北斗导航与精确农业的有机整合及应用分析

康思远　陈卓

摘 要：在农业机械技术快速发展的背景下，智慧农业逐渐成为农业生产发展的新方向。导航技术作为农业机械智能化的重要组成部分，为农机技术的快速发展创造了便利条件。通过介绍我国自主北斗导航技术在农业机械上的应用情况，说明了北斗导航技术发展和推广中存在的问题。

关键词：北斗导航;精确农业;整合;应用

中图分类号：S229文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.11.002

卫星导航系统已经成为了人们生活的重要基础性设施，也是农业生产重要的辅助技术。随着我国北斗卫星导航技术组网成功并大力发展，北斗卫星已经能够为社会提供高精度位置服务，且高精度定位服务也逐渐应用于现代农业、自动驾驶、无人机等民用领域。针对于农业生产，北斗卫星还提供监管、农机操控和农场精细管理等方面的服务。在精确农业技术快速发展的背景下，农机化作业对定位精确度的要求逐渐升高，已逐渐由过去的米级提升至厘米级的高精度定位，北斗卫星的应用也渐渐成为精准农业实施的基础保障。在我国农业向精细化、智能化和集约化的方向转变的同时，自主北斗卫星导航技术与精准农业技术的有机结合，有利于现代农业运营模式转变和结构调整的实施。

1 北斗导航技术情况

北斗导航（BDS）技术是我国自主研制的卫星通讯及定位系统，能够为全球范围的各时段提供多种功能的精度高、可靠性强的定位、导航、通信以及精确时间校正等功能。北斗导航系统包括了空间端、地面端和用户端三大部分。现阶段北斗卫星导航系统的空间端包括35颗卫星，其中有5颗静止轨道卫星、27 颗中地球轨道卫星以及3颗倾斜同步轨道卫星。能够为不同用户提供开放和授权两种服务，时间精度达到10 ns，测速精度达到0.2 m/s。

从2017年起，农业部重点提出了“建設北斗精准时空服务基础设施”的相关要求，并力争实现农业机械高精度自动作业、实时信息采集以及精准导航普及与使用。同时，在十三五期间，农业部将针对于数字农业建设方向的项目给与大力支持，并为每个试点项目提供最多2000万的国家项目资金支持。

近年来，国家针对于具备北斗导航终端的农业机械在国家农机购置补贴目录给以不同程度的明确财政补贴支持。国家对于北斗导航设备的政策支持，影响了农业机械销售的倾向和趋势，使更多的企业着力于北斗导航相关的农机自动驾驶、导航支持以及其他精准农业相关产品的研究，形成了以卫星导航技术为主要方向的技术竞争形式，为我国精准农业技术和农业生产质量的提升创造了良好条件。新形势下，国家大力支持地方以新型农机为主，对具备北斗终端的农机装备进行试点补贴，以促进先进适用技术的快速推广和应用。同时，农业部积极完成了机具补贴分类分档相关工作，重点选取自动化程度高、功能丰富、大马力、复式作业及其他具备新功能特点的机具，并进一步以地区为单位进行细化分类，有效提高补贴档次的精准性和合理性，提高了补贴资金的应用效率。该政策有利于快速促进以北斗导航技术应用于智能农机具的研发和推广。

2 北斗导航的主要应用方式

2.1 无人自动驾驶技术

通过导航系统实现的农业机械自动化驾驶和作业，利用北斗天线的定位和控制箱实现对行驶、转向和其他功能的远程控制（如图1），并采用远程监控的方式辅助进行，不需要驾驶员现场操作农机。这一技术主要是通过北斗卫星的定位技术和安装在农业机械上的摄像头采集实时数据并以标准信号实时传输，保证远程监控的技术人员能及时了解现场作业情况，并在田间存在特殊问题时及时作出相应的控制和调整。通过安装在农业机械上的北斗导航终端，能够方便地将农田划分成数据网格，从而实现更为精确的耕种。在自动驾驶过程中，农业机械的作业严格按照设定程序进行，不仅实现无人自动作业，更能保证作业的精确性，基于北斗卫星导航技术的无人自动驾驶技术显著提升了农业生产的效率，降低农业生产的人力劳动负担，同时对于合理化生产也有很高保障。

