农业自动驾驶系统行业发展情况和技术特点
思瀚产业研究院 联适技术    2023-09-13

1、行业发展背景

农业作为国民经济发展的重要组成部分，随着时代发展不断与时俱进。其中，城镇化率不断上升导致我国农业劳动人口不断下降，单位农作物用工成本不断上升，加剧了农业劳动力短缺的程度，从而推动了农机的机械化和智能化的发展。此外，随着我国土地集约化程度不断提高，农业生产呈现规模化发展，对农业机械化和智能化提出了更高的要求，同时直接促进对行业产品需求的增长。

我国是人口大国，中长期粮食供求将维持紧平衡态势。受人口、耕地、水资源、气候、能源、国际市场等多种因素变化影响，我国农产品需求将长期面临严峻挑战。“十四五”规划也将增强粮食综合生产能力作为约束性指标纳入其中，是我国首次把实施粮食安全战略纳入五年规划。推进农业现代化是高质量发展的必然要求，借助机械化和智能化提高农业现代化水平，进而保障粮食安全、提高粮食产量也将成为必然趋势。

（1）城镇化和老龄化导致农村劳动力短缺，农业科技要解决“谁来种地”的问题

随着工业化和城镇化的快速推进，大量农村劳动力流向城市和城镇，导致务农人口占总人口比重降低，务农工作缺乏吸引力。同时，人口老龄化程度加深，65 岁及以上人口占比呈增加趋势，进一步影响了务农人口数量。面对我国农业劳动力缺口逐渐加剧的现状，农业生产利用机器以及智能装备减轻劳动强度、降低生产成本、提升作业效率和作业质量的需求日趋强烈。

2010 年至 2022 年，中国的城镇化率从 49.95%上升至 65.22%，同时 65 岁及以上人口的占比从 8.90%上升至 14.90%，在城镇化和人口老龄化的双重作用影响下，农业就业人口呈下降趋势。

（2）土地集约化发展，高标准农田建设和我国农业机械化率逐年上升，奠定农业科技发展基础

智慧农业大规模应用需要农业提高集约化和标准化，农业机械和农机装备智能化产品是提高农业生产效率、实现资源有效利用、推动农业可持续发展不可或缺的装备，对保障国家粮食安全、促进农业增产增效、改变农民增收方式和推动乡村振兴起着非常重要的作用。随着我国农业生产集中化、规模化的提高，农业机械化率逐年上升，为农业科技奠定基础，未来智能化产品和无人化方案发挥的作用将更为显著。

①土地流转加速，农业集约化发展明显

近年来国家出台了《中华人民共和国农村土地承包经营权流转管理办法》、《中共中央关于推进农村改革发展若干重大问题的决定》等一系列法律法规政策，强调赋予农民更加充分而有保障的土地承包经营权，允许并鼓励土地承包经营权有序流转，家庭经营要向采用先进科技和先进生产手段的方向转变，着力提高集约化水平，允许发展多种形式的适度规模经营。2021 年 3 月新版《农村土地经营权流转管理办法》的出台进一步保障农民权益，规范经营权流转制度，延续土地集约化趋势。

根据农业农村部发布的数据，在土地流转政策的持续实施下，我国土地流转面积从 2012 年的 2.7 亿亩增长到 2021 年超 5.55 亿亩。在土地流转政策持续实施下，农业生产规模化与集中化程度提高。具有大规模生产面积的农业生产经营者倾向于选用自动化机械完成农业作业，提高生产效率，优化农业生产模式。

根据《中国农村政策与改革统计年报》数据，2013 年，中国家庭承包经营耕地流转面积为 3.41 亿亩。随后几年，土地流转发展持续向好，2020 年，中国家庭承包经营耕地流转面积已经达到了 5.32 亿亩。

②国家加速高标准农田建设

高标准农田通过集中连片开展田块整治、土壤改良、配套设施建设等措施,解决了耕地碎片化、质量下降、设施不配套等问题，可以有效促进农业规模化、标准化、专业化经营，带动农业机械化提档升级，为智慧农业奠定基础。

国家高度重视高标准农田建设，党的二十大报告提出，要牢牢守住十八亿亩耕地红线，逐步把永久基本农田全部建成高标准农田。根据农业农村部发布《全国高标准农田建设规划（2021-2030 年）》，全国到 2025 年要累计建成高标准农田 10.75 亿亩、累计改造提升 1.05 亿亩，到 2030 年要累计建成 12 亿亩、累计改造提升 2.8 亿亩，同时将建设任务分解至各省份。

截至 2023 年 3 月底，东北、黄淮海和长江中下游区域已分别累计建成高标准农田超 2 亿亩，西南、西北分别累计建成约 1.5 亿亩。其中，黑龙江、河南、山东、安徽、四川五省累计建成高标准农田面积超过 5,000 万亩。

