航天智慧農業系統設計與示范應用
——以哈爾濱北斗精準農業綜合應用示范項目為例

● 文 |哈爾濱航天恒星數據系統科技有限公司 龍珂 線權中

航天智慧農業系統設計與示范應用
——以哈爾濱北斗精準農業綜合應用示范項目為例

● 文 |哈爾濱航天恒星數據系統科技有限公司 龍珂 線權中

一、概述

哈爾濱航天恒星數據系統科技有限公司（以下簡稱公司）于2014年實施哈爾濱北斗精準農業綜合應用示范項目，項目總投資2.1億元，獲得國家發展和改革委員會戰略新興產業北斗導航發展專項資金資助，補貼額度達3750萬元。項目內容為“研制一個農業大數據平臺，在哈爾濱市內推廣并安裝三種類型北斗農機智能終端3萬臺，部署北斗連續運行參考站系統（CORS），探索創新運營模式”。解決農業信息不對稱問題，提升農機作業效率和農業信息化水平，結合“互聯網+”新思維開展創新農業經營模式探索，為農業的增產增效提供技術手段和依據。

二、哈爾濱北斗精準農業綜合應用示范項目總體進展

目前，公司已經落實投資累計達1.5億元，項目技術開發工作全部結束，正在開展大規模的應用示范，85%的終端已經投產。完成了精準農業綜合服務平臺的構建，具體包括基礎云平臺、農機管理與指揮調度系統、農情監測與決策支持系統等軟件系統研制；完成了農業CORS網研制及測試驗證工作，并在哈爾濱市以及呼蘭區共建立CORS基站六座，可覆蓋哈爾濱市主城區以及呼蘭全區；完成了I/II/III型終端研發及測試驗證工作；開展前期的示范工作，包括在呼蘭區三個合作社（大用、平坊、白奎）、齊齊哈爾市、農墾九三管局進行了安裝示范工作，將合作示范單位的農機納入平臺管理中，提高了作業效率數倍，獲得了用戶的好評。研制完成農機作業質量監測儀，實現了I型終端從基本定位功能到農機作業全程監測功能的升級，在實際農業耕種中可對深松、播種量、株距、施肥量等數據進行監測及控制，從而使農業耕種更加準確化、科學化。通過項目實施，提升農業現代化發展水平，拓展了北斗導航在農業領域的應用范圍。

2016年8月23日，黑龍江省科技創新大會表彰了“十二五”以來在黑龍江省科技成果產業化方面具有突出貢獻的10家單位的優秀項目，其中包括哈爾濱北斗精準農業綜合應用示范項目。該示范項目是在《黑龍江省衛星應用中長期發展規劃（2013－2020）》和《黑龍江省衛星應用產業鏈實施方案》的基礎上，在國家北斗戰略新興產業專項背景下，結合黑龍江省衛星應用調研情況實施的重點項目。

三、哈爾濱北斗精準農業綜合應用示范項目技術攻關情況

該項目充分利用我國北斗導航衛星和高分遙感衛星數據資源，突破海量數據接入及處理服務質量（QoS）技術、農機自動控制技術、大田農業農情監測等關鍵技術，打造了國內領先的農業綜合信息服務平臺，提供農機管理、農機調度、測土配肥、農業遙感專項服務，解決了農業信息不對稱的問題。為方便服務廣大移動終端用戶，公司開發了農機、農情兩款手機APP產品，在各大安卓應用市場發布，在線一個月用戶量突破1萬次，用戶通過手機可以直觀地了解農田土壤墑情信息、農業資訊和農機維修保養服務等信息，使廣大用戶加深了對精準農業的了解，實現了由點到面的業務拓展。

北斗精準農業應用示范項目實施的同時，還帶動了公司終端產品推廣和農險信息服務。具有自主知識產權的自動駕駛設備于2015年、2016年分別通過產品鑒定和國家推廣鑒定，已經在全國銷售?；诟叻诌b感數據的災害評估專題圖，已經在合作社、農場等部門及農險等金融行業提供數據支撐，項目有效促進了黑龍江省終端產業和信息服務業的發展。

