GNSS技术应用于精准农业——《Inside GNSS》专访美国俄亥俄州州立大学农业专家John Fulton博士

GNSS技术应用于精准农业
——《Inside GNSS》专访美国俄亥俄州州立大学农业专家John Fulton博士

除了为军事和交通应用导航，GNSS还能为其他行业提供服务，其中农业最具代表性。当谷歌（Google）和汽车厂商们正努力研究如何让自动驾驶车辆上路的时候，10年来，农场主们早已利用GNSS导引设备在田地里工作，以及进行许多其他农业相关的特定的应用。确实，GNSS和其他一系列高科技资源正在加速农业的转变。

为了全面了解精准农业领域最先进的科学技术，《Inside GNSS》采访了俄亥俄州州立大学食品、农业和生物工程系副教授John Fulton博士。Fulton博士曾在俄亥俄州一家2000英亩的家族果蔬农场担任了24年的副场长。他研究美国农场使用先进技术的情况，并撰写了很多文章。Fulton博士估计，美国70%的农场不同程度上采用了GNSS技术。

《Inside GNSS》：在精准农业的GNSS应用中，农业从业者们对哪一级别定位精度的需求更广泛，他们是否希望获得更高的GNSS精度？

John Fulton：定位精度取决于田间的具体作业和所用技术。典型应用设备，如喷药机和施肥机，只需要使用广域增强系统（WAAS）或亚米级校正技术即可，因为它们不需要高精度。这些作业通常比其他田间操作的地面速度更快，而其他一些田间操作的速度约16～32km/h。高速情形下，相邻两次操作的间隔不到15min，分米级定位精度对这些机器的导航和速率控制技术来说已足够了。

然而，由于费用降低，以及出现更高精度的校正服务，特别是国家建立的连续运行参考站（CORS）和专用网解决方案，过去10年来，农业领域的潮流一直是追求分米到厘米级的精度。导引系统，包括农业设备的光指示引导和自动引导系统的广泛应用，使GNSS技术成为精准农业的头号应用。田间作业，如播种、耕种和收获，也都在使用GNSS技术。实时动态测量（RTK）的应用越来越多，已经是农民使用得最多的校正服务之一。

《Inside GNSS》：高精度（即厘米级）GNSS技术的主要农业应用是什么？

John Fulton：高精度或RTK被广泛用于拖拉机和收割机自动导引技术，以增强农机控制，并在相邻操作间精确地保持间距。更具体地说，凡是农机和操作校准对后续田间作业非常关键时，RTK能提供所需的精度。

一个典型的例子是条耕操作，播种时要保证种子置于每一条地块的中央。如果在地块边缘附近或地块外操作，将会影响农作物产量。因此，为了保持每次操作准确对齐，RTK厘米级精度是必要的。收割机要与农作物行准确对齐以使收割损失最小，同样要求RTK厘米级精度。我们还看到，RTK技术被用来依据作物行更准确地引导施肥机，从而使养分被最大程度地吸收，同时降低化肥场外流失的环境风险。

《Inside GNSS》：希望获得高精度（即厘米级）GNSS资源的农场主，他们更倾向于采用虚拟参考站技术，还是本地地基RTK系统，或是星基商业服务？

John Fulton：关于农业领域的RTK应用，农场主们有很多选择。通常，相对于真正网络解决方案来说，单一基线解决方案的采用率更高。

然而，近几年采用网络解决方案显著增加，包括虚拟参考站(VRS）。一些农业公司仍然只提供本地地基RTK解决方案，客户不得不购买该服务。对大多数农民来说，最大的变化是不用购买自己的基站并负责管理。多数新用户会在本地基站网络或网络解决方案（VRS、CORS等）中选购每年的服务。

《Inside GNSS》：精准农业技术的可扩展性，一直是讨论的话题。我们已认识到不同的因素，如作物种类、种植面积和具体应用等，会影响选择采用这些技术的决定，那么，精准农业适用于多大规模农场的经营？

John Fulton：如今，大小农场都在使用精准农业。过去20年来，特别是最近6年，使用该技术的费用大大降低，这使得任何规模的农场都能用上精准农业技术。不但费用降低，功能也得到极大的扩充。现在农场主们不再只是购买导引系统，而是购买集成了导引和控制农机应用功能的技术。因此，农民能够以相对较低的价格购买拥有很多功能的技术。

进一步来说，制造商在生产农用设备时，就将精准农业技术集成到农业设备中了。购买GNSS接收机时也许需要支付解锁费，但随着时间的推移，费用已大大降低——与15年前相比费用降低了50%～80%。农业领域的应用开发也经历了指数增长，农民能够使用大众消费产品获取空间数据，利用智能手机、平板电脑等内置的GNSS。小农场主虽然不会采用RTK技术，但他们使用自动导航驾驶也不是件稀奇的事。

《Inside GNSS》：精准农业技术传统上适用于生产大规模经济作物的农机作业，如玉米、小麦和大豆，那么，GNSS技术能否适用于价值更高的农作物生产领域，例如果园、葡萄园和蔓藤类浆果等？

John Fulton：是的。现在，GNSS用于开展上述高价值农作物监控，以及对特种作物和行耕作物数据采集地点进行位置标记。遥感影像被用来记录应季作物健康情况，或用于辨别各种农作物的问题。地理信息系统（GIS）和GNSS技术持续发展，改进了蔬菜和木本作物的管理。机械自动化和可视化技术改善了农药和化肥的播撒，增加了产量。

《Inside GNSS》： 目 前 精 准 农 业是否大量使用多系统GNSS技术（如GPS+GLONASS）？鉴于其他GNSS系统正在部署（如北斗、伽利略），多系统GNSS技术应用的前景和驱动力怎样？

John Fulton：在美国许多地区，田地周围会种一圈树，再加上起伏或陡峭的地形，就制约了仅使用单一GPS系统特别是RTK解决方案的应用。田间作业过程中，由于部分天空被遮挡，用于定位的GPS卫星可用颗数降至所需最小数量或以下。因此，当出现树林或其他障碍物时，单一GPS系统无法正常使用，驾驶员不得不切换回手动驾驶和手动控制操作。GPS+GLONASS解决了这些问题，使得这项技术能在整片田地中不间断地运用。北斗等新卫星导航系统的加入改善了全球GNSS定位接收机的正常运行时间和稳定性。

● 高珍_编译自《Inside GNSS》网站