卫星定位技术在农业机械上的应用及发展分析

吕明杰

摘 要：我国是农业生产的大国，近年来我国农业机械发展迅猛，卫星定位技术是现代农业机械动化的关键技术，在一定程度上引领者农业机械未来的发展方向，介绍了农业机械中应用卫星定位技术的相关知识，说明了卫星定位技术在农业机械领域应用的发展历程，分析了现阶段存在的问题，并说明了卫星定位技术在我国农业机械领域未来的发展方向。

关键词：卫星定位；农业机械；精确农业；自动化

中图分类号：S220 文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.08.010

0 前言

农业是我国的重要产业之一，农业机械技术的发展关系到我国农业的各个方面，是国计民生的大事。虽然我国的耕地面积很大，但是由于人均耕地较少且质量较差耕地所占的比例较大，按照传统的耕作模式，农业产量难以满足农民的日常生活需要，这就需要先进的农业机械来提高农业作业效率，从而提高农产品的产量，使农民获得更多的收益。近年来，随着我国农业技术的发展，种植户的农田呈现多承包和面积扩大化的特点，在此趋势下，为了能够更好的进行分析和处理田间问题，提高先进农业机械作业的可靠程度，在农业机械中应用卫星定位技术将起到关键作用。卫星定位技术也被称作GPS技术，它是一种利用卫星技术及通讯技术进行测时和测距的先进技术。尤其是在平原地区的农田进行大范围的农业机械化作业时，更需要重视GPS技术的使用，现阶段的GPS技术不仅可进行全球卫星定位服务，甚至可以和其他学科结合，进行地理条件分析、气候预测以及进行种植技术的推荐等工作。GPS技术是现代精准农业概念下的一个重要组成部分，它能够在很大程度上节省农业作业的各项投入，促使农业合理化，提高农作物产量和效益，并有利于环境和土地资源的保护。

1 卫星定位技术及农机GPS发展过程介绍

1.1 卫星定位技术介绍

全球卫星定位系统（简称GPS）由美国科学家在20世纪 70年代进行开发和研究，并在1994年全面推向市场，全球卫星定位系统利用全新一代卫星设备使其成为具有定位能力和导航能力的一套高技术系统。GPS系统是包含了24颗卫星所组成的系统，它可以保证在地球上任何一个位置和任何一个时刻都能被四颗卫星所观测到，以确保卫星可以准确的采集到观测位置的经纬度和高度信息，从而实现定位、导航、授时等功能。它可以对飞机、船舶或车辆进行安全和准确的导航及路线规划，并通过卫星的实时定位提供更加准确的信息。

1.2 国际农机GPS技术发展介绍

在20世纪90年代，GPS技术在美国开始逐步地应用于农业机械之上，GPS技术以其精度高、操作简单、速度快、成本低等优势被各种农业机械广泛采用，例如播种机、中耕机、收获机以及拖拉机等。1992年，一所美国大学的科学研究人员通过多次试验，在农业灌溉机械上应用了GPS技术，取得了很有价值的成果，在通过农用飞机对大面积农田进行植保或洒水灌溉作业时，利用GPS 航空导航系统事先设置好飞机的飞行速度、飞行高度以及飞行路线，成功的完成了大面积的田间灌溉作业，并且精确的引导飞行员进行喷洒作业的衔接，提高了喷洒的覆盖面积和作业的可靠程度。至今，美国的农业机械超过50%使用GPS与网络连接作业，几乎所有的中大型农场都配备了带有GPS的定位系统。很多的联合收获机装备了GPS模块，通过便捷的导航系统，可实现农业机械的全自动化作业，同时，通过GPS与互联网相连接可以实时的将对应位置的产量和粮食质量等信息传输到处理系统，方便以后的农业耕作。在日本，某农业研究机构自动化无人播种机就利用GPS系统的精准定位技术来进行播种，其播种误差在8 cm以内，而随着技术开发的不断完善，该中心所推出的稻田插秧机的插秧精度可控制在2 cm之内。近年来，日本在农业机械方面还在大力探索无人驾驶技术，由日本北海道大学与日本某家农业机械厂联合开发的无人驾驶拖拉机可以实现从农机具仓库到农场的全程无人驾驶， 它利用GPS测量技术进行瞬间定位， 精确程度极高。

1.3 我国农机GPS技术发展过程

全球卫星定位技术在我国农业机械上的应用较晚，精确农业概念于1994年被我国农业机械专家建立为研究课题，此后展开了对于GPS技术在农业机械之中的研究，并将此研究列入国家引进国际先进农业科学技术项目，我国农业机械专家与其他领域专家配合在多地建立了农业机械全球卫星定位系统的试验基地，通过对国外先进技术的学习和考察，引进了大量的先进GPS设备，进行了卓有成效的研究和创新，为我国卫星定位技术在农业机械中的使用奠定了理论基础。到20世纪末，我国科研机构及高等院校对卫星定位技术的应用性研究取得了长足的进步。我国GPS技术在农业机械中的应用在技术层面已经相当成熟，下图为我国北斗卫星导航技术在拖拉机上的应用展示。

