中國網/中國發展門戶網訊 丘陵山地在我國農業生產中具有不可替代的作用。我國約有7億畝丘陵山區農田，占全國耕地總面積的1/3左右，是糧油糖和特色農產品的重要生產基地，涉及農業人口近3億人。丘陵山區茶園面積占全國的93.39%、果園面積占全國的62.28%、馬鈴薯播種面積占全國的78.58%、甘蔗播種面積占全國的62.78%、油菜籽播種面積占全國的57.53%、蔬菜播種面積占全國的37.29%。然而，丘陵山區的農業機械化水平明顯滯后于平原地區。丘陵山區省份的農作物耕種收綜合機械化率僅為53.5%，比全國平均水平低約20個百分點。丘陵地區地形復雜、地塊分散且多為坡地，這給農業機械化帶來了巨大挑戰。丘陵地區農田作業場景多樣，主要包括梯田、果園、茶園和陡坡田地等（圖1）。與平原地區相比，丘陵地區不僅需要適應小地塊作業的農機裝備，還需要應對多樣化的農作物種植和復雜的農藝流程。

我國丘陵地區地形復雜，其中2/3為坡地，這對農機的爬坡、越障及操控性能提出了較高要求。丘陵地區的農作物種植多樣性和田間管理復雜性，使得常規大田農業機械難以適應。而現有的丘陵農機大多由平原農機改造而來，相對于丘陵農機，國內外在平原農機自動化、智能化領域已經取得了顯著的技術進展。歐美國家的農業機械公司，通過大數據、物聯網和自動化技術，開發了具備自動駕駛、數據監測、作物健康診斷等功能的智能農機。例如，美國John Deere公司推出的8R拖拉機具備無人自動駕駛能力，配備傳感器、視覺系統和超快圖形處理器（GPU），可實現自動作業和轉彎，顯著提升了作業效率。國內農機企業也通過引入傳感器、衛星定位、無人駕駛等技術，提升了農機的作業效率和精度。例如，東方紅無人駕駛拖拉機可自動完成玉米播種、水田耕整地和中草藥種植作業，還能集群作業，幫助農民解放雙手。此外，多功能一體化農機逐漸普及，如中國一拖集團推出的多功能拖拉機，可通過更換附加設備完成播種、施肥、收割等不同作業。然而，盡管平原農機在技術上取得了突破，但其主要面向大規模、集約化生產，自動化程度高但體型較大、重心較高，難以適應丘陵地區復雜多樣的地形。丘陵地區包括山地、丘陵、溝壑等，要求農機具備更強的適應性和靈活性，大型拖拉機在丘陵坡面作業時尺寸大、轉彎半徑受限、可操作性差、穩定性不足、翻傾風險高，丘陵農機的智能化與機械化研發迫在眉睫。

我國對丘陵山區農機裝備研發給予了高度重視。2023年，出臺相關政策支持研發丘陵山區適用的小型機械和園藝機械。2024年，提出強化糧食生產裝備支撐，要推進丘陵山區農機裝備研發應用；將栽培、品種、植保、農機等領域專家一同納入國家現代農業產業技術體系和農業農村部農作物生產全程機械化專家指導組，推動多學科協同攻關、協作推廣，促進先進適用裝備和技術落地；實施農機裝備補短板行動，加快丘陵山區適用小型機械等農機裝備和關鍵核心零部件研發應用。這些舉措為丘陵農機的發展提供了有力保障，推動新一代信息技術與農業全產業鏈的深度融合與應用，加快推進農業產業數字化轉型，支撐保障國家糧食安全。

丘陵山區農機裝備的研發與推廣是農業現代化進程和農民福祉的關鍵。隨著技術的快速發展，機器人在丘陵農業中的應用展現出顯著優勢，特別是在降低人工勞力投入和提高生產效能方面。在國家政策的支持下，加速丘陵山區農機裝備的創新研發與廣泛應用，將為丘陵山區農業發展注入強勁動力，為鄉村振興戰略的實施提供堅實支撐，推動我國農業邁向高質量發展的新征程。

