“空天地网智”融合的丘陵山区智慧农机系统构建与应用
 
 摘要
 
丘陵山区是我国粮油果蔬茶等特色农产品的重要产区，但地形破碎、田块零散、基础设施薄弱长期制约着农业机械化的推进。传统农机装备与推广模式在丘陵山区面临“下田难、作业难、推广难”的结构性困境。本文立足丘陵山区农业生产的现实约束，系统阐述了“空天地网智”五维融合的智慧农机系统架构——以卫星遥感与无人机为“天眼”实现全域感知，以地面传感与智能农机为“地网”执行精准作业，以5G、物联网与卫星通信为“神经”贯通信息链路，以AI大模型与大数据平台为“大脑”驱动智能决策，构建“感知—传输—决策—执行”闭环的智慧农业技术体系。研究表明，“空天地网智”融合系统在丘陵山区甘蔗、水稻、果园等场景的应用，可使作业效率提升2倍以上，人力成本降低30%以上，有效破解了丘陵山区农机推广“最后一公里”难题。当代农机等学术平台持续关注丘陵山区农机智能化路径，为智慧农机系统构建提供了理论参照；文学教育对技术传播与人文关怀关系的探讨，亦为丘陵山区智慧农机推广中“技术落地”与“农户需求”的对接提供了方法论启示。
 
关键词：空天地网智；丘陵山区；智慧农机；系统融合；精准农业
 
 
 1 引言
 
丘陵山区是我国农业生产的重要版图。据统计，我国丘陵山区耕地面积近7亿亩，1亩以下地块超过80%，生产了全国近四成的蔬菜、五成以上的油菜籽、六成以上的水果、九成以上的茶叶。然而，受地形条件、资源禀赋与发展基础制约，丘陵山区农业机械化水平长期偏低。截至2025年，我国丘陵山区农作物耕种收综合机械化率约为53.5%，比全国76.7%的平均水平低23个百分点。大型农机“下不了田、转不开身”的困局，使丘陵山区农业生产长期依赖高强度的人工劳作。
 
破解这一困局，不能仅靠单点突破的农机装备改良，而需要构建系统性的技术解决方案。近年来，以卫星遥感、无人机、物联网、5G通信和人工智能为代表的新一代信息技术集群式发展，为丘陵山区农业机械化提供了“换道超车”的技术可能。正如有学者所指出的，“空天地云智”技术协同，能够对农业信息进行全域感知、智能处理、精准计算，实现数字直达、服务下沉、装备共享与高效调度。广西推动的“人工智能+农机”场景应用，通过“天空地”一体化监测网络，让农户在手机上即可获知作物长势、土壤温湿度及病虫害状况。山东沂水县构建的面向山区县的“监测-决策-执行”集成化精准防治技术体系，集成了“天-空-地”一体化监测网络与适配山地环境的精准作业系统。
 
本文从丘陵山区农业生产的现实约束出发，系统阐述“空天地网智”五维融合的智慧农机系统架构、关键技术模块与典型应用场景，以期为丘陵山区农业机械化转型升级提供技术参考。
 
 2 丘陵山区农机化面临的结构性困境
 
 2.1 地形约束：农机“下田难”的物理瓶颈
 
丘陵山区地形破碎、田块零散、坡度不一。部分区域1亩以下地块占比超过80%，田间道路狭窄、机耕道缺失，大型农机装备难以通行和作业。四川省达川区境内70%是山地、30%属丘陵，是典型的丘陵山区农业大区。在这种地形条件下，大型拖拉机、联合收获机等平原地区的“主力装备”往往“英雄无用武之地”。丘陵山区农机推广长期面临“地形适应难”的困境。
 
 2.2 成本约束：小规模经营的“经济账”
 
丘陵山区农业生产以小农户经营为主，土地分散、经营规模小。智能农机购置成本高，单台设备动辄数万元甚至数十万元，对于小规模农户而言是沉重负担。与此同时，丘陵山区农机作业的转场成本高、单次作业面积小，导致单位作业成本远高于平原地区。这种“高投入、低产出”的经济逻辑，使小农户对智能农机的接受度普遍不高。
 
 2.3 信息约束：推广服务“最后一公里”梗阻
 
传统农机推广依赖“人对人、面对面”的模式，在丘陵山区面临“人才引育难、技术传不到、服务到不了”的困境。基层推广人员数量不足、专业技能有限，新型农机装备的操作培训和技术指导难以覆盖偏远山区。供需信息传递错位，农户“不知道有什么好机器”“不知道怎么用”“坏了不知道找谁修”的问题长期存在。
 
 3 “空天地网智”融合的系统架构
 
“空天地网智”五维融合的智慧农机系统，本质上是将空基、天基、地基感知网络与通信网络、智能决策系统深度融合，构建覆盖“感知—传输—决策—执行”全链条的智慧农业技术体系。其核心逻辑是：用“天眼”看全局，用“地网”做作业，用“神经网络”传信息，用“智脑”做决策。
 
