北斗導(dǎo)航與精確農(nóng)業(yè)的有機(jī)整合及應(yīng)用分析

康思遠(yuǎn)　陳卓

摘 要：在農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)快速發(fā)展的背景下，智慧農(nóng)業(yè)逐漸成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的新方向。導(dǎo)航技術(shù)作為農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化的重要組成部分，為農(nóng)機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展創(chuàng)造了便利條件。通過介紹我國自主北斗導(dǎo)航技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用情況，說明了北斗導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展和推廣中存在的問題。

關(guān)鍵詞：北斗導(dǎo)航;精確農(nóng)業(yè);整合;應(yīng)用

中圖分類號：S229文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.11.002

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)成為了人們生活的重要基礎(chǔ)性設(shè)施，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重要的輔助技術(shù)。隨著我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)組網(wǎng)成功并大力發(fā)展，北斗衛(wèi)星已經(jīng)能夠為社會提供高精度位置服務(wù)，且高精度定位服務(wù)也逐漸應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、自動駕駛、無人機(jī)等民用領(lǐng)域。針對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，北斗衛(wèi)星還提供監(jiān)管、農(nóng)機(jī)操控和農(nóng)場精細(xì)管理等方面的服務(wù)。在精確農(nóng)業(yè)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，農(nóng)機(jī)化作業(yè)對定位精確度的要求逐漸升高，已逐漸由過去的米級提升至厘米級的高精度定位，北斗衛(wèi)星的應(yīng)用也漸漸成為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實施的基礎(chǔ)保障。在我國農(nóng)業(yè)向精細(xì)化、智能化和集約化的方向轉(zhuǎn)變的同時，自主北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，有利于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)運營模式轉(zhuǎn)變和結(jié)構(gòu)調(diào)整的實施。

1 北斗導(dǎo)航技術(shù)情況

北斗導(dǎo)航（BDS）技術(shù)是我國自主研制的衛(wèi)星通訊及定位系統(tǒng)，能夠為全球范圍的各時段提供多種功能的精度高、可靠性強(qiáng)的定位、導(dǎo)航、通信以及精確時間校正等功能。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)包括了空間端、地面端和用戶端三大部分?，F(xiàn)階段北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的空間端包括35顆衛(wèi)星，其中有5顆靜止軌道衛(wèi)星、27 顆中地球軌道衛(wèi)星以及3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星。能夠為不同用戶提供開放和授權(quán)兩種服務(wù)，時間精度達(dá)到10 ns，測速精度達(dá)到0.2 m/s。

從2017年起，農(nóng)業(yè)部重點提出了“建設(shè)北斗精準(zhǔn)時空服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施”的相關(guān)要求，并力爭實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械高精度自動作業(yè)、實時信息采集以及精準(zhǔn)導(dǎo)航普及與使用。同時，在十三五期間，農(nóng)業(yè)部將針對于數(shù)字農(nóng)業(yè)建設(shè)方向的項目給與大力支持，并為每個試點項目提供最多2000萬的國家項目資金支持。

近年來，國家針對于具備北斗導(dǎo)航終端的農(nóng)業(yè)機(jī)械在國家農(nóng)機(jī)購置補貼目錄給以不同程度的明確財政補貼支持。國家對于北斗導(dǎo)航設(shè)備的政策支持，影響了農(nóng)業(yè)機(jī)械銷售的傾向和趨勢，使更多的企業(yè)著力于北斗導(dǎo)航相關(guān)的農(nóng)機(jī)自動駕駛、導(dǎo)航支持以及其他精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)相關(guān)產(chǎn)品的研究，形成了以衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)為主要方向的技術(shù)競爭形式，為我國精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量的提升創(chuàng)造了良好條件。新形勢下，國家大力支持地方以新型農(nóng)機(jī)為主，對具備北斗終端的農(nóng)機(jī)裝備進(jìn)行試點補貼，以促進(jìn)先進(jìn)適用技術(shù)的快速推廣和應(yīng)用。同時，農(nóng)業(yè)部積極完成了機(jī)具補貼分類分檔相關(guān)工作，重點選取自動化程度高、功能豐富、大馬力、復(fù)式作業(yè)及其他具備新功能特點的機(jī)具，并進(jìn)一步以地區(qū)為單位進(jìn)行細(xì)化分類，有效提高補貼檔次的精準(zhǔn)性和合理性，提高了補貼資金的應(yīng)用效率。該政策有利于快速促進(jìn)以北斗導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用于智能農(nóng)機(jī)具的研發(fā)和推廣。

