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農(nóng)業(yè)自動駕駛系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展情況和技術特點
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 聯(lián)適技術    2023-09-13

1、行業(yè)發(fā)展背景

農(nóng)業(yè)作為國民經(jīng)濟發(fā)展的重要組成部分，隨著時代發(fā)展不斷與時俱進。其中，城鎮(zhèn)化率不斷上升導致我國農(nóng)業(yè)勞動人口不斷下降，單位農(nóng)作物用工成本不斷上升，加劇了農(nóng)業(yè)勞動力短缺的程度，從而推動了農(nóng)機的機械化和智能化的發(fā)展。此外，隨著我國土地集約化程度不斷提高，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)呈現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展，對農(nóng)業(yè)機械化和智能化提出了更高的要求，同時直接促進對行業(yè)產(chǎn)品需求的增長。

我國是人口大國，中長期糧食供求將維持緊平衡態(tài)勢。受人口、耕地、水資源、氣候、能源、國際市場等多種因素變化影響，我國農(nóng)產(chǎn)品需求將長期面臨嚴峻挑戰(zhàn)。“十四五”規(guī)劃也將增強糧食綜合生產(chǎn)能力作為約束性指標納入其中，是我國首次把實施糧食安全戰(zhàn)略納入五年規(guī)劃。推進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化是高質(zhì)量發(fā)展的必然要求，借助機械化和智能化提高農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平，進而保障糧食安全、提高糧食產(chǎn)量也將成為必然趨勢。

（1）城鎮(zhèn)化和老齡化導致農(nóng)村勞動力短缺，農(nóng)業(yè)科技要解決“誰來種地”的問題

隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速推進，大量農(nóng)村勞動力流向城市和城鎮(zhèn)，導致務農(nóng)人口占總?cè)丝诒戎亟档?，務農(nóng)工作缺乏吸引力。同時，人口老齡化程度加深，65 歲及以上人口占比呈增加趨勢，進一步影響了務農(nóng)人口數(shù)量。面對我國農(nóng)業(yè)勞動力缺口逐漸加劇的現(xiàn)狀，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)利用機器以及智能裝備減輕勞動強度、降低生產(chǎn)成本、提升作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量的需求日趨強烈。

2010 年至 2022 年，中國的城鎮(zhèn)化率從 49.95%上升至 65.22%，同時 65 歲及以上人口的占比從 8.90%上升至 14.90%，在城鎮(zhèn)化和人口老齡化的雙重作用影響下，農(nóng)業(yè)就業(yè)人口呈下降趨勢。

（2）土地集約化發(fā)展，高標準農(nóng)田建設和我國農(nóng)業(yè)機械化率逐年上升，奠定農(nóng)業(yè)科技發(fā)展基礎

智慧農(nóng)業(yè)大規(guī)模應用需要農(nóng)業(yè)提高集約化和標準化，農(nóng)業(yè)機械和農(nóng)機裝備智能化產(chǎn)品是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、實現(xiàn)資源有效利用、推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展不可或缺的裝備，對保障國家糧食安全、促進農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增效、改變農(nóng)民增收方式和推動鄉(xiāng)村振興起著非常重要的作用。隨著我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)集中化、規(guī)?；奶岣撸r(nóng)業(yè)機械化率逐年上升，為農(nóng)業(yè)科技奠定基礎，未來智能化產(chǎn)品和無人化方案發(fā)揮的作用將更為顯著。

①土地流轉(zhuǎn)加速，農(nóng)業(yè)集約化發(fā)展明顯

近年來國家出臺了《中華人民共和國農(nóng)村土地承包經(jīng)營權流轉(zhuǎn)管理辦法》、《中共中央關于推進農(nóng)村改革發(fā)展若干重大問題的決定》等一系列法律法規(guī)政策，強調(diào)賦予農(nóng)民更加充分而有保障的土地承包經(jīng)營權，允許并鼓勵土地承包經(jīng)營權有序流轉(zhuǎn)，家庭經(jīng)營要向采用先進科技和先進生產(chǎn)手段的方向轉(zhuǎn)變，著力提高集約化水平，允許發(fā)展多種形式的適度規(guī)模經(jīng)營。2021 年 3 月新版《農(nóng)村土地經(jīng)營權流轉(zhuǎn)管理辦法》的出臺進一步保障農(nóng)民權益，規(guī)范經(jīng)營權流轉(zhuǎn)制度，延續(xù)土地集約化趨勢。

