AI在泥水里生根发芽:丰疆智能让自动驾驶在田间地头落地

国内的千亿智能农机市场还是一个诺大的蓝海,农业场景复杂,不少新兴技术落地水土不服,看不到所谓性感的模式。 
丰疆智能带着过硬的技术背景切入,同时做农机的智能系统和与其适配的动力系统,成为国内首屈一指的高端农机品牌。它会成为市场的破局者吗?
撰文 | 徐丹

编辑 | 四月

丰疆智能是一家成立两年的初创企业,团队背景十分特殊,创始人吴迪曾任大疆首席科学家,核心成员基本来自华为、中兴、魅族等深圳高科技公司和传统农机企业的青年骨干。 
成立初始便专注智能农机市场,目前已经推出收割机、插秧机、植保机等多款无人驾驶农机系列,集自动驾驶、智能监测等功能于一体。 
借助智能手机、无人机的制造经验,丰疆农机自动驾驶技术纯熟,精度已经可以达到国际领先的±2.5cm水平。 
除智能农机系列,丰疆还有可适配于农机的无人驾驶系统和为自动化程度高的农场定制的数字农业解决方案,为传统农业加上了一个智慧的大脑。 
但智能体系并不是他们唯一做的事情,吴迪表示,他们更像是智能制造企业,深度结合农业场景,做农机智能动力系统设计。
经过两年的技术研发,丰疆智能农机系列已经进入量产阶段,2020年订单过亿。
在技术荒芜的农业市场,丰疆做出了中国高端的自主农机品牌,开辟出了一条可行的农业智能化道路。 

 一  高精尖团队入局农机市场 
在创立丰疆智能之前,吴迪是大疆首席科学家并曾兼任瑞典哈苏公司CEO。翻开吴迪的履历,会发现一个比较明显的标签——「海龟高精尖」。 
吴迪早年留学瑞典,获得瑞典林雪平大学专用处理器设计专业博士学位,毕业后工作在爱立信,离开爱立信后,加入瑞典处理器初创公司Coresonic任副总裁,该公司被台湾手机芯片龙头企业联发科收购后回国加入国内手机芯片龙头企业展讯通信担任系统总监,在展讯被清华紫光收购后回高校任教,后到大疆担任首席科学家。 
20多年间吴迪的工作领域从智能手机到教授再到无人机,但一直专注在移动通信、机器视觉、导航等技术。 很难想象拥有这样履历的人会去做农业创业。
丰疆的成立来自于吴迪自身的执着。父母作为知青下放到郊县,吴迪是典型的「小镇青年」,打小熟悉农业。
想要从事农业这个念头自从在欧洲见识到国外农业机械化水平之高后就开始萌芽。瑞典农场几乎看不见人,全部机器作业,农民生活水平高,「这才是农村应该有的样子。」反观国内,新兴技术的福利惠及到了生活的各个方面,但始终没有下沉至至农业市场,中国大部分农民还停留在面朝黄土背朝天的传统手工作业阶段。 
在做了多年的手机、无人机后,吴迪开始觉得,自己的工作少了那么一点价值感,手机人人都有,成就感并不大,但「农业却可以改变许多人的生活。」 
在大疆工作一段时间后,吴迪出走开始了创业生涯。将智能手机技术与传统农机融合做智能农机。 
从实际市场情况看,手机和无人机发展到了一定阶段,已经可以看见天花板,但农业还是一个非常广阔的新兴市场。用吴迪的话来说,危机和商机并存。 
一方面,现在中国农村人口老龄化严重,青壮年劳动力越来越短缺,年轻人宁愿承担高昂生活成本、去一线城市送外卖,也不愿意在农村从事生产作业。在这种情况下,只有数字化和智能化的工作才能吸引有文化的年轻人到农村去。 
另一方面,国家的补贴力度和供给的短缺正在助力智能农机这一品类的爆发。市场数据显示,2018年中国农机总产值已经有5290亿,2025年这一数字可能会突破8000亿。并且在政策的支持下,智能农机价格基本与传统农机持平,这一品类还会迎来一个大爆发,预计从2018年的106亿元增长至2025年的2400亿元,年复合增长率达56%。 
丰疆智能创立于2017年底,创始人吴迪兼任CEO,除了吴迪,团队许多成员也都来自于华为、中兴、魅族等深圳高科技公司和传统农机企业的青年骨干,一支技术背景强劲的队伍就这么闯入了农机市场。 

