基于北斗的甘蔗种植智能管理系统设计

付文涛

【摘 要】针对目前我国甘蔗管理作业劳动强度大、效率低、耗费人工多，影响着甘蔗种植、采砍、运输、糖业生产之间的信息流通性的问题，本文采用基于北斗卫星导航，同时结合无人机遥感、GIS等技术设计了一套甘蔗种植智能管理系统，该系统由甘蔗田管理系统、甘蔗种植进程精细化管理系统和甘蔗种植管理大数据平台构成，以甘蔗种植一体化管理大数据平台的应用满足制糖企业、蔗农的需求，实现对甘蔗田的集成化管理，达到提高智能化效率，节约人工成本，给制糖企业和农户带来更大经济效益为目的。

【关键词】北斗卫星导航;无人机遥感;智能管理;大数据平台

中图分类号： Q14;TP79文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）25-0124-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.25.060

Beidou-based Sugarcane Planting Intelligent Management System Design

FU Wen-tao

（Guilin university of electronic science and technology， Guilin Guangxi 541004， China）

【Abstract】At present， China's sugarcane management operations are labor intensive， inefficient， and huge human resources consumption， and these affect the information flow between sugarcane cultivation， harvesting， transportation， and sugar production. For this problem， this paper designs a set of intelligent management system for sugarcane planting based on Beidou satellite navigation and combined with UAV remote sensing and GIS technology. The system consists of sugarcane field management system， refined management system of sugarcane planting process and big data platform of sugarcane planting management. This system can meet the demand of sugar enterprises and sugarcane farmers， and realize integrated management of sugarcane fields through the application of big data platform for sugarcane planting integrated management. Therefore， it will achieve the purposes of improving intelligent efficiency， saving labor costs， and bringing greater economic benefits to sugar enterprises and farmers.

【Key words】Beidou Satellite Navigation; UAV Remote Sensing; Intelligent Management; Big-data Platform

0 引言

随着甘蔗糖业的不断发展和扩大，对其生产作业管理的要求也极大提高，由于目前我国甘蔗作业劳动强度大、效率低、耗费人工多，造成甘蔗种植的管理水平低下的问题[1]，严重制约制糖产业高速发展，因此中国甘蔗种植产业正在向精细化、智能化、集约化的方向转变是大势所趋，将精准北斗导航技术引入甘蔗种植智能化管理实践中，从而推进现代甘蔗种植产业发展方式的转变和结构调整，旨在提高甘蔗产量。因此本文采用北斗高精度定位技术，与无人机航测遥感技术及多源传感信息相融合，一方面能够提高甘蔗种植信息数据采集的可靠性和准确性，另一方面能够大幅减少像控点的数量，从而解决了甘蔗种植、砍运和制糖业生产信息无法共享的问题，实现甘蔗种植产业“生产-种植—砍运”一体化管理目标。

1 甘蔗田管理系统设计

甘蔗田管理系统以无人机遥感技术、北斗测量技术、北斗实时动态定位技术、GIS技术、北斗平地车、北斗车载终端等为基础，建设地理信息数据库和农户信息数据库，通过地理信息数据库和农户信息数据库的综合应用，利用GIS技术构建出可视化的GIS地图[2]，为蔗田管理提供一个高效快捷的管理系统。基于北斗的蔗田管理系统结构图如图1所示。

整个甘蔗田管理系统包括蔗田原始数据的获取、蔗田管理子系统、地理信息数据库、农户信息数据库和GIS地图的构建以及北斗车载终端。蔗田管理子系统利用无人机遥感技术、北斗测亩仪和北斗实时动态定位技术获取蔗田影像、面积、海拔、高程、经纬度以及边界等原始信息。接着利用这些信息进行蔗田规划、土地确权措施动作，得到进一步詳细的蔗田相关数据和农户相关的信息，再利用这些数据构建地理信息数据库以及农户信息数据库。在进行蔗田平整时，首先通过蔗田管理子系统从地理信息数据库中获取蔗田相关信息，计算出蔗田平整面积大小，蔗田高程等信息，然后将这些信息传给北斗车载终端，北斗车载终端根据这些信息控制北斗平地车进行平地操作，北斗车载终端在平地完成之后的蔗田高程等信息再回传给地理信息数据库，形成一个闭环控制系统。最终利用地理信息数据库和农户信息数据库通过GIS软件构建出GIS地图[3]，将所有信息可视化，使得蔗田管理工作难度大大减轻。