至今，伴随着我国农村地区的快速发展，国家也积极建设了大量的基础工程，这使农业机械应用GPS技术变得更加便捷，同时农业机械发展的高技术化也拉近了与GPS技术之间的距离，现阶段我国的农业机械处于一个技术、制造、配套设施齐备的高平台之上，这为农业机械全自动化发展提供了新的機遇，随着各地区GPS跟踪站的逐步建立和我国自主BDS技术的研制成功，GNSS技术在我国农业机械上的应用也正朝着更深的层次发展。

2 GPS技术在农业机械上应用存在的问题

虽然卫星定位技术应用在农业机械领域有着精确定位、导航、实时数据统计以及作业质量与产量的实时监测等众多好处，但是由于我国的实际情况限制，卫星定位技术在我国农业机械上的发展还存在很多问题。

（1） 我国的耕地面积较大，不同地区的农业用地存在的地形地貌差异很大，除了我国北方平原地区的农业耕地大面积相连接以外，剩余的地区由于地形不平和地块面积小等问题，不利于大规模的农业机械化作业，同时由于土壤、地势、气候等条件的限制，能够使用的农业机械也各不相同，这就造成农业机械在自动化程度、种类以及型号等各个方面极为杂乱，在半自动化地区更不利于GPS技术的普及和使用。

（2） 由于卫星定位技术所包含的知识极为广泛，所依托的技术层面和科学类别也很多，单独应用于农业机械的卫星定位技术的研发存在着较多的问题，而现阶段专门应用于农机卫星定位研究的经费有限、科研团队及从业人员较少、农业机械GPS行业的利润较低等因素，都限制了农业机械卫星定位技术的发展。

（3） 现阶段我国的卫星定位技术大部分依托于引进技术，这个过程所消耗的经费极高，且发展速度相对于发达国家更慢，虽然我国自主GPS技术已研制成功，但现阶段应用范围较小，农业机械的使用更少。

（4） 由于技术进口和GPS系统技术含量高，卫星定位系统的安装和使用费用较高，很多农场及农村家庭无法承担这项费用，在一定程度上制约了GPS技术的推广。

（5） GPS系统需要进行专业的培训才能操作和使用，农民在使用过程中存在一定难度，且农民对GPS突发问题的处理能力较弱，现阶段专门从事GPS技术服务的人员较少，服务水平参差不齐。

（6） 现阶段我国市场上的农业机械所使用的GPS产品存在着功能不全、品种单一和质量不过关等问题，很多产品不进行技术研发，一味仿造国外先进品牌，在技术的理解和开发能力上都存在一定的欠缺。

3 农业机械GPS技术发展方向展望

由于我国的人口众多，对粮食等农产品的需求量很大，这对新时期我国农业的发展提出了挑战，卫星定位技术作为农业机械自动化的关键技术，理应成为当前的研究重点，现阶段GPS对农机的导航和定位已经可以在一定程度上提高农业机械的工作效率和作业质量，还能减轻农机驾驶人员的工作强度，尽管如此，由于农业机械的作业环境较为恶劣，这就要求导航系统具有很高的适应能力，以针对不同情况下的农业机械作业，例如在卫星信号受到干扰的情况下，应该运用更为先进的分析技术或视觉导航技术保证农业机械能够行驶出信号较弱区域。再例如农业机械在预定路线行驶中遇到突发情况需调整行驶路线，或在已经改变行驶路线的情况下，要求导航系统能够及时的设计新的工作路线，以保证农业作业的可靠程度。农业机械的GPS传感器需要有一定的适应能力，能够应对噪音、气候、地理环境等多方因素的干扰，从而适应农业机械在工作时的复杂环境，保证农业机械的工作效率。

现阶段，我国仍需大力提升卫星定位技术在农业机械领域的研发力度，尤其是在平原地区大面积的连接田地，卫星定位技术可以在播种、收获、灌溉等易于实现农业机械自动化的作业环境中起到相当大的作用。卫星定位技术将引导农业机械向着更实用的方向发展。近年来，对于蔬菜、瓜果的自动收获机器人也相继研发成功，农业行进机械在GPS定位和导航的控制下，向着无人驾驶和自动收获前进。国际农机发展经验告诉我们，现代农业未来的发展方向是精确农业，GPS技术作为精确农业中重要组成部分，它在精确农业中的应用必不可少。

4 结束语

近年来，我国农业机械技术逐渐向着现代化方向发展，呈现出信息化、自动化、 精确化、规模化等特点，在农业机械中应用卫星定位技术，并将它与网络技术、自动控制技术和计算机技术有机地结合起来，能够极大地提高农业机械的自动化和智能化程度。我国作为农业大国，人均耕地面积较少，这就要求我国必须尽快完成农业机械自动化进程，以提高农业的耕作效率，提高农作物产量。而目前我国对于精确农业方面的研究力度还不够，对于卫星定位技术在农机上应用的重视程度也还不足，但相信，随着科学技术的不断发展，GPS技术在农业机械领域的应用会越來越广泛，我国的农业机械技术也会有质的飞跃。

参考文献：

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