③我国农业机械化率逐年提高

根据中国农业机械流通协会数据，我国农作物综合机械化率十年来不断增长，全面完成第十三个五年计划提出的 70%目标任务，2021 年达到 72%，年复合增长率为 3.10%，2020 年各主要粮食作物综合机械化率超过 80%。我国已进入了全程、全面机械化加速发展的新阶段，计划到 2025 年农业综合机械化水平超过75%。

（3）高精度卫星定位技术和基础建设日趋完善，促进农业科技快速发展

北斗卫星导航系统是我国战略基础设施的组成部分。根据国务院新闻办公室在《新时代的中国北斗》白皮书新闻发布会上的介绍，自北斗三号开通以来，北斗三号在轨 30 颗卫星运行状态良好，我国已建成北斗地基增强系统全国“一张网”，具备向行业和大众用户提供实时米级、分米级、厘米级和事后毫米级的高精度定位服务能力，为高精度卫星定位的大规模商用奠定了基础。

根据中国卫星导航定位协会发布的《2022 年中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》，2021年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达到4,690亿元，较2020年增长16.29%，包括与卫星导航技术研发和应用直接相关的芯片、器件、算法、软件、导航数据、终端设备、基础设施等在内的产业核心产值为 1,454 亿元，同比增长约 12.28％。

北斗卫星系统在农机智能化上的应用不断深化，从定位系统产品实现农机调度、作业监测系统产品实现农机作业统计的基础产品，发展到农机自动驾驶系统和智能作业控制系统等高阶农机装备智能化产品。北斗系统技术革新与高密度组网以及基础设施的完善，有利于促进了农机装备智能化和农业科技的快速发展。

（4）国家政策大力支持市场推广应用，奠定政策基础

近年来，在农业现代化发展的背景下，中国农机智能化相关利好政策频出。2013 年国家农机购置补贴目录中增加了“精准农业设备”小类，明确基于北斗导航系统的农业用北斗终端进入国家农机购置补贴系统；2015 年农业部发布《2015-2017 年农机购置补贴指南》，正式将北斗终端应用列入国家农机购置补贴目录；2021 年农业部、财政部印发《关于做好 2021 年农业生产发展等项目实施工作的通知》，明确提出“加大对高端、复式、智能农机产品补贴力度，推广应用北斗导航智能终端”；

近年来，《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》、2023 年中央一号文件等国家层面规划性文件，纷纷强调要实施高标准农田建设工程，强化农业科技和装备支撑，建设智慧农业，为农机装备智能化产品和智慧农场的发展提供了有力的支持。在国家政策持续实施下，相关企业积极参与技术研发，不断优化产品性能，为农业生产经营者提供优质的农业生产系统设备。

2、行业发展情况和技术特点

农机装备智能化产品是对农机的智能化改造和提升，使其具有信息感知、自动导航、精准作业和智慧管理的功能，这也是智慧农场等农业科技新业图景能够全面应用的基础。从技术发展阶段看，农机自动驾驶智能化水平可分为四个等级：

第一个等级的核心功能是监测，主要通过传感器监测农机运行情况、关键部件状态和外部环境，辅助用户更好地操控机器；

第二个等级的核心功能是辅助驾驶，实现农机作业路径规划、走直线、转弯等功能以减少人力、提高作业精度，但启停、掉头、油门和挡位控制等工况仍需要用户人工接管；

第三个等级的核心功能是自动驾驶和农艺优化，一方面实现农机自主行走能力，进一步少人化干预，另一方面内置算法根据不同农艺、不同土壤、不同作物等配套设置不同的作业模式，并具有实时测产功能，为下一茬的种植做好定量施肥、种植密度控制的准备；

第四个等级的农机将不再需要驾驶舱，具备自主学习能力，不需要用户过多干预，农机会按照农时自主安排作业日程并自动作业。

目前国内以农机自动驾驶系统和作业控制系统为代表的农机装备智能化产品，着力于解决农机智能化第二个和第三个等级，并在此基础上向着第四个等级迈进。

（1）农机装备智能化产品行业处于快速成长期，国内产业发展迅速

2010 年以前，我国农业生产主要依靠传统农机进行生产，需要驾驶员对农机进行操作并进行生产作业；2010 年黑龙江农垦首次引入第一台农机自动导航驾驶系统，此后一段时期国内市场主要以美国天宝、约翰迪尔等国外品牌为主，售价高昂且以液压式为主，存量农机后装的改造复杂且成本较高，市场未能快速普及。

资料来源：农业部财政部联合印发《2013 年农业机械购置补贴实施指导意见》；中国农业机械工业协会与中国农机化导报刊登《浅谈 GNSS 卫星定位和自动驾驶系统在现代化农机具中的应用》。

农业部、财政部及各地于 2013 年以来陆续发布文件，明确基于北斗导航系统的农业用北斗终端进入农机购置补贴系统，鼓励国内企业自主发展。面对液压式产品的缺陷，以联适技术为代表的国内企业持续投入电动方向盘方案研发，并不断推出更适应本土化的产品。在一系列技术突破和国家农机购置补贴等利好政策的实施下，北斗应用自动驾驶开始逐渐渗透，并逐步完成了进口替代。

