农业机械卫星导航精准管理研究

新疆博乐第五师九十团农业发展服务中心 王维民

在我国传统的农业生产中，人工体力劳动是普遍做法，但是会造成效率低下、人工成本较高、作业标准化程度较低、相关数据难以收集及劳动成果难以量化等问题。因此，利用现代精准管理操作的农业机械进行作业是解决这一问题的有效手段。为实现精准管理，农业机械需要导航系统的高度配合。近年来我国各地均采取了相关的政策扶持，提高了智能农业机械在农业作业中的利用程度，取得了显著的效果，提高了农业生产活动的作业效率。但是，我们看到，机械化作业在实践中也凸显出一些问题，主要表现在：一是相关部门不能实现实时的数据获取及汇总，相关工作的整体性和宏观性管理缺乏保障；二是相关作业统计面积存在误差，数据的真实性缺乏保障；三是机械作业的质量无法保证，只能进行抽查，这显然并不科学。因此，本文旨在通过优化导航管理系统，实现农业机械的精准化管理。

1 机械化作业精准管理信息系统的技术支持

长期以来，在我国农机领域，一贯利用GPS 定位系统实现农业机械的定位、监控以及调度工作，取得了一定的成效。但是，其中存在较大的隐患与弊端，国外的GPS定位系统在某种程度上限制了国内一些行业的应用。可喜的是，伴随着我国自主研发的北斗卫星导航系统投入使用，且逐步取代传统的GPS 运用到包括农业在内的许多行业中，“北斗”成为我国现代化农业机械自主化、智能化的必然选择。

本文正是利用北斗导航技术，结合地信技术，重组与优化农业机械作业的管理系统，实现农业机械定位、数据采集及处理的实时精准管理，提升农业机械作业的信息化程度。

2 机械化作业精准管理信息系统设计

2.1 业务流程设计

新疆维吾尔自治区是传统的农业大区，也是农业机械大区。长期以来，自治区政府职能部门及相关的涉农科研院所一直致力于信息化、智能化农机作业的研究与推广工作。基于历史经验，笔者认为农机作业流程主要由作业分配、调度、监控及数据采集、反馈等环节构成。

2.2 总体架构设计

农业机械作业精准化管理系统由感应、传输、服务、应用这四大体系构成。其中：感应系统由农机车载传感器、北斗导航、摄影设备及车载信息收集终端设备构成，目的是进行精准定位及获取高清影像信息；传输系统借助移动网络实现对感应获取的数据信息进行远程实时传输；服务系统借助于实时传送的数据，运用SOA、体系结构设计等工具对技术进行有效组合，规范操作设计；应用系统对数据资源面向涉农的管理部门和农业集体经济组织及农机手共享，并提供相关服务。

2.3 农机车载终端设计

2.3.1 高精度定位模块

GGA 依次经过GSNN、CPU、GPRS 的传递，借助定位地基，通过NTRIP 协议获取差分数据，再将其经GNSS 解析，最后，将处理后的数据经GPRS 输送到服务器。

2.3.2 高分辨率摄像设备

农业机械车载高分辨率影像设备的硬件要求是具备防污、防水、抗震等必备功能。高清影像设备根据所搭载的农机速度、农机作业周期、农机定位信息自动选取拍摄时机，实现高清影像数据记录的智能化。

3 机械化作业精准管理信息系统功能设计

机械化作业精准管理信息系统功能设计由以下七大功能实现。

一是作业概览。主要展示的是作业地块与农业机械的分布情况。

二是作业监控。对农业机械作业的周围环境、农机动态参数、作业过程进行全程跟踪监管。

三是作业审核。对农机作业面积和作业效果进行判断，通过高清影像画面进行审核。

四是作业调度。此项功能分配农机作业区域，并根据作业情况进行动态调整。

五是信息维护。为涉农单位及个人用户提供信息查询功能。

六是作业分析。对农机作业位置、进度和完成质量等情况进行反馈，并绘制相关图表，以供参考。

七是地块统计。统计依据提供多种方式，从不同角度展示地块分布情况，以供后台参考。

4 关键技术分析

农业机械由北斗进行定位，但是定位信息量巨大，农业机械行驶轨迹较为复杂，精准识别地块是核心问题。笔者采用地空区域聚类方法识别地块信息。

4.1 农机行驶轨迹

农业机械的运行轨迹依靠行车点X1、作业点X2 和停车点X3 进行判断。其中，实际的作业点为识别地块提供可靠的数据支撑。其中，对X1、X2、X3 三点坐标之差的野值点予以排除；农业机械运行时速超过10 千米的点予以排除；对时速小于0.01 千米的给定阈值点予以排除。