根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的數(shù)據(jù)，在土地流轉(zhuǎn)政策的持續(xù)實施下，我國土地流轉(zhuǎn)面積從 2012 年的 2.7 億畝增長到 2021 年超 5.55 億畝。在土地流轉(zhuǎn)政策持續(xù)實施下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)?；c集中化程度提高。具有大規(guī)模生產(chǎn)面積的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營者傾向于選用自動化機械完成農(nóng)業(yè)作業(yè)，提高生產(chǎn)效率，優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式。

根據(jù)《中國農(nóng)村政策與改革統(tǒng)計年報》數(shù)據(jù)，2013 年，中國家庭承包經(jīng)營耕地流轉(zhuǎn)面積為 3.41 億畝。隨后幾年，土地流轉(zhuǎn)發(fā)展持續(xù)向好，2020 年，中國家庭承包經(jīng)營耕地流轉(zhuǎn)面積已經(jīng)達到了 5.32 億畝。

②國家加速高標準農(nóng)田建設

高標準農(nóng)田通過集中連片開展田塊整治、土壤改良、配套設施建設等措施,解決了耕地碎片化、質(zhì)量下降、設施不配套等問題，可以有效促進農(nóng)業(yè)規(guī)?；?、標準化、專業(yè)化經(jīng)營，帶動農(nóng)業(yè)機械化提檔升級，為智慧農(nóng)業(yè)奠定基礎。

國家高度重視高標準農(nóng)田建設，黨的二十大報告提出，要牢牢守住十八億畝耕地紅線，逐步把永久基本農(nóng)田全部建成高標準農(nóng)田。根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布《全國高標準農(nóng)田建設規(guī)劃（2021-2030 年）》，全國到 2025 年要累計建成高標準農(nóng)田 10.75 億畝、累計改造提升 1.05 億畝，到 2030 年要累計建成 12 億畝、累計改造提升 2.8 億畝，同時將建設任務分解至各省份。

截至 2023 年 3 月底，東北、黃淮海和長江中下游區(qū)域已分別累計建成高標準農(nóng)田超 2 億畝，西南、西北分別累計建成約 1.5 億畝。其中，黑龍江、河南、山東、安徽、四川五省累計建成高標準農(nóng)田面積超過 5,000 萬畝。

③我國農(nóng)業(yè)機械化率逐年提高

根據(jù)中國農(nóng)業(yè)機械流通協(xié)會數(shù)據(jù)，我國農(nóng)作物綜合機械化率十年來不斷增長，全面完成第十三個五年計劃提出的 70%目標任務，2021 年達到 72%，年復合增長率為 3.10%，2020 年各主要糧食作物綜合機械化率超過 80%。我國已進入了全程、全面機械化加速發(fā)展的新階段，計劃到 2025 年農(nóng)業(yè)綜合機械化水平超過75%。

（3）高精度衛(wèi)星定位技術和基礎建設日趨完善，促進農(nóng)業(yè)科技快速發(fā)展

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是我國戰(zhàn)略基礎設施的組成部分。根據(jù)國務院新聞辦公室在《新時代的中國北斗》白皮書新聞發(fā)布會上的介紹，自北斗三號開通以來，北斗三號在軌 30 顆衛(wèi)星運行狀態(tài)良好，我國已建成北斗地基增強系統(tǒng)全國“一張網(wǎng)”，具備向行業(yè)和大眾用戶提供實時米級、分米級、厘米級和事后毫米級的高精度定位服務能力，為高精度衛(wèi)星定位的大規(guī)模商用奠定了基礎。

根據(jù)中國衛(wèi)星導航定位協(xié)會發(fā)布的《2022 年中國衛(wèi)星導航與位置服務產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》，2021年我國衛(wèi)星導航與位置服務產(chǎn)業(yè)總體產(chǎn)值達到4,690億元，較2020年增長16.29%，包括與衛(wèi)星導航技術研發(fā)和應用直接相關的芯片、器件、算法、軟件、導航數(shù)據(jù)、終端設備、基礎設施等在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)核心產(chǎn)值為 1,454 億元，同比增長約 12.28％。