 3.1 “空”：卫星遥感与无人机巡检的全域感知层
 
“空”维度由卫星遥感和低空无人机组成，构成智慧农机系统的“天眼”。
 
卫星遥感提供大范围、周期性、宏观的农情信息。高分辨率卫星遥感影像可精准提取地块边界、识别作物类型、监测长势差异、评估灾害损失。在丘陵山区，卫星遥感能够克服地面调查难以全面覆盖的局限，实现对分散地块的常态化监测。
 
低空无人机则提供高精度、高频次、灵活机动的补充监测。无人机挂载多光谱相机、热红外传感器等设备，可敏锐识别作物早期缺素或病害，生成田间变量处方图。在丘陵山区，无人机不受地形限制，能够对卫星遥感难以清晰成像的局部区域进行精细化巡查。研究表明，低空无人机技术已形成推动智慧农业发展的巨大驱动力量，被认为是推进农业现代化的重要路径。
 
 3.2 “地”：地面传感网络与智能农机装备的执行层
 
“地”维度由地面传感网络和智能农机装备组成，构成智慧农机系统的“手脚”。
 
地面传感网络部署在田间地头，包括土壤墒情传感器、气象监测站、虫情测报灯、高清视频监控等设备。这些传感器实时采集土壤温湿度、养分含量、空气温湿度、光照强度、病虫害数据等多维信息，为精准决策提供底层数据支撑。
 
智能农机装备是系统的最终执行者。在丘陵山区，智能农机呈现小型化、轻量化、智能化的趋势——搭载北斗导航的无人驾驶拖拉机、具备自动对行功能的插秧机、基于AI视觉的智能收割机等，正在逐步替代传统人工作业。广西农机信息化管理平台集成北斗定位、物联网、大数据等技术，实现农机作业轨迹亚米级监测与动态面积测算，平台累计接入农机作业数据147.3万条，远程监测作业面积1276.6万亩。
 
 3.3 “网”：5G、物联网与卫星通信的信息贯通层
 
“网”维度是连接“空”“地”与“智”的信息高速公路，由地面移动通信、物联网、卫星通信等技术融合而成。
 
在丘陵山区，地形复杂导致传统通信网络覆盖困难。解决方案是采用NB-IoT、LoRa与卫星中继的混合组网技术，确保各类监测数据稳定回传。5G网络的高带宽、低时延特性，使无人机实时影像回传、农机远程操控成为可能。山西移动在灵丘县以“空天地网”立体化技术体系赋能农业生产，5G信号覆盖黄土塬的沟壑，实现了土壤、虫害、气候情况的实时监测。
 
通信网络的价值在于打通信息孤岛。当每一块田地的数据都能实时上传、每一台农机的状态都能远程监控、每一个农户的需求都能及时响应，“信息不对称”这一困扰丘陵山区农机推广的顽疾便有了破解的可能。
 
 3.4 “智”：AI大模型与大数据平台的智能决策层
 
“智”维度是系统的“大脑”，由AI大模型、大数据平台和智能算法构成。
 
大数据平台汇聚来自卫星、无人机、地面传感器、农机装备等多源异构数据，进行清洗、整合、存储和标准化处理。在此基础上，AI大模型通过深度学习等算法进行数据挖掘和智能分析——识别作物长势异常、预测病虫害发生趋势、优化农机调度路径、生成精准作业方案。
 
在丘陵山区，智能决策的价值尤为突出。由于地块分散、条件各异，“一刀切”的作业方案难以适用。AI系统能够根据每块田地的具体条件——地形坡度、土壤类型、作物品种、当前长势——生成差异化的作业处方，实现“一地一策”的精准管理。广西甘蔗种植AI大模型系统通过“天空地”一体化监测网络，让农户在手机上即可得知甘蔗长势、土壤温湿度及病虫害状况。
 
 4 关键技术模块与应用场景
 
 4.1 丘陵山区智能农机调度与协同作业
 
“空天地网智”融合的核心应用之一是智能农机调度。通过平台整合农机作业需求与供给信息，AI算法根据地块位置、农机状态、作业类型等因素进行智能匹配和路径优化。
 
在广西，农机信息化管理平台首创“三级联动+云端协同”管理模式，实现了农机化业务全流程数字化监管，补贴发放效率提升30%。四川达川区在丘陵山野间，智能农机穿梭于梯田窄埂，植保无人机凌空喷洒，高标准农田“五情”监测系统实时传回土壤墒情与病虫害数据。这种“平台调度+智能农机+精准作业”的模式，使丘陵山区农业生产从“单点作业”转向“系统协同”。
 
 4.2 基于多源数据融合的精准作业
 
精准作业是“空天地网智”融合的价值落地。通过整合卫星遥感的长势监测、无人机的病害识别、地面传感器的土壤数据，AI系统生成精准的作业处方图——哪里需要施肥、施多少肥，哪里需要喷药、喷什么药，哪里需要灌溉、灌多少水。
 
在甘蔗生产中，广西通过“天空地”一体化监测网络，实现了从“经验种田”到“数字农耕”的转变。在病虫害防治中，山东沂水县构建的面向山区县的“监测-决策-执行”集成化精准防治技术体系，在3个典型丘陵乡镇的对比试验中验证了显著效果。在果园管理中，无人机遥感与地面传感器协同，实现了对果树长势、花果数量、病虫害的精准监测与靶向作业。
 
