北斗導航在農業上的應用

周思妤 王偉華

摘要：近些年，北斗導航在農業生產中已經有了廣泛的應用，對農業的進步和農業生產方式的轉變有著極大的推動作用。本文對北斗導航在農機自動駕駛，精確播種，變量施肥噴藥，農業信息監測幾個方面上應用的現狀進行了介紹。同時本文對北斗系統與多傳感器的融合技術，北斗大數據云平臺技術做出了展望。

關鍵詞：北斗;農業;自動駕駛;信息檢測;云平臺

2020年7月，北斗三號全球衛星導航系統（BDS）組網完成，標志著北斗衛星導航正式進入全球化服務行列。北斗系統可全天候全天時的提供精密授時、定位以及短報文通信服務，目前已成功應用于多種領域[1]。我國是農業大國，農業是國家經濟發展、社會安定的基礎，而近年來隨著工業化進程的快速發展和人口老齡化問題的加劇，技術密集型農業日益成為研究的熱點。北斗導航系統在農業中應用廣泛，本文將著重從以下幾個方面來介紹。

1.北斗導航在農機自動駕駛的應用

北斗導航農機自動駕駛系統可廣泛應用于播種、除草、耕地、鋪膜、植保等農田重復性工作。

張葉茂[2]依托福田雷沃M1000-D拖拉機，運用自適應模糊控制策略對農機路徑導航系統進行了研究，結果表明，農機自動導航控制系統運用模糊控制算法策略能夠快速地跟蹤預設路徑。熊斌等[3]設計了一種基于北斗衛星導航系統的施藥機自動導航控制系統，控制系統針對果園地形特點將施藥機的運動學模型和純追蹤模型相結合，對導航路徑規劃進行了優化。

2.北斗導航在播種中的應用

提高播種精度，控制播種深度與間距，是北斗導航與精準農業結合的重要領域[4]。

張愛民等設計了一種折疊式采棉精量播種機，利用北斗導航系統使排肥速度與行進速度一致，保證了出苗率。丁幼春等使用高精度北斗定位模塊與電子羅盤進行導航，運用免疫PID控制算法，設計了一種履帶式油菜播種機的導航控制器。其系統組成如圖1所示。其定位圓概率精度可達2 cm。

3.北斗導航在變量施肥噴藥中的應用

根據農作物生長的區域差異性進行變量施肥噴藥，不僅可以節省物料成本，而且有益于生態環境的保護。

張明宇等研究了一種基于ARM反饋的變量噴藥控制系統。系統使用北斗導航系統測量車速，噴藥時噴嘴的流量和壓力等信息通過CAN總線傳輸至控制器，以脈沖寬度調制的控制方式調節比例電動調節閥的開閉量，實現了噴藥量根據作業行駛速度的自動跟蹤變化。郁云等研究了一種基于北斗導航和多媒體圖像處理的智能施肥機測量系統，同時在其基礎上設計了測量作物覆蓋率的系統，并且進行了試驗。

4.北斗導航在農業信息監測中的應用

農田信息是開展精準農業的重要支持，北斗導航系統的應用與推廣可以加速實現信息監測的數字化。

于泓博]等研發了基于北斗的農田環境監測系統。該系統由Zig Bee協議節點使用簇狀拓撲結構進行組合形成網絡，每個節點搭配農田土壤的濕度、空氣的溫度以及空氣質量PM2.5等各類傳感器進行信息監測與采集，監測數據與北斗導航系統的定位信息組合后，再通過嵌入式系統進行處理和顯示，實現了農田環境的實時監測。

鄭一力等設計了可對無手機信號的林區進行實時監測的信息系統?？蓪崿F林區土壤、光照、大氣和植物等多種信息的實時監測，數據經過匯總以后還可進行大數據分析。

5.結論與展望

北斗導航系統在農業生產中的應用極大的促進了農業自動化的發展，但是，要實現無人化、智能化農業，還有很長的路要走，未來需要從以下兩個方面實現突破。

（1）農業裝備智能感知技術與北斗定位相結合：機器視覺與北斗定位相結合，可提高定位的可靠性和準確度，可用于農用機械的高精度定位、農作物的產量預測以及農業病蟲害的診斷等方面;遙感技術、光譜技術與北斗定位相結合可以為土壤類型、土壤肥力特性、水分、作物生長發育狀況、病蟲草害及農作物產量等田間信息采樣和決策方案的田間實施提供準確的空間位置信息。

（2）建立與機器學習相結合的北斗云平臺：在北斗導航定位的輔助下，在各種類的農機作業中加入機器學習模塊，積累作業數據并傳入云平臺，通過整理分析得出最佳的作業條件與參數，再將得出的這些參數反過來應用于農業生產中，從而實現耕、播、管、運、收、貯等一系列作業的自動的參數調整，實現高水平智能化、無人化農業。

參考文獻：

[1]Yang Y，Xu Y，Li J.Progress and performance evaluation of BeiDou global navigation satellite system：Data analysis based on BDS-3 demonstration system[J].SCIENCE CHINA Earth Sciences，2018，61（5）：614-624.

[2]張葉茂.基于模糊控制的農機自動導航控制系統研究[J].江蘇農業科學，2017，第45卷（17）：241-245.

[3]熊斌，張俊雄，曲峰，等.基于BDS的果園施藥機自動導航控制系統[J].農業機械學報，2017，48（2）：45-50.

[4]王浩，郝鳳琦，董振振，等.基于北斗定位的小麥播種機控制系統優化[J].農機化研究，2019，41（10）：31-34，39.