四、應用示范

1.哈爾濱市呼蘭區平坊合作社農業生產應用示范

在2016年的春耕期間，公司的精準農業大數據平臺、北斗CORS網絡、農機作業質量監測儀、北斗自動駕駛儀參加了呼蘭區平坊合作社的農業生產。采用公司農業大數據平臺、農業生產全程監管系統、農情監測及決策支持系統實現了春耕的信息化管理及調度，實現了測土配肥的決策建議、土壤墑情及空氣溫濕度監控，實現了春耕作業（深松、播種、漏種、株距、施肥）的在線監測及質量評估，實現了農機的自動駕駛作業等。

圖1所示為農情監測與決策支持系統中的農田小氣候監測模塊，通過利用田間布設的氣象站可以對土壤墑情、空氣溫濕度、風力風向等氣象參數進行實時監測，并提供歷史數據查詢功能，完全擺脫了經驗式播種的作業方式。

圖2所示為農情監測與決策支持系統中的測土配方施肥模塊，該模塊通過對錄入的測土數據進行特定算法加工后即可反演出一套因地制宜的測土配肥建議，在降低人工成本的同時有效節約化肥用量。

公司自主研制的農機智能終端應用于龍江大田作業，能夠全面、準確地對主要農業作業類型如播種、施肥、深松進行實時監測和控制。針對不同作業類型實時采集細節數據，如農機作業的當前漏籽數、株距、行距、施肥量、深松度、作業面積等。依靠這些實時數據，進行自動控制和異常報警提醒。真正實現了精準作業并有效提高了農業生產效率。

圖3所示為農機作業監控儀即農機智能終端。其中播種的計數功能與實際相比誤差范圍小于2%，株距監測功能與實際相比誤差范圍小于2cm，播種作業面積與實際相比誤差范圍小于0.01公頃；施肥量與實際相比誤差范圍小于5kg/公頃；深松深度測量與實際相比誤差范圍小于3cm。通過該農機作業監控儀對農業現場數據的實時采集，有助于科學耕種，確保了作業質量。當前這套農機智能終端已經在哈爾濱市呼蘭區平坊農機合作社進行了試裝、測試。

農機管理調度系統結合衛星導航和互聯網技術，提高了現代農業的管理效能和水平。安裝農機定位終端和自動駕駛終端，可對農機進行實時位置監控和在線跟蹤、拍照，對農機歷史軌跡進行回放，對農機作業信息異常進行實時報警監測和對農機作業面積進行量算。該平臺可以服務于600多家農機合作社，滿足政府部門、行業用戶、企業用戶、個體農戶需求，為各級用戶提供了科學、先進、智能的信息化管理手段。有效提高了作業質量和監管效能，同時為政府部門的宏觀決策提供了可靠的數據支撐，實現了農業生產管理過程的實時監控和準確控制。

圖4所示為北斗自動駕駛終端，主要應用于大型和中型農機，用于起壟、播種、噴藥、收割等農田作業，進行位置上報和實現農機自動駕駛控制。通過自動駕駛終端，農機駕駛員肉眼觀察的作業誤差范圍可以小于2.5cm，提高了作業精度和農產品的質量。

圖5所示為農機管理調度系統對農機位置進行跟蹤、監控和歷史軌跡回放等，實現了農機作業的科學調度、作業全程的智能監控和海量作業數據的綜合分析。當前，這套農機管理與調度系統和自動駕駛終端已在呼蘭區平坊農機合作社進行了上線運行，極大地提高了當地農機信息化管理水平，為農業管理和農機手作業帶來方便。

2.五常市農業互聯網中心農情監測應用示范

農情監測系統通過田間小型氣象站及地面傳感器、遙感影像專題處理和APP上報獲取農作物長勢、農作物病蟲害、農作物旱澇災害、土壤肥力、光照強度等農情信息，通過對以上農情信息的收集與發布，為農業生產提供輔助決策。當前這套系統在五常市農業互聯網中心進行了集中部署，取得了良好的示范效果。

圖6所示為農情監測與決策支持系統中的農情災害控制模塊，它可以對旱澇災害、風災、雹災、病蟲等各種農業災害進行監測，并通過生成的專題圖來對受災程度進行劃分，給出科學合理的災害解決方案。

圖7所示為農情監測與決策支持系統中的農作物長勢及估產模塊，它可以對農作物種植格局、長勢進行監測，并通過生成的專題圖來對農作物分布、產量進行統計，為政府部門的宏觀決策提供有效的數據支撐。