2 北斗導(dǎo)航的主要應(yīng)用方式

2.1 無人自動駕駛技術(shù)

通過導(dǎo)航系統(tǒng)實現(xiàn)的農(nóng)業(yè)機(jī)械自動化駕駛和作業(yè)，利用北斗天線的定位和控制箱實現(xiàn)對行駛、轉(zhuǎn)向和其他功能的遠(yuǎn)程控制（如圖1），并采用遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式輔助進(jìn)行，不需要駕駛員現(xiàn)場操作農(nóng)機(jī)。這一技術(shù)主要是通過北斗衛(wèi)星的定位技術(shù)和安裝在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的攝像頭采集實時數(shù)據(jù)并以標(biāo)準(zhǔn)信號實時傳輸，保證遠(yuǎn)程監(jiān)控的技術(shù)人員能及時了解現(xiàn)場作業(yè)情況，并在田間存在特殊問題時及時作出相應(yīng)的控制和調(diào)整。通過安裝在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的北斗導(dǎo)航終端，能夠方便地將農(nóng)田劃分成數(shù)據(jù)網(wǎng)格，從而實現(xiàn)更為精確的耕種。在自動駕駛過程中，農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)嚴(yán)格按照設(shè)定程序進(jìn)行，不僅實現(xiàn)無人自動作業(yè)，更能保證作業(yè)的精確性，基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的無人自動駕駛技術(shù)顯著提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人力勞動負(fù)擔(dān)，同時對于合理化生產(chǎn)也有很高保障。

2.2 無人機(jī)自動噴施技術(shù)

北斗導(dǎo)航技術(shù)除應(yīng)用于農(nóng)機(jī)的地面作業(yè)外，還可供植保無人機(jī)進(jìn)行高效的噴施作業(yè)，現(xiàn)階段北斗衛(wèi)星通過精確定位和差分技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)無人機(jī)根據(jù)預(yù)定的軌跡進(jìn)行高精度的飛行要求（如圖2），從而快速完成植保作業(yè)。而對于未來，在變量噴藥技術(shù)與地理信息技術(shù)有效結(jié)合后，無人機(jī)噴施農(nóng)藥的過程還會結(jié)合田間農(nóng)作物生長情況的實時變化，噴施量會與農(nóng)作物密度等情況結(jié)合后噴施以適量的農(nóng)藥和化肥。

2.3 農(nóng)機(jī)資源分配與管理

現(xiàn)階段，在北斗無人自動駕駛技術(shù)逐漸推廣的前提下，我國多地還建立了農(nóng)業(yè)機(jī)械的遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)度系統(tǒng)，并逐漸投入運行使用，通過北斗衛(wèi)星導(dǎo)航所能提供的服務(wù)，結(jié)合位置信息與耕地實際情況，分析并得出農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的相關(guān)趨勢，用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)創(chuàng)造更合理的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形勢。利用北斗衛(wèi)星技術(shù)對農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行管理十分便捷，通過定位終端能夠?qū)崿F(xiàn)對每一部機(jī)械具體位置情況和當(dāng)前工作狀態(tài)的全面及時了解，并利用計算機(jī)技術(shù)對農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)情況及相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和總結(jié)，能夠快速計算出在單獨劃分的網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)機(jī)械的行駛距離及時間，從而獲得農(nóng)機(jī)作業(yè)的耗油量和損耗情況，以此提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)情況，以保證農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)過程的安全可靠，通過實時監(jiān)測還有利于技術(shù)人員和救援人員明確故障農(nóng)機(jī)或事故發(fā)生的具體位置。