2 甘蔗种植进程精细化管理系统设计

甘蔗种植进程管理系统分为两个部分：机械化播种系统和甘蔗精细化种植系统。机械化播种系统是把北斗卫星定位导航系统应用到甘蔗种植机，实现高精度播种，使甘蔗的播种从单纯机械化迈向机械化、精细化、信息化。甘蔗精细化种植系统是建立一个覆盖气象、数据库、安全预警信息、职能管理滴灌控制等信息化组件功能。利用信息化管理，实现整个农田管理过程自动化程度、精准化程度的提升，从而提高整个产业链的效率和产值。系统框图如图2所示。

甘蔗种植精细化管理采用了土壤湿度传感器、光照传感器、土壤盐分传感器、土壤PH传感器等获取数据[4]，并将获取的数据上传至大数据库平台，再使用大数据库平台对甘蔗种植生产管理进行辅助分析，对土壤水分和天气情况的分析实现自动灌溉，根据土壤养分监测情况按需施肥，对甘蔗生长情况抽样采集以及根据航拍的蔗苗密度对蔗苗进行适当的补苗。并统计汇总灌溉数据量、总的施肥量、无人机航拍的图像信息以及补苗的数量等数据上传至大数据平台，实现远程监测甘蔗种植情况。甘蔗种植精细化管理示意图如图3所示。

甘蔗種植进程精细化管理系统具体分为以下几个部分：

（1）甘蔗精细化管理的业务范围主要包括空气温度、湿度，土壤温度、湿度、太阳辐射强度、二氧化碳、紫外线强度、降雨量、蒸发量、地球磁场强度等参数数据的采集，实现相关参数数据在GIS地图上的实时显示。

（2）提供历史数据查询、专家数据库、标准甘蔗种植数据库、甘蔗种植成本统计、甘蔗种植数据分析等功能。

（3）发布甘蔗灾害预警信息。主要包括灾害种类、预警区域、预警期起止时间、可能影响范围、警示事项、采取应急措施等，及时对可能发生的甘蔗灾害做出分析预测，发布预警信息并进行应急响应。

（4）滴灌自动智能控制。根据甘蔗精细种植及甘蔗作物生长需求提供分时段、分地域、分地段水肥药智能滴灌控制，实现滴灌的远程智能控制，具备水肥药智能调配、智能滴灌控制、智能滴灌数据处理、滴灌设备管理等功能，使滴灌过程中水的利用率达到95%。

（5）甘蔗智能施肥。根据无线传感器网络分析土壤汇总的数据，即土壤中的各种养分含量，有针对性的选择肥料，变量控制施肥。

3 甘蔗种植智能化管理大数据平台

甘蔗种植智能化管理大数据平台不仅可以按照不同地区显示不同类别数据的功能之外，而且还可以利用平台收集的农业数据，主要包括蔗田数据、气象数据、农机数据、甘蔗产量数据、化肥数据和病虫害数据等，以饼状图、柱状图、折线图、数据地图等形式展现在网站动态页面上。同时将实时数据发送到移动APPA、微信等终端平台。

3.1 大数据平台主页面

根据平台的设计原则实现平台的主页面，主页面导航栏中包括网站首页、数据查询、数据挖掘、登录注册五个导航功能，导航可以向平台做出指令并得到反馈信息。

3.2 平台数据查询页面实现

平台数据查询页面主要包括甘蔗种植面积、灾害预警、甘蔗生长状况、砍运调度等几个重要数据列表。对于这些数据，用户可以进行自由下载，下载量则有相应控制范围，超出范围需要用自己的数据进行交换，才能获得更多数据。

4 结语

本论文通过北斗定位终端、传感器、网络、存储设备及服务器等设备完成数据采集，综合北斗高精度定位技术、多种类型传感器、通信技术、网络技术、遥感技术等现代技术手段，实现对甘蔗种植数据的挖掘、计算和分析，分析处理后将数据反馈回到数据库中，同时通过信息可视化技术展现在平台的HTML页面上。最终实现对甘蔗种植的智能化管理，减少人工成本，提供甘蔗产量。

【参考文献】

[1]谢慧.基于北斗的糖业砍运一体化管理系统研究[J].企业科技与发展，2017（08）：19-21.

[2]张锐敏.基于GIS技术的北斗卫星定位/导航系统的设计与实现[D].河北科技大学，2015.

[3]彭秋连，张跃彬，杨华，等.基于GIS的甘蔗生产信息管理平台的研究[J].农业网络信息，2016（11）：47-49.

[4]闫焕娜.土壤湿度传感器的智能化研究[D].河北工业大学，2014.