目前，日本已成為全球農業人口老齡化最為嚴重的地區。由于從農人力減少和農業就業人口高齡化趨勢的發展，日本農業面臨著勞動力不足的挑戰，也使得平均經營的耕地面積持續擴大，需要通過技術革新突破每人作業面積的局限。其中無人化、智能化也成了助推日本農業種植效率的手段之一。
率先實現機械化普及
日本農業長期面臨兩大問題：人手短缺、高齡化，因此如何導入自動化，提高作業效率一直是生產現況重要須解決的問題之一。日本政府長期推動智慧農業，期望作為解決上述問題的重要途徑。近些年日本智慧農業的推動著重于農機具、機器人、農業用助力服、無人機、信息通訊技術的應用，來協助農業智慧化的發展。
近日，日本官方公開九大智慧農業方面的應用案例，其中包括：
【稻作?旱作】結合遙測衛星影像與插秧機的“自動調整施肥系統”
【稻作?旱作】自動作業的無人曳引機
【稻作?旱作】搭載AI的無人機用于農藥噴灑和施肥
【露地蔬菜】應用無人機航拍進行影像解析，遠端了解作物生長狀況
【露地蔬菜】使用全自動卷心菜采收機，大幅節省勞動力
【溫室】應用AI學習農業專業技術，促進作物生長品質
【溫室】應用AI預測收獲量及采收時機，對人員進行最佳化配置
【溫室】應用AI預測蔬菜病蟲害，提高作物品質和產量
【溫室】適用于中小型溫室的低成本環境控制裝置
其中，【稻作?旱作】擴大作業規模的無人曳引機案例，即洋馬（YANMAR）農機和北海道大學共同開發無人曳引機，可通過無人操作的耕種整地和人工操作的施肥播種的協同作業模式，該項技術能夠擴大個人工作面積，促進大規模農業經營的效率，最重要的是僅僅使用平板電腦就能輕松實現遠程操作。
早在上世紀50年代，日本政府就將農業機械化寫入政策，在一些列政策和措施推動下，日本的農業機械保有量逐年上升，增長歷程一直持續到90年代；90年代后，由于日本老齡化問題越發嚴重，過去粗放式的農業機械逐漸被精密化、多元化的機械所取代，比如過去農業機械只局限于糧食耕作領域，此后蔬菜種植也實現了機械化。嫁接有機器人、播種有自動移植機；此外還有靜電除蟲機，各類蔬菜收獲采摘的機器等。從90年代到本世紀初期，日本的農業生產，從糧食到蔬菜領域，基本上實現了全程機械化。
21世紀以來，日本的農業機械研發就一直在朝著無人化的方向發展。
日本三大農機公司久保田、洋馬和井關農機也在2018年開始發售無人農機，也因此在日本，2018年被稱為“日本無人農機元年”。作為日本乃至全球的農業機械化和自動化領域的重要角色，這三家代表企業在推動農業現代化進程中也起到了關鍵作用。
久保田株式會社（Kubota Corporation）
久保田，全名久保田株式會社（Kubota Corporation），成立于1890年，是日本最大的農業機械制造商之一，在農業機械、小型建筑機械、小型柴油發動機、鑄鐵管等領域處于世界前列。2017年，久保田與東京光學機械和堪薩斯州大學聯合研發了第一款無人駕駛農機“M7”系列。
隨后在2018年前后相繼推出了NW8SA型自動駕駛高速插秧機和WRH1200A型自動駕駛履帶收割機。這兩款農機都能夠實現無人自動駕駛，可以自動規劃作業路徑、自動駕駛、自動作業等一系列智能化、自動化的農田作業。后依靠全球定位系統（GPS）技術，實現了有人監控下的可以無人自動駕駛作業的拖拉機和操作人員搭乘并可以自動駕駛作業的聯合收割機，以及在直行時可以自動轉向行駛的插秧機等的產品化。
現如今，久保田追求的智能農業系統將先進技術與信息通信技術（ICT）融合為一體，用數據實現農業的“可視化”，支持不依賴于經驗和直覺的高效農業方式。
洋馬株式會社（Yanmar Co., Ltd.）
日本洋馬株式會社成立于1912年，1933年研制了世界上第一臺商用小型柴油發動機，并實現了此類發動機的商品化。洋馬一直不斷地致力于開發世界上最先進的發動機尖端技術，持有數量眾多的專利和知識產權。
早在2013年，洋馬發布了概念拖拉機YT0，這標志著洋馬開始對外展示其在無人駕駛農機領域的研發方向；2015年5月，洋馬YT系列拖拉機量產上市，這款拖拉機配備了無人駕駛追蹤系統，只需一人即可高效完成多人的工作。2018年10月，洋馬無人駕駛拖拉機正式上市，分為自動駕駛和無人駕駛兩種。洋馬的無人駕駛技術也被用于其自家稻米播種機上。
今年2月，洋馬推出零排放農業無人駕駛概念樣機e-X1，e-X1可以前后安裝旋耕機和割草機等多種機具，實現除草、除雪和耕作等任務。采用履帶底盤，可確保在斜坡和不平的地形上穩定運行。該機器采用遠程控制，保證了操作員在農業作業中的安全，后續考慮加入自動駕駛功能。
井關農機（Iseki & Co., Ltd.）
井關農機是日本的一家主要農機企業，也參與了無人駕駛農機的研發和推廣。早在2017年就推出輔助直線插秧機“NP80Z”，通過GPS定位，為田間種植作業的高精度化、省力化做出貢獻。