北斗衛(wèi)星系統(tǒng)在農(nóng)機智能化上的應用不斷深化，從定位系統(tǒng)產(chǎn)品實現(xiàn)農(nóng)機調(diào)度、作業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)品實現(xiàn)農(nóng)機作業(yè)統(tǒng)計的基礎產(chǎn)品，發(fā)展到農(nóng)機自動駕駛系統(tǒng)和智能作業(yè)控制系統(tǒng)等高階農(nóng)機裝備智能化產(chǎn)品。北斗系統(tǒng)技術革新與高密度組網(wǎng)以及基礎設施的完善，有利于促進了農(nóng)機裝備智能化和農(nóng)業(yè)科技的快速發(fā)展。

（4）國家政策大力支持市場推廣應用，奠定政策基礎

近年來，在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的背景下，中國農(nóng)機智能化相關利好政策頻出。2013 年國家農(nóng)機購置補貼目錄中增加了“精準農(nóng)業(yè)設備”小類，明確基于北斗導航系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)用北斗終端進入國家農(nóng)機購置補貼系統(tǒng)；2015 年農(nóng)業(yè)部發(fā)布《2015-2017 年農(nóng)機購置補貼指南》，正式將北斗終端應用列入國家農(nóng)機購置補貼目錄；2021 年農(nóng)業(yè)部、財政部印發(fā)《關于做好 2021 年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展等項目實施工作的通知》，明確提出“加大對高端、復式、智能農(nóng)機產(chǎn)品補貼力度，推廣應用北斗導航智能終端”；

近年來，《中共中央關于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠景目標的建議》、2023 年中央一號文件等國家層面規(guī)劃性文件，紛紛強調(diào)要實施高標準農(nóng)田建設工程，強化農(nóng)業(yè)科技和裝備支撐，建設智慧農(nóng)業(yè)，為農(nóng)機裝備智能化產(chǎn)品和智慧農(nóng)場的發(fā)展提供了有力的支持。在國家政策持續(xù)實施下，相關企業(yè)積極參與技術研發(fā)，不斷優(yōu)化產(chǎn)品性能，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營者提供優(yōu)質(zhì)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)設備。

2、行業(yè)發(fā)展情況和技術特點

農(nóng)機裝備智能化產(chǎn)品是對農(nóng)機的智能化改造和提升，使其具有信息感知、自動導航、精準作業(yè)和智慧管理的功能，這也是智慧農(nóng)場等農(nóng)業(yè)科技新業(yè)圖景能夠全面應用的基礎。從技術發(fā)展階段看，農(nóng)機自動駕駛智能化水平可分為四個等級：

第一個等級的核心功能是監(jiān)測，主要通過傳感器監(jiān)測農(nóng)機運行情況、關鍵部件狀態(tài)和外部環(huán)境，輔助用戶更好地操控機器；

第二個等級的核心功能是輔助駕駛，實現(xiàn)農(nóng)機作業(yè)路徑規(guī)劃、走直線、轉(zhuǎn)彎等功能以減少人力、提高作業(yè)精度，但啟停、掉頭、油門和擋位控制等工況仍需要用戶人工接管；

第三個等級的核心功能是自動駕駛和農(nóng)藝優(yōu)化，一方面實現(xiàn)農(nóng)機自主行走能力，進一步少人化干預，另一方面內(nèi)置算法根據(jù)不同農(nóng)藝、不同土壤、不同作物等配套設置不同的作業(yè)模式，并具有實時測產(chǎn)功能，為下一茬的種植做好定量施肥、種植密度控制的準備；

第四個等級的農(nóng)機將不再需要駕駛艙，具備自主學習能力，不需要用戶過多干預，農(nóng)機會按照農(nóng)時自主安排作業(yè)日程并自動作業(yè)。

目前國內(nèi)以農(nóng)機自動駕駛系統(tǒng)和作業(yè)控制系統(tǒng)為代表的農(nóng)機裝備智能化產(chǎn)品，著力于解決農(nóng)機智能化第二個和第三個等級，并在此基礎上向著第四個等級邁進。

（1）農(nóng)機裝備智能化產(chǎn)品行業(yè)處于快速成長期，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速

2010 年以前，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要依靠傳統(tǒng)農(nóng)機進行生產(chǎn)，需要駕駛員對農(nóng)機進行操作并進行生產(chǎn)作業(yè)；2010 年黑龍江農(nóng)墾首次引入第一臺農(nóng)機自動導航駕駛系統(tǒng)，此后一段時期國內(nèi)市場主要以美國天寶、約翰迪爾等國外品牌為主，售價高昂且以液壓式為主，存量農(nóng)機后裝的改造復雜且成本較高，市場未能快速普及。

