北斗導航與精確農業的有機整合及應用分析

康思遠　陳卓

摘 要：在農業機械技術快速發展的背景下，智慧農業逐漸成為農業生產發展的新方向。導航技術作為農業機械智能化的重要組成部分，為農機技術的快速發展創造了便利條件。通過介紹我國自主北斗導航技術在農業機械上的應用情況，說明了北斗導航技術發展和推廣中存在的問題。

關鍵詞：北斗導航;精確農業;整合;應用

中圖分類號：S229文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.11.002

衛星導航系統已經成為了人們生活的重要基礎性設施，也是農業生產重要的輔助技術。隨著我國北斗衛星導航技術組網成功并大力發展，北斗衛星已經能夠為社會提供高精度位置服務，且高精度定位服務也逐漸應用于現代農業、自動駕駛、無人機等民用領域。針對于農業生產，北斗衛星還提供監管、農機操控和農場精細管理等方面的服務。在精確農業技術快速發展的背景下，農機化作業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，北斗衛星的應用也漸漸成為精準農業實施的基礎保障。在我國農業向精細化、智能化和集約化的方向轉變的同時，自主北斗衛星導航技術與精準農業技術的有機結合，有利于現代農業運營模式轉變和結構調整的實施。

1 北斗導航技術情況

北斗導航（BDS）技術是我國自主研制的衛星通訊及定位系統，能夠為全球范圍的各時段提供多種功能的精度高、可靠性強的定位、導航、通信以及精確時間校正等功能。北斗導航系統包括了空間端、地面端和用戶端三大部分。現階段北斗衛星導航系統的空間端包括35顆衛星，其中有5顆靜止軌道衛星、27 顆中地球軌道衛星以及3顆傾斜同步軌道衛星。能夠為不同用戶提供開放和授權兩種服務，時間精度達到10 ns，測速精度達到0.2 m/s。

從2017年起，農業部重點提出了“建設北斗精準時空服務基礎設施”的相關要求，并力爭實現農業機械高精度自動作業、實時信息采集以及精準導航普及與使用。同時，在十三五期間，農業部將針對于數字農業建設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航終端的農業機械在國家農機購置補貼目錄給以不同程度的明確財政補貼支持。國家對于北斗導航設備的政策支持，影響了農業機械銷售的傾向和趨勢，使更多的企業著力于北斗導航相關的農機自動駕駛、導航支持以及其他精準農業相關產品的研究，形成了以衛星導航技術為主要方向的技術競爭形式，為我國精準農業技術和農業生產質量的提升創造了良好條件。新形勢下，國家大力支持地方以新型農機為主，對具備北斗終端的農機裝備進行試點補貼，以促進先進適用技術的快速推廣和應用。同時，農業部積極完成了機具補貼分類分檔相關工作，重點選取自動化程度高、功能豐富、大馬力、復式作業及其他具備新功能特點的機具，并進一步以地區為單位進行細化分類，有效提高補貼檔次的精準性和合理性，提高了補貼資金的應用效率。該政策有利于快速促進以北斗導航技術應用于智能農機具的研發和推廣。

2 北斗導航的主要應用方式

2.1 無人自動駕駛技術

通過導航系統實現的農業機械自動化駕駛和作業，利用北斗天線的定位和控制箱實現對行駛、轉向和其他功能的遠程控制（如圖1），并采用遠程監控的方式輔助進行，不需要駕駛員現場操作農機。這一技術主要是通過北斗衛星的定位技術和安裝在農業機械上的攝像頭采集實時數據并以標準信號實時傳輸，保證遠程監控的技術人員能及時了解現場作業情況，并在田間存在特殊問題時及時作出相應的控制和調整。通過安裝在農業機械上的北斗導航終端，能夠方便地將農田劃分成數據網格，從而實現更為精確的耕種。在自動駕駛過程中，農業機械的作業嚴格按照設定程序進行，不僅實現無人自動作業，更能保證作業的精確性，基于北斗衛星導航技術的無人自動駕駛技術顯著提升了農業生產的效率，降低農業生產的人力勞動負擔，同時對于合理化生產也有很高保障。

2.2 無人機自動噴施技術

北斗導航技術除應用于農機的地面作業外，還可供植保無人機進行高效的噴施作業，現階段北斗衛星通過精確定位和差分技術能夠實現無人機根據預定的軌跡進行高精度的飛行要求（如圖2），從而快速完成植保作業。而對于未來，在變量噴藥技術與地理信息技術有效結合后，無人機噴施農藥的過程還會結合田間農作物生長情況的實時變化，噴施量會與農作物密度等情況結合后噴施以適量的農藥和化肥。