為解決日本農業日益嚴重的人手不足和提高工作效率，2018年12月，井關農機宣布發售了該公司首款機器人拖拉機，這款農機頂部裝有GPS裝置，能實現高精度作業，機身裝有超聲波傳感器等，可感知障礙物并自動停止。此后2年，井關農機多款機器人拖拉機實現了商品化。
目前，井關農機產品主要有拖拉機、插秧機、收割機、微耕機、田園管理機、蔬菜移栽機和烘干機（碾米機、稱重機、冷庫）；其中拖拉機和插秧機產品，井關均推出了輔助駕駛機型和無人駕駛（有人監控）機型。如無人駕駛拖拉機TJV系列分為2個子系列：M1和R3，其中M1為人在車上監控，R3為人在田邊監控。
為實現對農機的遠程監控、作業控制和信息管理，洋馬研究并開發了遠程用戶終端。同時，為進一步提高直播機信息的共享性與安全性，洋馬還初步開發了基于多機數據存儲的云管理平臺。
從無人駕駛拖拉機的研發到智能化水稻直播機實驗平臺的建立，再到自主路徑規劃算法和遠程用戶終端與云管理平臺的開發，洋馬不斷推動無人駕駛技術在農機領域的應用和發展。
2011年，日本井關農機株式會社和東風汽車集團公司合資組建“東風井關”，東風井關已經成功推出了多款無人駕駛農機產品，包括無人駕駛智能拖拉機、無人插秧機、無人收割機等，實現了耕、種、管、收全程智能化。
無人化農機推進遇阻
日本政府將無人農機自動化定為0到3個級別，目前的產品屬于需要人工監控作業的2級水平。日本政府此前計劃到2020年實現可遠程監控、無需現場有人的無人駕駛。
久保田三級自動化和無人化路線圖
但截至目前，日本農機企業們，如久保田實現的是第二級自動化產品——“在人工監控下實現自動化和無人操作”，并將第三級無人化目標“遠程監控下的無人農業機械應用”定在2026年。其在2024年推出了全球首臺智能聯合收割機，實現水稻和小麥的無人自動收割，進一步在完善了其全系列無人操作農業機械。
為了推進當前階段自動駕駛農機設備的普及，目前日本企業和政府也采取了相當多的措施：
（1）設置RTK基站提高定位精度
一般情況下，農機的定位信息使用全球定位系統(GPS)，通過天線接收來自人造衛星的信號。據悉，目前的誤差在10厘米左右，不適合進行精準的農業作業。為了讓自動駕駛的農機獲得更準確的定位信息，日本久保田將推進“RTK（實時動態）基站”的建設。利用來自RTK基站的數據進行校正，將誤差控制在3厘米左右。
通過基站接收位置信息的校正數據，將誤差縮小至約3厘米。這將實現精細化操作，如拖拉機等設備的精確移動，從而增加收成并減少人力投入。
在田間作業等情況下使用自動駕駛的農機時，如果作業位置偏離10厘米左右，就會直接導致產量減少。例如，利用拖拉機開壟播種蔬菜時，本應種植5行的區域可能因為偏差而只能種植4行，從而導致農地的收成減少約20%。
預計將在2024年內在日本全國完成約90座基站的設置，預計基本覆蓋日本的主要農田。這一舉措大幅提升自動駕駛農機的定位精度，確保精準的農作作業。
（2）差異化研發
如久保田，早在技術創新上就研發出了包括單輪控制技術及農機群組控制技術。傳統的柴油發動機即使采用四輪驅動，也需要將動力分別傳輸到前輪和后輪，靈活性有所欠缺。而久保田在今年CES展示的最新款農機則為四個輪子分別配備了獨立電機，在凹凸不平的地形中也能如履平地。并且通過群組控制，小型農機也可以在大片農田上協同作業。
此外相對于其他家產品用于大片麥田的數百馬力大型農機的自主作業，久保田則專注于100馬力以下的小型農機市場。這種適用于日本水稻種植的小型農機不僅在田地面積通常較小的亞洲更受青睞，而且還可以在歐美國家地形復雜的果園中應用。
（3）以租代售降低使用成本
自動駕駛農機通過GPS和傳感器技術實現了高精度作業和障礙物探測，提高了作業效率和安全性，但你由此帶來的高昂成本卻成為了無人農機普及的主要障礙。
為此，日本政府和企業正在探索降低成本的方法，包括提供租賃服務和期待技術普及帶來的成本下降。展望未來，日本計劃進一步提升無人駕駛農機的自動化級別，并繼續在全球智慧農業領域保持領先地位。
寫在最后
回顧日本農業機械的發展脈絡看，自動化的機械理念貫穿始終，如今無人化和智能化已成標配，更有利于老齡化時代的農耕作業。而且，日本農業農業機械多年來的發展，對我國也有很大的借鑒意義。我國雖然地域廣大，但同樣是山區面積多平原面積小，而且耕地分布極其不均衡。正因為如此，雖是農業大國，但時至今日還不是農業強國。
當前，我國無人農機主要是在中大型農場、示范區使用。伴隨農村勞動力城鎮化，合作社、合作農場的生產經營方式還會進一步擴大規模，呈現社會化服務趨勢，從而帶動無人農機規模商用。
總體來看，我國農業種植機械無人化、智能化程度還亟待提高，無人農機發展還有很大的提升空間，市場前景廣闊。