丘陵山區農業機械化面臨的挑戰

丘陵山區農業生產呈現出獨特的地域特征，這些特征給農機的通行和作業帶來了諸多困難。針對這些困難，目前我國丘陵山區的農業機械化主要面臨以下5個方面的挑戰。

地形復雜。丘陵山區地形起伏多變，坡度普遍較大，耕地呈現出“狹、小、散、陡”的特點，不適合進行高成本的機械改造，限制了大型農機的使用，需要研發適合小地塊作業的小型農機。

專用農機匱乏。在我國，針對丘陵地形的農機適應性不足，且專用農機較為匱乏?，F有丘陵農機產品多基于平原農機產品改造而成，在作業過程中受環境條件制約、作業效率差，機械化優勢無法充分發揮，缺乏輕便、簡易作業的專用農機。

技術性能待提升。與先進國家相比，我國的丘陵農機研發與應用起步較晚、產品的綜合性能不高，特別是針對丘陵山地的輕量、高效、高穩定性的機械相對匱乏，發動機高功率低排放設計制造技術、刀具抗損降耗優化設計技術、車架輕量化設計技術等關鍵技術仍有待進一步攻克。

農業生產特征制約。在丘陵山區，種植結構呈現出復雜態勢，農作物品種豐富多樣，農藝流程繁雜瑣碎，這使得對農業機械化技術裝備的需求也趨于多樣化。西南地區通常采用糧食作物與經濟作物間作種植模式。作為馬鈴薯主產區，西南地區占全國馬鈴薯種植面積的40.6%，但目前西南丘陵地區馬鈴薯綜合機械化率不足30%，機播、機收率還在個位數。

農機與農藝不協調。丘陵地區的農藝要求與傳統農機作業不匹配，尤其是在爬坡、越障、作業智能化等方面，農機與農藝之間缺乏有效協同，影響了農機的推廣和應用。

丘陵山區農業機械化創新解決策略

近年來，人工智能（AI）與具身智能技術等智能化技術的不斷進步，為丘陵地區農業機械化提供了創新性的解決思路。特別是機器人技術，其在復雜地形適應性、精準作業能力和多樣化任務執行方面的獨特優勢，使其成為丘陵農業現代化的關鍵推動力。這些新興技術的引入，能夠在以下5個方面促進丘陵農機的智能化、自動化與高效化，降低人工投入，減少生產成本，推動農業生產模式的根本變革。

提高丘陵農機復雜地形作業能力。在坡度較大的區域，AI技術通過深度學習和計算機視覺技術，能夠實時分析地形、作物信息以及障礙物，自動規劃出適應性強的作業路徑，動態調節農機的行駛速度和作業深度，確保機械作業的平穩進行，從而解決丘陵地區高坡地作業的難題，顯著提高農機在復雜地形下的作業能力。為進一步提高農機在丘陵地區的地形適應性，可以采用輪足式設計。輪足式機器人結合了輪式和足式的特點，能夠在不平坦的地面上保持穩定，輕松越過小障礙物。這種設計可以在保持較高移動速度的同時，提供類似足式機器人的機動越障性能。

提高小地塊作業效率。丘陵地區地塊小且分散，傳統大型農機難以進入，而現有小型農機智能化不足、人力需求高。具身智能技術通過提升農機的靈活性和精確控制能力，實現狹窄地塊內的精確路徑規劃和作業控制。農機可在小地塊間自由移動，利用障礙物檢測和空間感知能力避免碰撞和失誤，從而提高作業效率，減少能源和時間浪費。

促進農機與農藝的融合。AI技術通過深度學習不同作物的農藝要求，實現作業模式與農藝需求的精準匹配。根據作物生長階段、氣候變化和土地狀況，動態調整作業參數，確保作業與農藝要求高度契合。這種融合不僅優化了作業過程，還提升了丘陵地區農業的整體效率。