2.3 農機資源分配與管理

現階段，在北斗無人自動駕駛技術逐漸推廣的前提下，我國多地還建立了農業機械的遠程監控和調度系統，并逐漸投入運行使用，通過北斗衛星導航所能提供的服務，結合位置信息與耕地實際情況，分析并得出農業生產的相關趨勢，用衛星導航技術創造更合理的農業生產形勢。利用北斗衛星技術對農業機械進行管理十分便捷，通過定位終端能夠實現對每一部機械具體位置情況和當前工作狀態的全面及時了解，并利用計算機技術對農業機械的作業情況及相關數據進行分析和總結，能夠快速計算出在單獨劃分的網格區域內農業機械的行駛距離及時間，從而獲得農機作業的耗油量和損耗情況，以此提升農業生產基礎設施的建設情況，以保證農業機械作業過程的安全可靠，通過實時監測還有利于技術人員和救援人員明確故障農機或事故發生的具體位置。

2.4 調整機械作業的科學形式

對于很多國際化的農機企業，在很多年前就將衛星定位技術與先進的農業機械進行融合，并在發達國家進行了廣泛的使用。目前階段，以北斗導航技術為平臺，我國具有自主導航技術的農業機械也能夠達到相關的技術要求，對于播種、收割、植保等機具的使用，通過衛星定位技術配合多種傳感器設備協調工作，為合理化作業提供了保障。通過對農田進行分區的數字化處理，結合收集過程中積累的產量、土壤情況、病蟲害等信息數據，經計算及處理后能夠得出精確的數據分布圖，從而合理地設計農業機械的作業方案，例如收割速度、植保施藥量等，從而以最合理的方案實現農機作業質量和效率最優化。利用北斗衛星的輔助，不僅能夠保證機械作業的科學性，更能夠通過提升插秧和播種等作業到厘米級精度，來保證農作物對陽光和養分的均衡分配，使農作物生長過程也達到科學的效果。

3 北斗導航應用過程存在的問題

盡管北斗衛星導航技術在農業機械領域應用具備精確定位、導航和實時數據及作物情況統計等眾多優勢，但北斗技術在我國農村地區實際應用時還存在很多制約，其主要問題表現為以下幾個方面。

3.1 基礎條件的制約

由于我國農業生產覆蓋的范圍很廣，不同地區的耕地在地形地貌、耕地條件方面差別很大。例如我國北方地區的幾大平原區域，耕地面積連續且廣泛，而其余很多地區的耕地仍以小面積經營為主，且地形不平整。除我國北方平原地區農業耕地大面積相連接以外，其余地區由于地形不平和地塊面積小等問題，不利于大規模農業機械化作業，這限制了先進農機的應用。老舊農機與北斗導航技術的結合普遍不好，由于農業生產方式的落后，更加不利于先進衛星技術的應用與推廣。

3.2 運營成本的制約

由于北斗衛星的移動終端設備具有技術含量高、使用環境要求高的特點，在現階段的農業機械上使用存在著安裝費用和使用費用偏高的問題，我國的很多基層農場、合作社以及家庭很難承擔這些費用支出，這在一定程度上制約了北斗衛星導航技術在農業機械上的普及。

3.3 技術要求的制約

北斗導航相關技術十分先進，對操作和使用的要求很高，農機駕駛員必須要通過專業的培訓才能使用和操作具有北斗導航及附屬功能的農機裝備，導致農民在使用具有衛星定位功能的農業機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民的使用信心。

4 結語

隨著農機技術的不斷進步，電子控制、傳感器技術和液壓技術等應用，使農業機械的智能化程度越來越高，這為北斗衛星的廣泛應用創造了良好的條件，在國家各項政策支持的情況下，北斗衛星在農業機械上還將實現更多更實用的功能。

參考文獻：

[1]張圣光. 北斗衛星導航系統在農業機械化中的應用與發展前景[J]. 現代農業科技， 2014（4）：184.

[2]張野， 張瑞宏， 金亦富，等. 基于北斗導航的自動駕駛系統在農用拖拉機上的應用[J]. 農業裝備技術， 2016， 42（3）：8-10.

[3]楊方， 劉華， 樊禹銘. 北斗農機自動導航系統的設計與應用[J]. 農業科技與裝備， 2015（10）：31-34.

[4]彭曉琴， 徐一， 楊昌敏. 北斗衛星導航系統在農業領域的應用初探[J]. 四川農業與農機， 2015（4）：12-13.

[5]趙巖， 陳學庚， 溫浩軍. 新疆兵團精準農業發展與北斗衛星導航技術的應用[J]. 石河子大學學報（自然科學版）， 2018（4）：7-14.

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