 二  农机自动驾驶精度误差±2.5cm,来自高科技的「降维打击」 
北大荒的一片秧田里,一台无人驾驶插秧机正在不知疲倦的工作。它熟练的在田间直线行进,快到田埂时自动转弯和掉头,插秧机上只有一个农民把一排排秧苗放到底盘上。插秧机前进的同时,身后留下一根根插好的,齐整、笔直的秧苗。
丰疆无人插秧机在黑龙江农场耕作
这是丰疆的一款代表产品——无人驾驶插秧机。 
在无人驾驶自动插秧机出现之前,插秧经历了人工手动插秧、手扶插秧机和高速无人插秧机三个阶段。高速插秧机目前应用最普遍,农民操作相对轻松,无需弯腰或在田间行走,但也有许多问题。 
首先一次需要三个人同时在插秧机上,其中要有一个驾驶技能高的机手。插秧机轮胎打滑到水田里是正常现象,需要机手有很强的控制力,及时纠正方向。 
所以传统插秧机所需人力成本依然很高,去年一个纯熟机手一天的成本是500元/天而且包吃包住,今年由于疫情,某些地方机手的价格已经涨到700-800元/天,一个作业季下来,每个机手的成本至少是小1万块。 
另外,在泥泞的殃地里,人工驾驶机器不可避免的会出现驾驶路线不精准的问题,行走弯弯曲曲,导致秧田可插秧苗数量减少,而这会直接影响到农业收成。据央视《机智过人》节目,每少插一行苗秧田就会减产50斤的粮食收成。
 无人驾驶计算机在很大程度上可以避免这种损失。丰疆的产品使用北斗卫星导航系统,利用实时动态定位技术RTK技术自动规划路线,并自建基站联网解决网络问题。
无人农机操作步骤也十分简单。首先对接基站,人工驾驶机器到农田定点,将农田数据导入电脑,随后按照提示将插秧机进行位置打点,保存路径,再点击执行机器便可以开始作业。一台插秧机一天轻松便可保证高质量完成50亩作业。 
执行过程中,智能插秧机装有惯性导航机制,能够判断车辆是否发生急剧的歪斜,如果位置偏离规划路径,车辆动力学的模型会生成一定的控制量控制方向盘角度,再实时的监测位置,确保插秧机回到规划路径上。 
并且,自动驾驶系统采用了非接触式角度传感器和自研高精度姿态传感器,甚至在坡地、信号中断情况下依旧保持高精度作业。 
丰疆无人插秧机在东北农田进行耕作
做无人驾驶插秧机技术对于这群出身于高科技智能硬件公司的技术人员并非难事,其中涉及到的卫星定位、机器视觉、移动通信、角度传感等技术在智能手机中已经司空见惯,落地到农业中更是「降维打击」。实际效果看,丰疆无人插秧机定位精度能够实现±2.5厘米,在国内首屈一指。 
在价格上,智能农机对优势也比较明显。据北大荒农垦集团王凤龙对《焦点访谈》的表述,传统插秧机售价13万,无人驾驶插秧机售价16万,但国家补贴5万8千多,农场每台补贴2万元,厂家和经销商每台让利1万元,到种植户手中每台7万3千多元,甚至比传统插秧机更有价格优势。在补贴力度不算大的地区,智能农机价格也只比传统农机贵2万左右。 
除插秧机,丰疆智能农机系列产品还包括无人驾驶收割机、无人植保机和疆驭无人驾驶系统。 
截止去年丰疆产品还处于研发和小规模量产阶段,2020年预计大规模量产,已获得数亿元销售订单,落地于黑龙江、吉林、辽宁、新疆、江苏、湖南、湖北等地区。 

