基于北斗的甘蔗種植智能管理系統設計

付文濤

【摘 要】針對目前我國甘蔗管理作業勞動強度大、效率低、耗費人工多，影響著甘蔗種植、采砍、運輸、糖業生產之間的信息流通性的問題，本文采用基于北斗衛星導航，同時結合無人機遙感、GIS等技術設計了一套甘蔗種植智能管理系統，該系統由甘蔗田管理系統、甘蔗種植進程精細化管理系統和甘蔗種植管理大數據平臺構成，以甘蔗種植一體化管理大數據平臺的應用滿足制糖企業、蔗農的需求，實現對甘蔗田的集成化管理，達到提高智能化效率，節約人工成本，給制糖企業和農戶帶來更大經濟效益為目的。

【關鍵詞】北斗衛星導航;無人機遙感;智能管理;大數據平臺

中圖分類號： Q14;TP79文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）25-0124-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.25.060

Beidou-based Sugarcane Planting Intelligent Management System Design

FU Wen-tao

（Guilin university of electronic science and technology， Guilin Guangxi 541004， China）

【Abstract】At present， China's sugarcane management operations are labor intensive， inefficient， and huge human resources consumption， and these affect the information flow between sugarcane cultivation， harvesting， transportation， and sugar production. For this problem， this paper designs a set of intelligent management system for sugarcane planting based on Beidou satellite navigation and combined with UAV remote sensing and GIS technology. The system consists of sugarcane field management system， refined management system of sugarcane planting process and big data platform of sugarcane planting management. This system can meet the demand of sugar enterprises and sugarcane farmers， and realize integrated management of sugarcane fields through the application of big data platform for sugarcane planting integrated management. Therefore， it will achieve the purposes of improving intelligent efficiency， saving labor costs， and bringing greater economic benefits to sugar enterprises and farmers.

【Key words】Beidou Satellite Navigation; UAV Remote Sensing; Intelligent Management; Big-data Platform

0 引言

隨著甘蔗糖業的不斷發展和擴大，對其生產作業管理的要求也極大提高，由于目前我國甘蔗作業勞動強度大、效率低、耗費人工多，造成甘蔗種植的管理水平低下的問題[1]，嚴重制約制糖產業高速發展，因此中國甘蔗種植產業正在向精細化、智能化、集約化的方向轉變是大勢所趨，將精準北斗導航技術引入甘蔗種植智能化管理實踐中，從而推進現代甘蔗種植產業發展方式的轉變和結構調整，旨在提高甘蔗產量。因此本文采用北斗高精度定位技術，與無人機航測遙感技術及多源傳感信息相融合，一方面能夠提高甘蔗種植信息數據采集的可靠性和準確性，另一方面能夠大幅減少像控點的數量，從而解決了甘蔗種植、砍運和制糖業生產信息無法共享的問題，實現甘蔗種植產業“生產-種植—砍運”一體化管理目標。

1 甘蔗田管理系統設計

甘蔗田管理系統以無人機遙感技術、北斗測量技術、北斗實時動態定位技術、GIS技術、北斗平地車、北斗車載終端等為基礎，建設地理信息數據庫和農戶信息數據庫，通過地理信息數據庫和農戶信息數據庫的綜合應用，利用GIS技術構建出可視化的GIS地圖[2]，為蔗田管理提供一個高效快捷的管理系統?；诒倍返恼崽锕芾硐到y結構圖如圖1所示。

整個甘蔗田管理系統包括蔗田原始數據的獲取、蔗田管理子系統、地理信息數據庫、農戶信息數據庫和GIS地圖的構建以及北斗車載終端。蔗田管理子系統利用無人機遙感技術、北斗測畝儀和北斗實時動態定位技術獲取蔗田影像、面積、海拔、高程、經緯度以及邊界等原始信息。接著利用這些信息進行蔗田規劃、土地確權措施動作，得到進一步詳細的蔗田相關數據和農戶相關的信息，再利用這些數據構建地理信息數據庫以及農戶信息數據庫。在進行蔗田平整時，首先通過蔗田管理子系統從地理信息數據庫中獲取蔗田相關信息，計算出蔗田平整面積大小，蔗田高程等信息，然后將這些信息傳給北斗車載終端，北斗車載終端根據這些信息控制北斗平地車進行平地操作，北斗車載終端在平地完成之后的蔗田高程等信息再回傳給地理信息數據庫，形成一個閉環控制系統。最終利用地理信息數據庫和農戶信息數據庫通過GIS軟件構建出GIS地圖[3]，將所有信息可視化，使得蔗田管理工作難度大大減輕。