提升農機對丘陵地區特殊環境變化的適應能力。具身智能技術通過集成多種傳感器（如激光雷達、紅外傳感器、溫濕度傳感器等），可以實時感知環境的變化并進行動態調整。例如，當土壤濕度較高時，系統會調整耕作深度，以避免土壤過度壓實。這種實時感知和智能適應能力顯著提高了農機在丘陵特殊環境下的穩定性和適應性。

實現空地協同與資源優化。丘陵地區田地零散，單臺農機作業效率低且易浪費資源。通過無人機與地面農機的協同作業，實現對丘陵農田的高效管理和精準作業。無人機可以快速獲取農田的地形、作物生長狀況等信息，并將數據實時傳輸給地面農機，使其能夠根據地形和作物需求進行精準作業。這種協同模式不僅提高了作業效率，還減少了因地形復雜導致的作業風險，為丘陵地區的農業現代化提供了新的解決方案。

現有丘陵農機主要進展

國外丘陵農機現狀與進展

國外在丘陵農業機械的研發方面，尤其是在高坡度、高濕度等復雜環境下的機械應用上，已取得顯著進展。美國、德國、日本和意大利等農業技術領先國家的相關企業，推出了適合丘陵地區的高性能農業機械，這些機械普遍具備較高的智能化水平和全地形適應能力。其收獲機器人和任務通用型拖拉機等作業農機都針對丘陵地形配備了專門的調平系統并設計了特殊的底盤結構。例如，美國AGCO Corporation公司的M410 LC-Hillside聯合收割機（圖2a）配備了橫向調平系統，其橫向找平率高達20%，并可在歐洲山坡上很好地作業；John Deere 5075GL Specialty拖拉機（圖2b）采用了低矮設計，高度和寬度約1.22 m，最小離地間隙約227 mm，其動力強勁，可適應狹窄空間和斜坡作業；CNH Steyr plus系列拖拉機（圖2c）最高可達120馬力，配備適合丘陵作業的新型前軸安裝前鉸鏈和S-Tech自動導航，可自動轉向。德國Fendt公司的5275 C SL聯合收割機（圖2d）專為極端斜坡設計，其液壓調平系統支持38%水平補償，在垂直上坡時補償高達35%，在垂直下坡時達8%；與此同時，該公司還推出了專門為復雜環境（如山區）設計的Fendt 200 Vario拖拉機（圖2e），確保安全高效作業。日本久保田4LZ-5D8(G4)(CX108Q)全喂入履帶式收割機（圖2f）具有最小300 mm離地間隙，最高行駛速度達2.7 m/s；其設計適合丘陵山區的田間作業，田間移動便捷，能夠適應大小田塊的收割需求，并在不規則田塊中靈活作業。意大利Antonio Carraro公司的MACH 4R全履帶拖拉機（圖2g）專為極端條件設計，適用于陡坡、邊坡及崎嶇地形，可搭載不同機具完成噴藥、除草、裝運等功能。這些農機的推出為全球丘陵農業機械化提供了寶貴的經驗和借鑒。

國內丘陵農機現狀與進展

近年來，我國丘陵農機在技術研發和產品創新上取得進展，部分企業和高校推出了適合丘陵作業的微耕機、小型拖拉機、田園管理機等。例如：中聯重科谷王PL70履帶式收割機（圖3a）具有大馬力、高離地間隙（最小離地間隙550 mm），配備加長履帶，以適應復雜地形；重慶鑫源1GZL-130A鑫源獵豹自走式履帶旋耕機（圖3b）機身緊湊，通過性、穩定性、爬坡能力強，適合狹窄及不平坦田地；重慶威馬WMG15履帶旋耕機（圖3c）使用接地壓力小的高花紋三角履帶，可以單邊制動實現原地掉頭，適用于狹窄和不平坦田地；濰柴雷沃M1002-3C拖拉機（圖3d）一體式的三角履帶和高離地間隙有助于減少在丘陵復雜地形翻車的風險，其最新推出的F3000拖拉機轉彎半徑小，憑借折腰+扭腰結構及其自適應調控技術可以適應25°坡度地形；東方紅MH804M丘陵山地拖拉機（圖3e）低矮的設計、強勁的動力系統，使其適合狹窄空間和斜坡作業；江蘇沃得4CLY-100油茶果采收機（圖3f）低重心、盤式制動和高可見性的特點，確保陡坡穩定性和安全性。