 三  深度结合农业,做「大脑」,更做「心脏」 
科技公司落地农业的核心竞争力究竟在哪? 
自动驾驶技术与农业相结合并不是新鲜的逻辑,华测导航、博创联动等企业都在用自动驾驶改造农机,极飞也瞄准了自动驾驶植保这个市场。这样的商业模式容易看见天花板,无非是考验自动驾驶的精度,最后容易落入价格战的窠臼。 
丰疆的特别之处在于,他们并没有止步于AI,除了智能系统这个「大脑」,还涉及到适配于智能系统的动力系统设计,即农机的「心脏」。甚至在吴迪看来,相比于AI算法企业,他们更像一个智能产品企业。 
中国地域辽阔,地方农业特色不同,需要的农机产品也不同,产品设计复杂、个性化强、成本高,且需要企业对农田作业场景有足够的了解。这是农业市场的难点,也是最大的竞争壁垒。 
比如,吴迪发现国内的水田缺少轻便、便宜的三纲柴油发动机,从日本进口的发动机维修成本高不方便,国内企业做出的性能和可靠性欠佳。丰疆便自主研发了电控高压共轨三缸柴油发动机,明显优于友商同类产品。 
智能插秧机的设计看重细节,丰疆自主研发了插植部设计,具备了钵苗毯苗一体机功能,一台机器既能插钵体毯苗,又能插常规毯苗。
另外,插秧机工作效率和秧苗质量息息相关,为此,丰疆还与中国农业大学联合研发的大钵体毯苗育秧的技术,自主研发的大钵苗秧盘,纵向横向成穴明显,根系发达,分蘖旺盛,成熟度高,颗粒饱满,秧龄大。
与常规钵育苗、毯苗相比每亩可增产10%-18%,特别适合北方寒冷区域。 
设计成功后还有测试环节,每一款农机都要事先经过许多次的作业实验才能进入市场,耗时且辛苦。当回忆起创业过程中艰难的事,吴迪总会提起,「在下着大雨的南方农田里测试机器。」 
丰疆团队近500人,大部分都是研发人员。从2017年末到今年刚开始量产,近两年的时间都在研发、测试机器。 
另外,交付产品就不可避免的涉及到售后服务。目前农机销售主要是经销商模式,由于智能农机是新兴事务,起初无法完全依赖经销商包揽服务,需要厂家配合。 
农业售后服务也并不轻松,作业季需要「抢农时」,一旦机器损坏没有及时维修,就会耽误一个季节的收成。 
丰疆有一个专门负责售后服务的小程序「丰疆快修」,只要按照标准保修流程报单的用户,都能享受半小时响应、八小时修复不了更换备用机的服务保障。 
维修人员在工作
为了及时服务,丰疆在农忙季各个地点都有驻扎维修人员,东北有携带完备配件的流动部品车支援季前保养,农机只要损坏,哪怕是半夜维修人员都会立刻出发。 
「对农业怀有敬畏之心。」也是丰疆智能最独特的地方,也唯有如此才能在农业这个特殊行业里长久的存活下去。 

 四  尾 声 
国内智能农机市场目前发展还非常不成熟。 
丰疆刚成立那年,吴迪去参加农机展会,展会上充斥着各种杂牌仿制农机。听见一位国外顶级农机企业的高管,「中国的农机行业只会模仿抄袭。」 
「总要有人出来改变这个现状。」吴迪说。 
丰疆智能可以说是国内智能农机的领跑者。除丰疆之外,传统农机企业和一些AI企业也都会做智能农机,但前者缺乏技术,而大多数AI公司都还没有找到技术与农业相适配的路径。 
所谓AI+农业,越往下走,越会发现其实解决问题的并不是AI,最终还是要落地到产品上,进而落地到农业作业场景中。 
不过,如果长期深耕农机行业就会形成「智能农机提升产量-农民增收-购买力提高-智能农机需求增大」这样良性的产业闭环。 
「啃难啃的骨头,扎根农业,一个脚印一个脚印的走下去。」 
今年5月,丰疆智能拿到了新一轮上亿元融资,投资方为大湾区共同家园投资有限公司。谈到未来规划,吴迪说,「现阶段并没有特别多的想法,就是把产品做好。」
产业AI智慧农业自动驾驶技术
2
相关数据
华为机构