2 甘蔗種植進程精細化管理系統設計

甘蔗種植進程管理系統分為兩個部分：機械化播種系統和甘蔗精細化種植系統。機械化播種系統是把北斗衛星定位導航系統應用到甘蔗種植機，實現高精度播種，使甘蔗的播種從單純機械化邁向機械化、精細化、信息化。甘蔗精細化種植系統是建立一個覆蓋氣象、數據庫、安全預警信息、職能管理滴灌控制等信息化組件功能。利用信息化管理，實現整個農田管理過程自動化程度、精準化程度的提升，從而提高整個產業鏈的效率和產值。系統框圖如圖2所示。

甘蔗種植精細化管理采用了土壤濕度傳感器、光照傳感器、土壤鹽分傳感器、土壤PH傳感器等獲取數據[4]，并將獲取的數據上傳至大數據庫平臺，再使用大數據庫平臺對甘蔗種植生產管理進行輔助分析，對土壤水分和天氣情況的分析實現自動灌溉，根據土壤養分監測情況按需施肥，對甘蔗生長情況抽樣采集以及根據航拍的蔗苗密度對蔗苗進行適當的補苗。并統計匯總灌溉數據量、總的施肥量、無人機航拍的圖像信息以及補苗的數量等數據上傳至大數據平臺，實現遠程監測甘蔗種植情況。甘蔗種植精細化管理示意圖如圖3所示。

甘蔗種植進程精細化管理系統具體分為以下幾個部分：

（1）甘蔗精細化管理的業務范圍主要包括空氣溫度、濕度，土壤溫度、濕度、太陽輻射強度、二氧化碳、紫外線強度、降雨量、蒸發量、地球磁場強度等參數數據的采集，實現相關參數數據在GIS地圖上的實時顯示。

（2）提供歷史數據查詢、專家數據庫、標準甘蔗種植數據庫、甘蔗種植成本統計、甘蔗種植數據分析等功能。

（3）發布甘蔗災害預警信息。主要包括災害種類、預警區域、預警期起止時間、可能影響范圍、警示事項、采取應急措施等，及時對可能發生的甘蔗災害做出分析預測，發布預警信息并進行應急響應。

（4）滴灌自動智能控制。根據甘蔗精細種植及甘蔗作物生長需求提供分時段、分地域、分地段水肥藥智能滴灌控制，實現滴灌的遠程智能控制，具備水肥藥智能調配、智能滴灌控制、智能滴灌數據處理、滴灌設備管理等功能，使滴灌過程中水的利用率達到95%。

（5）甘蔗智能施肥。根據無線傳感器網絡分析土壤匯總的數據，即土壤中的各種養分含量，有針對性的選擇肥料，變量控制施肥。

3 甘蔗種植智能化管理大數據平臺

甘蔗種植智能化管理大數據平臺不僅可以按照不同地區顯示不同類別數據的功能之外，而且還可以利用平臺收集的農業數據，主要包括蔗田數據、氣象數據、農機數據、甘蔗產量數據、化肥數據和病蟲害數據等，以餅狀圖、柱狀圖、折線圖、數據地圖等形式展現在網站動態頁面上。同時將實時數據發送到移動APPA、微信等終端平臺。

3.1 大數據平臺主頁面

根據平臺的設計原則實現平臺的主頁面，主頁面導航欄中包括網站首頁、數據查詢、數據挖掘、登錄注冊五個導航功能，導航可以向平臺做出指令并得到反饋信息。

3.2 平臺數據查詢頁面實現

平臺數據查詢頁面主要包括甘蔗種植面積、災害預警、甘蔗生長狀況、砍運調度等幾個重要數據列表。對于這些數據，用戶可以進行自由下載，下載量則有相應控制范圍，超出范圍需要用自己的數據進行交換，才能獲得更多數據。

4 結語

本論文通過北斗定位終端、傳感器、網絡、存儲設備及服務器等設備完成數據采集，綜合北斗高精度定位技術、多種類型傳感器、通信技術、網絡技術、遙感技術等現代技術手段，實現對甘蔗種植數據的挖掘、計算和分析，分析處理后將數據反饋回到數據庫中，同時通過信息可視化技術展現在平臺的HTML頁面上。最終實現對甘蔗種植的智能化管理，減少人工成本，提供甘蔗產量。

【參考文獻】

[1]謝慧.基于北斗的糖業砍運一體化管理系統研究[J].企業科技與發展，2017（08）：19-21.

[2]張銳敏.基于GIS技術的北斗衛星定位/導航系統的設計與實現[D].河北科技大學，2015.

[3]彭秋連，張躍彬，楊華，等.基于GIS的甘蔗生產信息管理平臺的研究[J].農業網絡信息，2016（11）：47-49.

[4]閆煥娜.土壤濕度傳感器的智能化研究[D].河北工業大學，2014.