這些農機體積小、重量輕、操作靈活，能夠在丘陵小塊農田中進行耕作、播種和施肥。與國外產品相比，我國丘陵農機在價格上具有一定的優勢，更適合國內丘陵地區農民的經濟承受能力。然而，在技術性能和智能化程度上，與國外先進水平仍存在差距。

智能技術賦能丘陵農機智能化應用

隨著科技的快速發展，丘陵農業正經歷一場由智能技術驅動的轉型。這些技術有效應對了丘陵地區農業面臨的多重挑戰，包括地形復雜性、農機設備不足、性能限制、種植結構多樣化，以及農機與農藝的不協調。本節概述智能導航、感知算法和農業信息模型（AIM）等關鍵智能化技術的最新進展，并探討智能化技術在丘陵農業中的應用前景與發展趨勢。

關鍵智能化技術進展

智能導航。智能導航技術對于丘陵地區農業機械化作業至關重要。傳統GPS導航系統在復雜地形中難以提供精確定位，而現代智能導航系統通過融合激光雷達、視覺傳感器和IMU等多傳感器數據，實現了高精度動態導航。例如，基于SLAM算法的導航系統能夠在無GPS信號的環境中，依靠地形和環境狀態進行自主定位與路徑規劃。苗帶導航技術利用機器視覺、激光雷達和深度學習算法精準識別作物行間帶，實時調整作業策略，確保農機沿苗帶精確行駛，避免作物損害。這些技術的融合不僅提升了農機在丘陵地區的作業效能，而且為農業智能化、自動化發展奠定了技術基礎。

感知算法。丘陵地區農業生產的復雜性主要源于作物種類的多樣性和農藝要求的差異。深度學習和計算機視覺技術的快速發展推動了作物識別算法的進步。這些算法通過圖像識別與分析，可實時判斷作物的生長階段、病蟲害狀況及生長環境，為農機作業提供精準指導。例如，基于YOLO架構的交叉尺度和照明不變檢測模型（CSIM）解決了農業田地因大尺度變形和光照變化導致的魯棒性問題，實現了檢測速度與精度的平衡，滿足復雜農田環境的需求。此外，機器視覺與深度學習算法的融合顯著提升了農機的識別精度，通過海量圖像數據的訓練，農機可快速區分不同作物和雜草的葉片形狀與顏色，為精準施肥和除草提供科學依據。

農業信息模型（AIM）。農業信息模型（AIM）的概念與方法源于歐盟H2020 DEMETER項目，其核心在于整合農事生產數據與公開數據（如氣象、遙感、土壤數據等），以最大化發揮知識價值并轉化為有效決策。然而，農業領域信息模型的發展相對工業界較為滯后。建筑信息模型（BIM）在建筑等行業中已展現出模擬預測和優化生產流程的作用，英國索爾福德大學和葡萄牙IN+技術與政策研究創新中心嘗試將BIM技術引入農業，開展基于仿真的決策工作流，應用于城市一體化農業。此外，韓國江源大學和荷蘭瓦赫寧根大學等機構引入數字孿生技術，研究農業場景的三維建模和物理虛擬空間的數據交互，為智慧農業提供高效管理與規劃手段。AIM整合了農事生產數據與公開數據，如氣象、遙感、土壤數據等，以最大化發揮知識價值并轉化為有效決策。AIM作為一種集成化的智能系統，通過融合環境感知、數據分析和決策支持等技術，為丘陵農業提供了精準作業的解決方案。AIM的核心功能包括環境感知模塊、數據分析引擎和決策支持系統，能夠實時收集農田環境數據，處理數據，識別模式和趨勢，并為農機作業提供優化的決策支持。隨著人工智能技術的不斷進步，AIM在丘陵地區農業中的應用將越來越廣泛，尤其在無人機與機器人輔助農業、可視化平臺構建和智能化農業管理等領域。