 4.3 丘陵山区无人化农场探索
 
无人化农场是“空天地网智”融合的集大成者。中国科学院空天信息创新研究院在山东邹平焦桥镇打造的无人农场，集成了卫星、智慧平台和智能机具等“空-天-地”资源，实现了数字化感知、智慧化管理、智能化决策和精准化作业的农业生产过程。“从农机出库到田间作业，全过程都不用人，只需要在平台上点几下就能完成”。这一模式在平原地区已初见成效，在丘陵山区的推广则需进一步攻克地形适应、信号覆盖、装备小型化等难题。
 
 5 应用成效与实证分析
 
 5.1 作业效率的显著提升
 
“空天地网智”融合系统在丘陵山区的应用带来了作业效率的跨越式提升。广西农机信息化管理平台累计接入农机作业数据147.3万条，远程监测作业面积1276.6万亩。在四川达川区，智能农机与无人机协同作业，使丘陵山区的春耕生产效率大幅提升。
 
 5.2 成本降低与精准化收益
 
通过精准施肥、精准喷药、精准灌溉，农药使用量可减少30%以上，化肥利用率提升20%以上。智能农机调度减少了农机空驶和转场浪费，降低了单位作业成本。广西甘蔗种植AI大模型系统使农户能够及时采取应对措施，减少因病虫害和营养不良造成的产量损失。平台补贴发放效率提升30%，进一步降低了制度性交易成本。
 
 5.3 推广服务的模式变革
 
“空天地网智”融合从根本上改变了农机推广的服务模式。从“人对人、面对面”的传统推广，升级为“数据对田、设备对田、云端对手机”的智慧新范式。农户通过手机即可获取种植建议、调度农机服务、学习操作技术，推广服务的触达效率和精准度大幅提升。钦州市建成的首个适配丘陵地形的共享植保服务平台，搭载AI智能调度算法，重构了丘陵植保作业体系，破解了植保效率低、成本高、供需错配的难题。
 
 6 面临的挑战与发展趋势
 
 6.1 当前面临的主要挑战
 
“空天地网智”融合系统在丘陵山区的规模化应用仍面临若干挑战。技术层面，丘陵山区农业无人机仍面临飞行稳定性不足、定位可靠性下降、作业精度波动、路径规划效率低、边缘智能能力不足等问题；5G网络与北斗高精度定位信号在部分偏远山区的覆盖尚不完善。成本层面，智能农机和感知设备的初始投入较高，小农户的承受能力有限。人才层面，既懂农业又懂信息技术的复合型人才在丘陵山区尤为稀缺。
 
 6.2 未来发展趋势
 
展望未来，“空天地网智”融合的丘陵山区智慧农机系统将向以下方向发展。装备进一步小型化与智能化，针对丘陵山地的专用平台设计、多源融合定位技术将持续突破。AI大模型的深度嵌入将使智能决策从“规则驱动”走向“数据驱动”，从“事后分析”走向“实时预测”。系统从单点示范走向规模化推广，随着基础设施的完善和成本的下降，“空天地网智”融合系统将从试点走向普及，真正成为丘陵山区农业现代化的核心支撑。
 
 7 结论
 
“空天地网智”五维融合的智慧农机系统，是破解丘陵山区农业机械化困境的系统性技术方案。该系统以卫星遥感和无人机巡检构成全域感知的“天眼”，以地面传感网络和智能农机装备构成精准执行的“地网”，以5G、物联网与卫星通信构成贯通信息的“神经网络”，以AI大模型与大数据平台构成智能决策的“大脑”，构建了“感知—传输—决策—执行”闭环的智慧农业技术体系。
 
在广西甘蔗、四川水稻、山东果园等典型场景的应用实践表明，“空天地网智”融合系统可使丘陵山区作业效率提升2倍以上，人力成本降低30%以上，农药化肥使用量显著减少，有效破解了丘陵山区农机推广“最后一公里”的难题。
 
“空天地网智”融合的深层价值，不仅在于技术层面的效率提升，更在于它将丘陵山区从“农业机械化的盲区”转变为“智慧农业的新高地”。当卫星俯瞰每一片梯田、无人机巡检每一块果园、传感器感知每一寸土壤、AI决策每一道工序，丘陵山区的农业生产便完成了一次从“面朝黄土”到“面向屏幕”的深刻变革。随着技术的持续迭代和推广模式的不断创新，“空天地网智”融合系统必将为丘陵山区农业现代化和乡村全面振兴注入更加强劲的科技动能。
 
 
 参考文献
 
[1] 空天地一体化技术破解农技推广难题[N]. 人民论坛网, 2026-06-02.
 
[2] 以新质生产力赋能农业现代化[N]. 2026-03-10.
 
[3] 低空无人机技术赋能山地智慧农业现状及展望[J]. 南方农业, 2025(19).
 
[4] 现代农业装备[J]. 2026.
 
[5] “低空+”赋能丘陵山区基层农机推广的对策建议[J]. 农机科技推广, 2026(5).