习近平总书记在中央农村工作会议上指出，“要坚持农业科技自立自强，加快推进农业关键核心技术攻关”。哈尔滨工业大学群体智能自主作业智慧农场技术针对我国农业受自然资源和人力成本的约束，普遍存在依靠劳动力密集、科技水平低、生产规模小的问题，将新一代人工智能先进思想和技术与大规模农业生产相结合，聚焦群体智能自主作业智慧农场，有效减少农业生产过程中对劳动力的依赖，提高农业机械化和智能化，为农业插上科技的翅膀。以大田作物“耕、种、管、收”等全流程的自主作业为研究对象，攻克农场环境自适应感知与认知，自主作业控制、执行与管理，群体智能协同作业与认知计算，智慧农场调度、管理与协同等关键技术，突破大型农场中农情和农事复杂，感知、认知自适性不高，作业流程自主控制、自主管理受限等瓶颈，实现群体实时无线通信、嵌入式认知计算、人机自主协同等技术，构建人机共融、自主协同的智慧农场，全面提升我国农业生产智能化水平。

二、具体做法

群体智能自主作业智慧农场技术围绕“知”“行”“群”“智”四项关键核心技术开展研究，具体做法如下：

一是“知”——农场环境自适应感知与认知技术。重点研究基于近地卫星遥感、无人机遥感、农机机载信息和农田物联网信息等技术下农机对外部环境、农机主体、作业对象、操作主体等感知技术和基于农场信息、农机信息、操作员信息、作物品类信息、土壤信息、气象信息、农学知识等的认知技术，并构建“天-空-地”一体化感知系统和多模态AI算法库，突破面向群体智能的农机自适应感知和认知技术。

二是“行”——农机自主作业控制与管理技术。通过研究农机作业流程管控方法、农田作业环境感知技术、农机田间作业行为认知方法等，实现田块边界、田间障碍物和作物行线的自主识别、农机田间正常作业、燃油与种药补给、故障运维等农机典型作业行为认知以及农机田间路径自主跟踪、自动转弯掉头、自动避障技术，构建农机作业行为、作业信息、处方知识生成等农机田间作业自主管理模型，开发农机作业自主管理系统，实现农机田间自主作业与管理。

三是“群”——群体智能协同作业与认知计算技术。研究“农机具通用嵌入式计算平台”，并架构在农田作业机具上，完成实时自适应群体组网与云端中心通讯，现场实时对环境进行感知计算与控制，实现人机自主信息交互等。研究农机群体自主决策与任务分配、基于意图识别的人机协同、基于强化学习的编队控制和实施通讯与嵌入式计算技术。

四是“智”——智慧农场调度管理与协同技术。围绕大田作物生产管理流程和农事任务管理环节，研究农业生产多源数据融合技术，建立智慧农场管理平台，实现农机群体高效协同作业及农场生产全流程智能化管理。针对作物生产全过程精准化管理难题，研究作物生育进程指标管理模型数字化技术，建立作物生育进程诊断数字化模型的农业生产精准栽培技术体系，分析农场生产管理方式，建立管理流程数据库，开发农业智慧大脑管理决策系统，实现作业时期管理与农机作业任务发布。针对农机群体协同作业问题，依据三维场景数据，研究深度画像技术，建立群体作业互动协作模型，实现“人-机-环”共融。

三、取得成效

2021年12月，由哈尔滨工业大学牵头，与北京农林联合北京市农林科学院智能装备技术研究中心、清华大学、东北农业大学等10家单位共同承担的科技创新2030—“新一代人工智能”重大项目《群体智能自主作业智慧农场》通过立项，并于2023年5月18日通过科技部组织的中期验收。至项目中期，项目组已构建农业智慧大脑系统以及人机融合的农事任务管理及农机作业指挥系统，已实现“耕、种、管、收”主要环节5台套异构农机自主协同作业。

2022年10月，由哈尔滨工业大学和省校共建新型研发机构哈尔滨工业大学人工智能研究院有限公司共同牵头的“智能农场国家新一代人工智能开放创新平台”获得科技部批复建设。该平台集云端人工智能赋能、边缘人工智能应用场景服务、开源开放数据标准、农学知识图谱和智能农场典型的示范应用等多功能于一体，面向智能农机等“卡脖子”关键核心技术的国家重大需求，以需求为导向、产出为目标、高校与企业为主体，围绕“智农伴飞”智能农场平台，建立创新、高效、高质量、可持续发展的运行机制，实现环境感知的全面化、数据采集的精准化、信息传输的无线化、设备控制的智能化，为有效推动农业增效、农民增收、农产品安全、乡村振兴提供重要科技支撑，全面提升农业科技创新能力。开放创新平台的获批开创了东北地区的先例，并填补了“新一代人工智能开放创新平台”在智慧农业领域的空白。

2022年12月，由哈尔滨工业大学、北大荒农垦集团有限公司和东北农业大学共同建设的“智慧农场技术与系统”全国重点实验室获批建立。实验室以“开放、流动、联合、竞争”的运行机制，协同推进创新平台、创新能力、创新生态建设，联合开展跨领域、跨学科、前沿交叉型的基础科学研究和重大技术攻关，实现科学研究水平与科技供给能力的双提升，共同创建具有独特性、引领性的国家重点实验室建设新模式，为智慧农业技术的研究和推广注入新动力。