2.2 无人机自动喷施技术

北斗导航技术除应用于农机的地面作业外，还可供植保无人机进行高效的喷施作业，现阶段北斗卫星通过精确定位和差分技术能够实现无人机根据预定的轨迹进行高精度的飞行要求（如图2），从而快速完成植保作业。而对于未来，在变量喷药技术与地理信息技术有效结合后，无人机喷施农药的过程还会结合田间农作物生长情况的实时变化，喷施量会与农作物密度等情况结合后喷施以适量的农药和化肥。

2.3 农机资源分配与管理

现阶段，在北斗无人自动驾驶技术逐渐推广的前提下，我国多地还建立了农业机械的远程监控和调度系统，并逐渐投入运行使用，通过北斗卫星导航所能提供的服务，结合位置信息与耕地实际情况，分析并得出农业生产的相关趋势，用卫星导航技术创造更合理的农业生产形势。利用北斗卫星技术对农业机械进行管理十分便捷，通过定位终端能够实现对每一部机械具体位置情况和当前工作状态的全面及时了解，并利用计算机技术对农业机械的作业情况及相关数据进行分析和总结，能够快速计算出在单独划分的网格区域内农业机械的行驶距离及时间，从而获得农机作业的耗油量和损耗情况，以此提升农业生产基础设施的建设情况，以保证农业机械作业过程的安全可靠，通过实时监测还有利于技术人员和救援人员明确故障农机或事故发生的具体位置。

2.4 调整机械作业的科学形式

对于很多国际化的农机企业，在很多年前就将卫星定位技术与先进的农业机械进行融合，并在发达国家进行了广泛的使用。目前阶段，以北斗导航技术为平台，我国具有自主导航技术的农业机械也能够达到相关的技术要求，对于播种、收割、植保等机具的使用，通过卫星定位技术配合多种传感器设备协调工作，为合理化作业提供了保障。通过对农田进行分区的数字化处理，结合收集过程中积累的产量、土壤情况、病虫害等信息数据，经计算及处理后能够得出精确的数据分布图，从而合理地设计农业机械的作业方案，例如收割速度、植保施药量等，从而以最合理的方案实现农机作业质量和效率最优化。利用北斗卫星的辅助，不仅能够保证机械作业的科学性，更能够通过提升插秧和播种等作业到厘米级精度，来保证农作物对阳光和养分的均衡分配，使农作物生长过程也达到科学的效果。

3 北斗导航应用过程存在的问题

尽管北斗卫星导航技术在农业机械领域应用具备精确定位、导航和实时数据及作物情况统计等众多优势，但北斗技术在我国农村地区实际应用时还存在很多制约，其主要问题表现为以下几个方面。

3.1 基础条件的制约

由于我国农业生产覆盖的范围很广，不同地区的耕地在地形地貌、耕地条件方面差别很大。例如我国北方地区的几大平原区域，耕地面积连续且广泛，而其余很多地区的耕地仍以小面积经营为主，且地形不平整。除我国北方平原地区农业耕地大面积相连接以外，其余地区由于地形不平和地块面积小等问题，不利于大规模农业机械化作业，这限制了先进农机的应用。老旧农机与北斗导航技术的结合普遍不好，由于农业生产方式的落后，更加不利于先进卫星技术的应用与推广。

3.2 运营成本的制约

由于北斗卫星的移动终端设备具有技术含量高、使用环境要求高的特点，在现阶段的农业机械上使用存在着安装费用和使用费用偏高的问题，我国的很多基层农场、合作社以及家庭很难承担这些费用支出，这在一定程度上制约了北斗卫星导航技术在农业机械上的普及。

3.3 技术要求的制约

北斗导航相关技术十分先进，对操作和使用的要求很高，农机驾驶员必须要通过专业的培训才能使用和操作具有北斗导航及附属功能的农机装备，导致农民在使用具有卫星定位功能的农业机械时存在一定的难度，且对于故障问题的处理能力较弱，在一定程度影响了农民的使用信心。

4 结语

随着农机技术的不断进步，电子控制、传感器技术和液压技术等应用，使农业机械的智能化程度越来越高，这为北斗卫星的广泛应用创造了良好的条件，在国家各项政策支持的情况下，北斗卫星在农业机械上还将实现更多更实用的功能。

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