的采收障礙，利用機(jī)器視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)漏采甘藍(lán)的快速識別，為作業(yè)過程中農(nóng)機(jī)具性能調(diào)優(yōu)提供支撐。作業(yè)現(xiàn)場無人駕駛拖拉機(jī)帶動甘藍(lán)自動收獲機(jī)精準(zhǔn)對行，一排排甘藍(lán)依次準(zhǔn)確進(jìn)入自動收獲機(jī)的采集器中，由高速旋轉(zhuǎn)的割刀將甘藍(lán)的根部切斷，割下的甘藍(lán)由升運(yùn)裝置、傳送帶直接采收入筐。傳送帶兩側(cè)還可以配備2-3名操作人員，直接切除甘藍(lán)外部爛葉、蟲害葉，使得入筐甘藍(lán)滿足商品化要求。
此次團(tuán)隊無人化采收作業(yè)單行收獲時間約6.5分鐘（長度83.7米），考慮轉(zhuǎn)彎與套耕行進(jìn)時間，平均單行作業(yè)時間10-12分鐘，約40分鐘即可完成1畝甘藍(lán)收獲，每天可以收獲10-15畝，相較人工采收作業(yè)人均1畝/天，極大提高了作業(yè)效率，降低了勞動強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境，節(jié)省了人力成本，提高了蔬菜收獲的成品率，對于規(guī)模化種植效益提升明顯。
此次甘藍(lán)無人化采收作業(yè)的成功為實(shí)現(xiàn)甘藍(lán)全程智能化無人作業(yè)又邁出了堅實(shí)一步，后續(xù)將逐步研究克服甘藍(lán)商品化自動處理、單次作業(yè)行數(shù)少等技術(shù)難題，并逐步在其他品種實(shí)現(xiàn)推廣，助推我國蔬菜產(chǎn)業(yè)智能化、現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型升級。
相關(guān)專家簡介：
吳華瑞，男，博士，北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心副主任，大數(shù)據(jù)智能部（數(shù)字鄉(xiāng)村部）主任，研究員，大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系智能化管理崗位科學(xué)家、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部“全國農(nóng)業(yè)科教云平臺”首席專家、農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)信息軟硬件產(chǎn)品質(zhì)量檢測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、中國人工智能學(xué)會理事、國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)體系崗位科學(xué)家、科技部數(shù)字鄉(xiāng)村領(lǐng)域技術(shù)預(yù)測專家組長、國家自然基金項(xiàng)目評審專家。圍繞農(nóng)業(yè)智能系統(tǒng)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開展多學(xué)科交叉研究，重點(diǎn)在智能農(nóng)業(yè)中無線傳輸網(wǎng)絡(luò)核心理論、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)智能服務(wù)、農(nóng)業(yè)復(fù)雜云平臺構(gòu)建與應(yīng)用等方面取得多項(xiàng)科研成果，達(dá)到國際先進(jìn)水平。先后主持國家與省部級項(xiàng)目75項(xiàng)，在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)性能優(yōu)化控制理論研究方面，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)監(jiān)測、穩(wěn)定傳輸、智能調(diào)控的智慧生產(chǎn)技術(shù)體系，成功推廣31萬畝；在數(shù)字鄉(xiāng)村建設(shè)方面，突破了村鎮(zhèn)“三網(wǎng)融合”網(wǎng)絡(luò)接入、科技服務(wù)信息網(wǎng)絡(luò)采集、多源數(shù)據(jù)整合與更新、復(fù)雜場景多維建模與表達(dá)、新農(nóng)村建設(shè)綜合信息服務(wù)平臺等關(guān)鍵技術(shù)，在全國建立了100多個安居、興業(yè)、惠民等村鎮(zhèn)數(shù)字家園示范樣板，創(chuàng)新了數(shù)字鄉(xiāng)村多樣化發(fā)展模式；在中國農(nóng)技推廣信息平臺創(chuàng)建方面，研究了“互聯(lián)網(wǎng)+”生態(tài)框架模型與大數(shù)據(jù)理論，構(gòu)建了農(nóng)技員-經(jīng)營主體-農(nóng)民協(xié)作知識社區(qū)，創(chuàng)新了效能驅(qū)動的線上線下農(nóng)技協(xié)同推廣機(jī)制，全國一線農(nóng)技員基本全部上線，切實(shí)解決了農(nóng)民問問題難、找專家難、學(xué)知識難等難題，為北京市及全國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了有效科技支撐。先后獲得北京市科技新星、北京市優(yōu)秀人才、北京市優(yōu)秀青年知識分子等榮譽(yù)稱號；院“農(nóng)業(yè)智能系統(tǒng)”、“農(nóng)業(yè)信息化標(biāo)準(zhǔn)研究”創(chuàng)新團(tuán)隊首席專家；獲得國家科技進(jìn)步獎二等獎1項(xiàng)，省部級科技獎勵8項(xiàng)，制定地方標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)，授權(quán)發(fā)明專利34項(xiàng)、軟著193項(xiàng)，發(fā)表論文280多篇（SCI 18篇、EI 120篇），合著出版著作5部，研究成果在我國28個省市得到推廣應(yīng)用，取得顯著社會經(jīng)濟(jì)效益。