2.4 調(diào)整機(jī)械作業(yè)的科學(xué)形式

對于很多國際化的農(nóng)機(jī)企業(yè)，在很多年前就將衛(wèi)星定位技術(shù)與先進(jìn)的農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行融合，并在發(fā)達(dá)國家進(jìn)行了廣泛的使用。目前階段，以北斗導(dǎo)航技術(shù)為平臺，我國具有自主導(dǎo)航技術(shù)的農(nóng)業(yè)機(jī)械也能夠達(dá)到相關(guān)的技術(shù)要求，對于播種、收割、植保等機(jī)具的使用，通過衛(wèi)星定位技術(shù)配合多種傳感器設(shè)備協(xié)調(diào)工作，為合理化作業(yè)提供了保障。通過對農(nóng)田進(jìn)行分區(qū)的數(shù)字化處理，結(jié)合收集過程中積累的產(chǎn)量、土壤情況、病蟲害等信息數(shù)據(jù)，經(jīng)計算及處理后能夠得出精確的數(shù)據(jù)分布圖，從而合理地設(shè)計農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)方案，例如收割速度、植保施藥量等，從而以最合理的方案實現(xiàn)農(nóng)機(jī)作業(yè)質(zhì)量和效率最優(yōu)化。利用北斗衛(wèi)星的輔助，不僅能夠保證機(jī)械作業(yè)的科學(xué)性，更能夠通過提升插秧和播種等作業(yè)到厘米級精度，來保證農(nóng)作物對陽光和養(yǎng)分的均衡分配，使農(nóng)作物生長過程也達(dá)到科學(xué)的效果。

3 北斗導(dǎo)航應(yīng)用過程存在的問題

盡管北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用具備精確定位、導(dǎo)航和實時數(shù)據(jù)及作物情況統(tǒng)計等眾多優(yōu)勢，但北斗技術(shù)在我國農(nóng)村地區(qū)實際應(yīng)用時還存在很多制約，其主要問題表現(xiàn)為以下幾個方面。

3.1 基礎(chǔ)條件的制約

由于我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)覆蓋的范圍很廣，不同地區(qū)的耕地在地形地貌、耕地條件方面差別很大。例如我國北方地區(qū)的幾大平原區(qū)域，耕地面積連續(xù)且廣泛，而其余很多地區(qū)的耕地仍以小面積經(jīng)營為主，且地形不平整。除我國北方平原地區(qū)農(nóng)業(yè)耕地大面積相連接以外，其余地區(qū)由于地形不平和地塊面積小等問題，不利于大規(guī)模農(nóng)業(yè)機(jī)械化作業(yè)，這限制了先進(jìn)農(nóng)機(jī)的應(yīng)用。老舊農(nóng)機(jī)與北斗導(dǎo)航技術(shù)的結(jié)合普遍不好，由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的落后，更加不利于先進(jìn)衛(wèi)星技術(shù)的應(yīng)用與推廣。

3.2 運營成本的制約

由于北斗衛(wèi)星的移動終端設(shè)備具有技術(shù)含量高、使用環(huán)境要求高的特點，在現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)機(jī)械上使用存在著安裝費用和使用費用偏高的問題，我國的很多基層農(nóng)場、合作社以及家庭很難承擔(dān)這些費用支出，這在一定程度上制約了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的普及。

3.3 技術(shù)要求的制約

北斗導(dǎo)航相關(guān)技術(shù)十分先進(jìn)，對操作和使用的要求很高，農(nóng)機(jī)駕駛員必須要通過專業(yè)的培訓(xùn)才能使用和操作具有北斗導(dǎo)航及附屬功能的農(nóng)機(jī)裝備，導(dǎo)致農(nóng)民在使用具有衛(wèi)星定位功能的農(nóng)業(yè)機(jī)械時存在一定的難度，且對于故障問題的處理能力較弱，在一定程度影響了農(nóng)民的使用信心。

4 結(jié)語

隨著農(nóng)機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電子控制、傳感器技術(shù)和液壓技術(shù)等應(yīng)用，使農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能化程度越來越高，這為北斗衛(wèi)星的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了良好的條件，在國家各項政策支持的情況下，北斗衛(wèi)星在農(nóng)業(yè)機(jī)械上還將實現(xiàn)更多更實用的功能。

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