华为创立于1987年,是全球领先的ICT(信息与通信)基础设施和智能终端提供商,致力于把数字世界带入每个人、每个家庭、每个组织,构建万物互联的智能世界。目前华为有19.4万员工,业务遍及170多个国家和地区,服务30多亿人口。

https://www.huawei.com/cn/
自动驾驶技术技术

从 20 世纪 80 年代首次成功演示以来(Dickmanns & Mysliwetz (1992); Dickmanns & Graefe (1988); Thorpe et al. (1988)),自动驾驶汽车领域已经取得了巨大进展。尽管有了这些进展,但在任意复杂环境中实现完全自动驾驶导航仍被认为还需要数十年的发展。原因有两个:首先,在复杂的动态环境中运行的自动驾驶系统需要人工智能归纳不可预测的情境,从而进行实时推论。第二,信息性决策需要准确的感知,目前大部分已有的计算机视觉系统有一定的错误率,这是自动驾驶导航所无法接受的。

规划技术

人工智能领域的「规划」通常是指智能体执行的任务/动作的自动规划和调度,其目的是进行资源的优化。常见的规划方法包括经典规划(Classical Planning)、分层任务网络(HTN)和 logistics 规划。

逻辑技术

人工智能领域用逻辑来理解智能推理问题;它可以提供用于分析编程语言的技术,也可用作分析、表征知识或编程的工具。目前人们常用的逻辑分支有命题逻辑(Propositional Logic )以及一阶逻辑(FOL)等谓词逻辑。

动力系统技术

动态系统(dynamical system)是数学上的一个概念。动态系统是一种固定的规则,它描述一个给定空间(如某个物理系统的状态空间)中所有点随时间的变化情况。例如描述钟摆晃动、管道中水的流动,或者湖中每年春季鱼类的数量,凡此等等的数学模型都是动态系统。 在动态系统中有所谓状态的概念,状态是一组可以被确定下来的实数。状态的微小变动对应这组实数的微小变动。这组实数也是一种流形的几何空间坐标。动态系统的演化规则是一组函数的固定规则,它描述未来状态如何依赖于当前状态的。这种规则是确定性的,即对于给定的时间间隔内,从现在的状态只能演化出一个未来的状态。 若只是在一系列不连续的时间点考察系统的状态,则这个动态系统为离散动态系统;若时间连续,就得到一个连续动态系统。如果系统以一种连续可微的方式依赖于时间,我们就称它为一个光滑动态系统。

无人机技术

无人机(Uncrewed vehicle、Unmanned vehicle、Drone)或称无人载具是一种无搭载人员的载具。通常使用遥控、导引或自动驾驶来控制。可在科学研究、军事、休闲娱乐用途上使用。

降维技术

降维算法是将 p+1 个系数的问题简化为 M+1 个系数的问题,其中 M<p。算法执行包括计算变量的 M 个不同线性组合或投射(projection)。然后这 M 个投射作为预测器通过最小二乘法拟合一个线性回归模型。两个主要的方法是主成分回归(principal component regression)和偏最小二乘法(partial least squares)。

定位技术技术

通常是指机器人领域的定位技术,see SLAM for details

机器视觉技术

机器视觉(Machine Vision,MV)是一种为自动化检测、过程控制和机器人导航等应用提供基于图像的自动检测和分析的技术和方法,通常用于工业领域。

合合信息机构
AI+农业只能是个噱头,5-10年基本没戏。 欧美能够机械化很大原因是人均种植面积大(人均种植面积在百亩以上),中国农业仍处于小农经济人均种植面积不超过5亩。即便现在国家推行个人土地承包制度也难以解决问题,目前的土地较为分散,很少集中大块地,也就很难发挥大型自动化机械的优势。我国土地政策如果不能进行有效改革,实行农场主模式,大写机械化永远都只是梦想。 不管是农业机械还是AI+农业,没有规模化都是扯淡。要想改变农业生产格局就要首先突破人均土地可终止面积,之后才是人均土地可种植面积,现有农业缺少并不是AI+机械化,而是传统机械化都没有做好。
做那么多事情就是为了省一个农机手的工资,无语。