北斗卫星导航系统BDS在精准农业上的应用

　　司南导航：农业机械化是指运用先进适用的农业机械装备农业，改善农业生产经营条件，降低生产成本， 不断提高农业的生产技术水平和经济效益、生态效益的过程。北斗卫星导航系统(BDS)早已被应用 在精准农业生产中，目前北斗导航系统在农机化方面主要应用有农机自动导航驾驶系统、农机自主作业、 农机作业监管服务等方面，随着北斗三号卫星导航系统的开通，未来定会为农业提供更加精确、智能 的服务。北斗导航系统应用于农机化技术通过卫星遥感、无人机、田间物联网设备共同架设“天眼地 网”，定量、全面、立体化地获取农情数据，使用智能化农机设备精准控制农机耕种管收，从而实现 农业机械化。高精度，智能化是农业机械化的关键，北斗导航系统有信号覆盖范围广，定位精度高的 特点，可满足农业机械化各方面的需求，可以很好的应用于农机化。本文研究了北斗导航系统在农机化中的应用发展现状。根据国内现状一些地区农机化已经取得的成果，结合其在农机自动驾驶、农机 作业监管服务精准农业等各方面的应用，阐述了北斗导航系统在农机化中应用的可行性。最后本文展 望了未来北斗导航系统在农机化中应用的具体内容以及发展方向。

　　农业机械化旨在运用先进的农业机械设备，降低农业生产成本，提高农作物产量，改善农业环境，提升农作物耕种效率，从而提高农作物的经济效益。北斗卫星导航系统能为全球用户提供全天候、全天时、 高精度的定位、导航和授时服务。高精度的定位是北 斗导航系统能够在农业中应用的关键，北斗差分技术 能为其提供厘米级的定位精度，为精确农业的发展提供了强有力的保障。

　　北斗卫星导航系统应用于农业机械化意义重大， 可以降低生产成本，提升农产品产量和质量，减轻劳动强度，精细化田间精度，提高作业效率，为农产品 的耕种提供最科学的方案。北斗卫星导航系统在农业的应用非常广泛，主要表现在农机自动驾驶以及农机 作业监管这两方面，涵盖了农作物耕、种、管、收等各个环节。通过北斗双天线定向定位和差分技术，在 车辆的行驶过程中，可以实时的提供车辆的位置信息和方向信息等，分析这些信息从而控制车辆自动驾驶。 通过基于北斗卫星导航系统物联网技术、大数据技术、 云计算等技术，对农作物生长周期进行实时监控，并根据实时数据采取浇水、施肥等相应的措施。北斗卫 星导航系统还能根据土壤图像，结合图像处理技术， 分析土壤的物理指标和化学成分，为农产品的提供科学的耕种方案。包括农作物的选取，土壤的施肥、旋耕、起陇等环节，以及种子所需的水分和肥料的具体数量。北斗卫星导航系统还能结合气象监测系统，为农作物的耕-种-管-收各个环节提供最优的时间参考。

　　研究背景及意义

　　农业乃生存之本，立国之基，农业稳则天下安， 农业是保障国家安全的基础性产业。发展农业是解决人民温饱的基本需求，由农业农村部、中央网信办在 2019 年 12 月印发的《数字农业农村发展规划 (2019-2025 年)》中指出要加快生产经营数字化改造、 推进管理服务数字化转型，加强国家农业农村大数据中心建设工程、农业农村天空地一体化观测体系建设 工程、国家数字农业农村创新工程，全面提升农业农村生产智能化、经营网络化、管理高效化、服务便捷 化水平。

　　传统农业主要依靠农民经验来引导耕种的过程， “靠天吃饭”的现象比较普遍。传统农业生产技术也 比较落后，抵御自然灾害的能力较弱，随着恶劣天气的出现，往往容易出现灾荒等现象。在传统农业耕种过程中，金属农具和木制农具成为主要器械，畜力则 成为主要生产劳动力，并且配有一整套的技术如土壤的改良、良种的选取、防止病虫害、浇水施肥等。这 些手段在一定程度上提高了农作物的产量，但由于其局限性，传统农业的生产效率并不高。

　　现代农业核心则是数字化，以北斗卫星导航系统 为平台，将传统农业与北斗卫星导航系统相结合的“北斗+”模式。利用北斗卫星导航系统具备的优势特点， 为传统农业创造新的发展机会。运用北斗卫星导航系统与其他各项技术相结合，为农作物的整个耕-种-管收环节提供科学的、有效的指导。

　　系统装配到农机设备中，通过其导航技术，在大规模增加总产量的同时也减少了化肥的使用量。欧洲等国家则通过GPS系统控制农机设备以实现小麦、玉米等农作物的耕、种、管、收等工作。荷兰、日本等国家 则在美国、欧洲等国家之后相继开展GPS导航定位应 用于农业的研究，并成功开始实施精准农业。