随着产业下游农业现代化水平不断提高，使用农机装备智能化产品降本增效的需求不断增强，随着国内企业技术和方案的不断突破，产品性能和适配性大幅提升，随着产业上游不断完善，零部件的专业化、规模化、国产化带动成本下降，市场参与企业越来越丰富，产品进入规模化应用阶段，产品价格进入下行趋势，带动市场规模不断扩大。

根据中国农业机械流通协会发布的报告，根据购机补贴数据整理，国内农机自动驾驶系统销售均价（终端用户的采购均价）由 2013 年的 11.53 万/套下降至 2022 年的 1.91 万/套、近三年复合下降率为 38.68%，与此同时销量由 2013年的 618 台增长至 2022 年的 8.40 万套、近三年复合增长率达 59.18%，农机自动驾驶系统销售数量增速远超销售均价下降幅度，产品价格下降推动市场扩容。

（2）农机装备智能化产品逐步向全国范围铺开，但整体渗透率仍偏低，市场空间较大

随着行业快速发展，农机自动驾驶系统已从东北、西北等先行地区逐渐向全国范围铺开，市场区域越来越丰富。根据中国农业机械流通协会发布的报告，农机自动驾驶系统销售区域从 2013 年的 2 个省市自治区发展到 2022 年的 30 个，应用区域大幅扩容。

虽然近年内农机自动驾驶系统在全国范围内快速发展，但整体渗透率仍相对较低，未来发展空间巨大。根据中国农业机械流通协会发布的报告，据普渡大学统计，2019 年美国农机自动导航驾驶渗透率已经达到 90%，欧盟则计划到 2025年实现 50%的农机装配自动导航驾驶系统。

根据报告，我国 2013 年-2022 年农机自动驾驶系统累计销量不到 20 万套，而我国主要农机（插秧机、大中型拖拉机、联合收割机）截至 2021 年末的保有量达到 912.14 万套，农机自动驾驶系统渗透远远低于欧美国家，市场空间较大。农业农村部印发《“十四五”全国农业机械化发展规划》明确提出，大力推进农用北斗终端产品在农机上的应用，推广应用加装北斗终端的农业机械不少于 50 万套。

随着农机自动驾驶系统渗透率不断提高，市场规模将持续提高。根据中国农业机械流通协会发布的报告，以购置补贴数据统计，预计 2023 年国内农机自动驾驶系统销售数量达到 12.60 万套、同比增长 50%，预计 2024 年、2025 年国内农机自动驾驶系统销售数量分别达到 16.43 万套、19.06 万套。

（3）较低的渗透率及庞大的农机保有量，使得现阶段农机装备智能化产品以存量农机市场成为主要市场

我国现有存量农机数量庞大，根据中国农业机械流通协会发布的《中国农机市场发展报告（2021-2022）》，我国主要农机截至 2021 年末的保有量达到 912.14万台，而 2021 年全年新增销量仅为 50.83 万台。目前农机自动驾驶系统较低的渗透率和存量农机用户对智能化提升的实际需求，决定了未来一定时期内农机自动驾驶系统以存量农机市场为主。根据农业农村部农业机械化总站、国家农业智能装备工程技术研究中心、中国农业机械化协会发布的报告，后装市场占农机自动驾驶系统产品销量的 98%。

未来随着农机整体智能化程度的提升及政策的推动，将带动农机装备智能化产品前装市场的发展。农机生产企业更擅长机械制造，而农机自动驾驶系统的研发需要结合导航定位、算法控制等诸多软件开发能力，积累大量的试验数据形成控制算法，且需要具备快速迭代升级的频率和能力，除了个别行业龙头企业以外，大多数农机主机厂难以具备相关能力，且从成本经济性上看也不划算，因此具备技术优势的农机自动驾驶生产企业，更有利于在前装市场获得优势。

（4）我国农业分布广阔、农田场景复杂多样、农机种类和型号众多，要求农机装备智能化产品具备足够的适配性

我国地域辽阔，经纬度跨度大，不同地区的土壤条件、地形条件、气候条件各不相同，导致我国的农业生产呈现出多样化的特征，如东北黏土地及新疆的规模农业、长江中下游地区的水田农业、宁夏青海地区的干旱农业、西南地区的丘陵山地农业、渤海湾地区的盐碱地农业等。

复杂的地形地貌与气候特征导致农作物的品种多样化，作业方式多样化，且各区域内农田的自然条件也存在较大差异，农机在田间作业时土壤状态的变化和作业负载的变化等外界非线性干扰因素复杂多变，同时不同作物涉及多个作业环节，需要农机智能产品企业前期进行大量的实验验证，积累不同场景下定位跟踪、电液转向、电机转向、速度线控、机具控制等多源异构数据，并根据参数设置决策模型数据库，以根据具体场景实现自适应控制。

此外，农机种类和品牌、型号较多，截至 2020 年全国规模以上农机企业达到 1,615 家，不同农机的机械和电子结构存在差异，农机装备智能化产品企业需要丰富的产品种类进行适配。