智能化技術在丘陵農業中的應用前景與發展趨勢

在農業現代化和鄉村振興的進程中，智能化新技術扮演著至關重要的角色。這些技術，如人形機器人和具身智能技術，為丘陵農業的現代化提供了切實可行的解決方案。它們不僅能夠適應丘陵地區的復雜地形，還能執行多樣化的農事任務，從而顯著提高農業生產的靈活性和效率。例如，Q系列人形機器人系統突破了仿生高動態、多地形適應、一體化關節、高爆發運動等核心技術，在黑燈工廠、家庭服務等領域實現應用。此外，具身智能技術通過自主研發的千億參數全模態大模型“紫東太初”，實現了快速定制化設計和制作各種機器人軟硬件系統，這不僅推動了農業、工業、水利等實體經濟領域的發展，也為丘陵農業的智能化提供了強有力的技術支持。同時，“軟補硬技術”通過提出高維“環境吸引域”方法，利用軟件算法優化硬件性能，為低成本、國產化零部件的機器人在高精度作業中的應用提供了關鍵技術支持，該技術已在我國多領域實現推廣，并榮獲國家自然科學獎二等獎。

這些技術的不斷發展與應用，將推動丘陵農機智能化的進一步發展。隨著數據驅動技術、模型算法和計算能力的提升，丘陵農機智能化將在無人機與機器人輔助農業、可視化平臺構建和智能化農業管理等領域發揮更加多元化的作用，進一步提升農業產出效率和生態可持續性，為全球農業數字化發展提供寶貴的經驗和借鑒。智能化技術的應用將使丘陵農機能夠實現更高效、更精準的生產，從而推動農業現代化和鄉村振興的進程。在全球氣候變化的背景下，這些技術還能幫助農業系統更好地適應環境變化，為制定應對策略提供科學依據，助力農業抵御氣候變化挑戰。通過這些技術的進步和應用，丘陵農業將能夠實現更高效、更精準的生產，為農業可持續發展提供強有力的支持。

未來，丘陵農機智能化的發展將聚焦于提升農機的高效化和低成本。通過算法優化、系統適應性提升以及多機空地協同作業等技術，智能化技術正推動農機在體積、功能與智能化水平上的全面優化。這些技術的應用，特別是集成先進的傳感器、控制器和人工智能算法，使得小型農機能夠實現精準作業，減少能源消耗和維護成本，從而提高資源利用效率。例如，智能傳感器能夠實時監測土壤和作物狀態，指導農機進行精準施肥和灌溉，而基于AI的故障診斷系統則能提前預測設備故障，降低維修成本。這些智能化改進不僅提升了農機的性能，還使其更加經濟實惠，適合丘陵地區的小規模農場和農戶使用。

未來建議

建議從3個方面入手，推動丘陵智慧農機的智能化發展。

實施農田宜機化改造并融合智能化技術。通過土地平整和坡改梯等措施提升農機作業條件；同時，研發人工智能和具身智能技術以適應復雜農業環境，實現精準作業和資源優化。

研發推廣小型智能化農機。集成先進傳感器和AI算法，降低能源消耗和維護成本，并通過AI故障診斷系統提高農機的經濟性和適用性，滿足小規模農場和農戶的需求。

加強人才培養和應用驅動的高技術研發。通過教育與培訓培養專業人才，同時以應用為目標，形成可復制、可推廣的智能化解決方案，支撐丘陵地區農業現代化和鄉村振興。

（作者：喬紅、呂彥鋒、鄭恩昊，中國科學院自動化研究所；編審：楊柳春；《中國科學院院刊》供稿）