資料來源：農(nóng)業(yè)部財政部聯(lián)合印發(fā)《2013 年農(nóng)業(yè)機械購置補貼實施指導意見》；中國農(nóng)業(yè)機械工業(yè)協(xié)會與中國農(nóng)機化導報刊登《淺談 GNSS 衛(wèi)星定位和自動駕駛系統(tǒng)在現(xiàn)代化農(nóng)機具中的應用》。

農(nóng)業(yè)部、財政部及各地于 2013 年以來陸續(xù)發(fā)布文件，明確基于北斗導航系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)用北斗終端進入農(nóng)機購置補貼系統(tǒng)，鼓勵國內(nèi)企業(yè)自主發(fā)展。面對液壓式產(chǎn)品的缺陷，以聯(lián)適技術為代表的國內(nèi)企業(yè)持續(xù)投入電動方向盤方案研發(fā)，并不斷推出更適應本土化的產(chǎn)品。在一系列技術突破和國家農(nóng)機購置補貼等利好政策的實施下，北斗應用自動駕駛開始逐漸滲透，并逐步完成了進口替代。

隨著產(chǎn)業(yè)下游農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平不斷提高，使用農(nóng)機裝備智能化產(chǎn)品降本增效的需求不斷增強，隨著國內(nèi)企業(yè)技術和方案的不斷突破，產(chǎn)品性能和適配性大幅提升，隨著產(chǎn)業(yè)上游不斷完善，零部件的專業(yè)化、規(guī)模化、國產(chǎn)化帶動成本下降，市場參與企業(yè)越來越豐富，產(chǎn)品進入規(guī)模化應用階段，產(chǎn)品價格進入下行趨勢，帶動市場規(guī)模不斷擴大。

根據(jù)中國農(nóng)業(yè)機械流通協(xié)會發(fā)布的報告，根據(jù)購機補貼數(shù)據(jù)整理，國內(nèi)農(nóng)機自動駕駛系統(tǒng)銷售均價（終端用戶的采購均價）由 2013 年的 11.53 萬/套下降至 2022 年的 1.91 萬/套、近三年復合下降率為 38.68%，與此同時銷量由 2013年的 618 臺增長至 2022 年的 8.40 萬套、近三年復合增長率達 59.18%，農(nóng)機自動駕駛系統(tǒng)銷售數(shù)量增速遠超銷售均價下降幅度，產(chǎn)品價格下降推動市場擴容。

（2）農(nóng)機裝備智能化產(chǎn)品逐步向全國范圍鋪開，但整體滲透率仍偏低，市場空間較大

隨著行業(yè)快速發(fā)展，農(nóng)機自動駕駛系統(tǒng)已從東北、西北等先行地區(qū)逐漸向全國范圍鋪開，市場區(qū)域越來越豐富。根據(jù)中國農(nóng)業(yè)機械流通協(xié)會發(fā)布的報告，農(nóng)機自動駕駛系統(tǒng)銷售區(qū)域從 2013 年的 2 個省市自治區(qū)發(fā)展到 2022 年的 30 個，應用區(qū)域大幅擴容。

雖然近年內(nèi)農(nóng)機自動駕駛系統(tǒng)在全國范圍內(nèi)快速發(fā)展，但整體滲透率仍相對較低，未來發(fā)展空間巨大。根據(jù)中國農(nóng)業(yè)機械流通協(xié)會發(fā)布的報告，據(jù)普渡大學統(tǒng)計，2019 年美國農(nóng)機自動導航駕駛滲透率已經(jīng)達到 90%，歐盟則計劃到 2025年實現(xiàn) 50%的農(nóng)機裝配自動導航駕駛系統(tǒng)。

根據(jù)報告，我國 2013 年-2022 年農(nóng)機自動駕駛系統(tǒng)累計銷量不到 20 萬套，而我國主要農(nóng)機（插秧機、大中型拖拉機、聯(lián)合收割機）截至 2021 年末的保有量達到 912.14 萬套，農(nóng)機自動駕駛系統(tǒng)滲透遠遠低于歐美國家，市場空間較大。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部印發(fā)《“十四五”全國農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展規(guī)劃》明確提出，大力推進農(nóng)用北斗終端產(chǎn)品在農(nóng)機上的應用，推廣應用加裝北斗終端的農(nóng)業(yè)機械不少于 50 萬套。