　　中国的精准农业起步较晚，但在国家863等重大项 目以及新一代北斗卫星导航系统成功建设的条件下， 中国的精准农业已经取得了较大的进步。目前我国的 精准农业主要应用在农机自动驾驶以及检测监管等方面。

　　随着新一代北斗导航系统的成功建设，我国的精准农业将的得到飞速的发展。目前我国的北斗导航系统应用于农业主要包括农机自动驾驶以及农机作业监管两方面，形成了以北斗导航系统为核心，多种技术 为辅助的“北斗+”精准农业系统。

　　农机自动导航系统

　　农机自动驾驶技术集北斗系统、大扭矩电机精确控制、农业机械转向控制技术于一体，可应用于各种 大中型拖拉机以及各种收割机、插秧机上，涵盖了几乎所有的农机设备。农田作业对农业机械作业精度的要求使得农田作业对定位精度提出了一定的要求，不同的农机作业对定位精度的要求不同。农机导航、作业监测等只需要米级的定位精度;而农田的播种、插 秧、收割、精量施肥等则需要厘米级的定位精度。

　　北斗差分技术可提供厘米级的定位精度，能很好的解决定位精度的问题，基于北斗差分技术的农机自动导航驾驶系统由搭载在车身的若干传感器和车载卫星天线以及许多的地面基准站构成。在工作中，若干 个CORS(Cross-Origin Resource Sharing 网络通信技 术)基准站通过移动网络向农机发送差分数据，与车载卫星接收天线接收到的定位数据进行实时联合解算，为农机作业提供厘米级的定位精度。农机自动 驾驶系统先根据作业要求，规划农机作业路线，然后 导航控制器将车载卫星接收天线接收到的数据和差分 数据进行联合解算，以获取规划的路线信息。并根据 车身周围的传感器提供的车辆姿态信息、位置信息、 航向信息等实时的转向控制机构发送控制指令，如车 轮的转向及角度、发动机油量的大小等，从而控制农机的行驶方向，使农机按照规定的路线行驶并能使作业精度达到厘米级，从而保证农机作业能高效高质量 的完成。目前，北斗农机自动驾驶系统已在新疆、内蒙、黑龙江、广西、河北、山东、陕西、湖北、安徽 等省市实现规模应用，农业机械种类涵盖30-350马力 段拖拉机，多种插秧机以及多种收割机和打药机等。

　　农机作业监管服务

　　基于北斗的农机作业监管平台集成北斗定位、物联网、信息融合等技术，通过整合农机实时作业多源 状态信息和生产大数据，提供农机物联网、安全监管、 信息化管理综合解决方案，实现农机管理数字化、可视化、智能化、精准化。应用作业类型包括旋耕、插秧、稻麦收割、深松整地、植保、播种、翻耕、深翻、 打捆、免耕播种、灭茬、秸秆还田、甘蔗收割、甘蔗种植、统防统治、中耕培土、造肥、耙地、烘干等。

　　农田是农业规划、生产、管理的基本单元，实现 农田信息的信息采集、实时监测是农业数字化、信息 化的基础。工作人员手持差分定位设备，实时的通过移动通信基站获取信息中心传递的差分信息，差分 设备因此获得高精度的定位信息，从而实现农田信息 的精准测量。

　　“北斗+”遥感监测应用

　　“北斗+”精准农业系统结合卫星遥感技术、图像处理技术、气象监测系统为传统农业创造发展新生态。

　　北斗+遥感是北斗系统与卫星遥感技术相结合的 综合应用，遥感卫星为北斗系统提供空间信息，北斗 系统则根据遥感卫星提供的空间和时间信息，对遥感 图像进行准确定位。二者再与地理信息系统、图像处 理技术相结合，可根据具体位置的土壤图像，结合图 像处理技术，分析土壤的物理指标和化学成分，为农 产品的提供科学的耕种方案。气象监测系统则能提供 过去、现在以及将来的天气信息、空气湿度信息等， 为农业生产的各个环节提供最优化的时间参考，从而 在提高农业生产效率的同时降低生产成本，减少环境污染等问题。“北斗+”农业综合应用如图3所示。

　　精准农业在提高农作物生产产量和农业生产效率的同时还能降低生产成本，改善农业生产环境，减少环境污染，对我国农业发展有积极的推动作用。北斗 卫星导航系统与能为精准农业提供技术上的支持，“北 斗+”精准农业系统则能为精准农业生产创造发展新生态。我国精准农业虽然起步较晚，但国家在863等重大 项目上对精准农业有大力支持，并且随着新一代北斗卫星导航系统的成功建设，我国的精准农业势必会得到飞速的发展。

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