隨著農(nóng)機自動駕駛系統(tǒng)滲透率不斷提高，市場規(guī)模將持續(xù)提高。根據(jù)中國農(nóng)業(yè)機械流通協(xié)會發(fā)布的報告，以購置補貼數(shù)據(jù)統(tǒng)計，預計 2023 年國內(nèi)農(nóng)機自動駕駛系統(tǒng)銷售數(shù)量達到 12.60 萬套、同比增長 50%，預計 2024 年、2025 年國內(nèi)農(nóng)機自動駕駛系統(tǒng)銷售數(shù)量分別達到 16.43 萬套、19.06 萬套。

（3）較低的滲透率及龐大的農(nóng)機保有量，使得現(xiàn)階段農(nóng)機裝備智能化產(chǎn)品以存量農(nóng)機市場成為主要市場

我國現(xiàn)有存量農(nóng)機數(shù)量龐大，根據(jù)中國農(nóng)業(yè)機械流通協(xié)會發(fā)布的《中國農(nóng)機市場發(fā)展報告（2021-2022）》，我國主要農(nóng)機截至 2021 年末的保有量達到 912.14萬臺，而 2021 年全年新增銷量僅為 50.83 萬臺。目前農(nóng)機自動駕駛系統(tǒng)較低的滲透率和存量農(nóng)機用戶對智能化提升的實際需求，決定了未來一定時期內(nèi)農(nóng)機自動駕駛系統(tǒng)以存量農(nóng)機市場為主。根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)機械化總站、國家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術研究中心、中國農(nóng)業(yè)機械化協(xié)會發(fā)布的報告，后裝市場占農(nóng)機自動駕駛系統(tǒng)產(chǎn)品銷量的 98%。

未來隨著農(nóng)機整體智能化程度的提升及政策的推動，將帶動農(nóng)機裝備智能化產(chǎn)品前裝市場的發(fā)展。農(nóng)機生產(chǎn)企業(yè)更擅長機械制造，而農(nóng)機自動駕駛系統(tǒng)的研發(fā)需要結(jié)合導航定位、算法控制等諸多軟件開發(fā)能力，積累大量的試驗數(shù)據(jù)形成控制算法，且需要具備快速迭代升級的頻率和能力，除了個別行業(yè)龍頭企業(yè)以外，大多數(shù)農(nóng)機主機廠難以具備相關能力，且從成本經(jīng)濟性上看也不劃算，因此具備技術優(yōu)勢的農(nóng)機自動駕駛生產(chǎn)企業(yè)，更有利于在前裝市場獲得優(yōu)勢。

（4）我國農(nóng)業(yè)分布廣闊、農(nóng)田場景復雜多樣、農(nóng)機種類和型號眾多，要求農(nóng)機裝備智能化產(chǎn)品具備足夠的適配性

我國地域遼闊，經(jīng)緯度跨度大，不同地區(qū)的土壤條件、地形條件、氣候條件各不相同，導致我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)呈現(xiàn)出多樣化的特征，如東北黏土地及新疆的規(guī)模農(nóng)業(yè)、長江中下游地區(qū)的水田農(nóng)業(yè)、寧夏青海地區(qū)的干旱農(nóng)業(yè)、西南地區(qū)的丘陵山地農(nóng)業(yè)、渤海灣地區(qū)的鹽堿地農(nóng)業(yè)等。

復雜的地形地貌與氣候特征導致農(nóng)作物的品種多樣化，作業(yè)方式多樣化，且各區(qū)域內(nèi)農(nóng)田的自然條件也存在較大差異，農(nóng)機在田間作業(yè)時土壤狀態(tài)的變化和作業(yè)負載的變化等外界非線性干擾因素復雜多變，同時不同作物涉及多個作業(yè)環(huán)節(jié)，需要農(nóng)機智能產(chǎn)品企業(yè)前期進行大量的實驗驗證，積累不同場景下定位跟蹤、電液轉(zhuǎn)向、電機轉(zhuǎn)向、速度線控、機具控制等多源異構數(shù)據(jù)，并根據(jù)參數(shù)設置決策模型數(shù)據(jù)庫，以根據(jù)具體場景實現(xiàn)自適應控制。

此外，農(nóng)機種類和品牌、型號較多，截至 2020 年全國規(guī)模以上農(nóng)機企業(yè)達到 1,615 家，不同農(nóng)機的機械和電子結(jié)構存在差異，農(nóng)機裝備智能化產(chǎn)品企業(yè)需要豐富的產(chǎn)品種類進行適配。