北斗地基增强系统在精准农业中的应用研究

2021-01-10刘功民张鲲鹏

建材与装饰 2020年36期

刘功民，张鲲鹏

（柳州铁道职业技术学院广西柳州 545616）

自从北斗卫星系统建成以来，便开始应用于中国及周边地区的交通运输、灾害监测、应急救援、森林防火、水利水电、海洋渔业、油气运输、部队指挥等领域，并取得了一定的成果，在铁路沉降监测、机场沉降监测、桥梁沉降监测方面也取得了一定的进展。现结合精准农业场景中北斗地基增强系统的具体应用，进行相应的分析。

1 精准农业的概述

精准农业指的是采用现代化高新技术手段，例如CDS 与GIS等，获得数据信息，比如影响作物生长的环境因素等，采取技术调控措施或者经济调控措施，按照实际需求定位调控。目前来说，高新技术与农业的结合，主要体现在农机设备与其他方面，现结合技术应用实践进行分析。

2 北斗地基增强系统配置

2.1 北斗地基增强系统总体架构

近年来，我国卫星导航技术水平不断提高，通过自主研发与管理，构建北斗全球卫星导航定位系统，为各个领域提供服务，定位精准度与可靠性可以达到GPS 系统水平。精准农业方面的应用，主要是将北斗系统的导航设备，应用到农机自动驾驶系统，获得不错的成效，例如降本增效，能够保障我国战略安全，同时促进北斗导航产业的发展。从构建的北斗地基增强系统分析，融合应用了卫星导航定位技术和计算机技术等，能够实现实时差分改正信息解算，可面向使用者提供相应的信息，例如卫星导航信号观测值以及差分改正数等。将北斗卫星导航系统以及网络RTK 技术，推广应用到农业领域，促进精准农业技术的升级，提高农业生产信息化水平，达到提高生产效率的目的。总体而言，构建的北斗地基增强系统，主要组成包括基准站与数据中心，能够实现对可耕地面积的全面覆盖，并且为数百台农机提供精准定位服务，系统的组成如图1 所示。

图1 北斗地基增强系统架构

2.2 数据中心子系统

根据系统功能需求与实现方式，构建数据中心子系统。系统的组成包括服务器、计算主机、网络设备以及UPS 电源等，属于整个精准农业系统的核心与大脑。系统的数据中心，负责接收各个基准站发回的数据信息，对基准站运行情况进行检查。除此之外，对系统配置的基础设施与设备，实施严格全面的检查，排除运行问题，保证采集的基础数据信息质量达标，获得改正后的信息。同时结合应用端的需求，进行服务功能的开发，为其提供应用支持。例如，形成差分数据文件，提供给需求者。

2.3 数据通信子系统

构建的通信子系统，具体包括有线VPN 专网与无线网，为整个精准农业系统的桥梁与纽带。利用此系统实现基准站与数据中心有效联系，助力数据提供端与使用端的有效通信。实际应用中各个基准站利用有限VPN 专网直接连接到数据中心，使用者可利用通信基础设施实现和系统中心的通信。

2.4 基准站子系统

构建的基准站子系统，设置了3 个基准站。单个基准站的组成，具体包括测量型天线和GNSS 接收机以及网络设备等。实际应用中能够达到卫星导航定位数据跟踪功能、数据采集功能、数据传输功能，同时能够实现对系统可靠性的监测。

2.5 用户终端子系统

构建的用户终端子系统，包括流动站接收机部分、农机控制系统，主要负责操作农机完整精细化作业。其中，设置的信息接受设备，既可以获得传送的数据信息，也能将其发送出去，整个过程数据的准确度不会产生变化，可为各个系统提供支持与依据，保障相关工作的开展与落实。系统的搭建，要考虑每个层面，切实保障功能的实现，提高系统服务的质量与水平。

3 北斗地基增强系统在精准农业的应用总结

3.1 北斗地基增强系统的应用优势

根据精准农业实践分析，采用的北斗地基增强系统，实际应用中具有以下优势：

（1）设备操作简单。尚未更新的设施设备，功能的实现，主要依靠的零部件与设备较多，增加了实现过程的烦琐程度，影响着任务推进的进程。因为接收机为临时设置，难以保障坐标的精确性，实施农业作业，采用的新系统与新设备，具有操作简单的突出优势。构建自动化水平更高的农机自动化驾驶系统，可不设置基准站，仅需要启动并且输入耕地编号，装配在农机使用端便可以自动登录系统，同时可以获得差分改正信息，达到高水平自动导航作业[1]。

（2）设备成本低。采用传统的RTK 模式，农机自动化驾驶系统作业时，需要为每台农机配置1 套基准站接收机，同时还需要配置发射电台和天线等，因此成本很高，基本要超过10 万元。使用北斗地基增强系统，构建农机自动化驾驶系统，采用的是“一带多”的方案，能够实现带动数百台农机同时作业的效果，有效降低了作业成本，每台降低大约4 万元。

（3）覆盖范围比较广。传统的作业模式，局限于电台辐射范围内。一般来说，将电台设置在高楼上，有效覆盖范围比较局限，仅为10km 左右，受遮挡物存在的影响，覆盖范围比较局限。采用北斗地基增强系统，配置几个基准站便能够获得覆盖上百公里的效果，带动数百台农机同步作业，服务能力切实高于传统的模式[2]。

（4）数据传输更加稳定。基于单基站RTK 模式的农业机械设备驾驶系统，差分增强数据的发送以及接收全部需要依靠无线电台。实际应用中作用范围有限，而且极易受到遮挡和干扰信号的影响，最终影响生产的效率。使用新系统实现和农机用户终端的通信，在作业田块内实现无线网信号覆盖，可提高农业效率[3]。

3.2 北斗地基增强系统的应用发展

目前，我国正在实施北斗卫星导航系统建设，该系统是世界上继美国的GPS 和俄罗斯的GLONASS 之后，第三个建成并投入使用的卫星导航定位系统，从2004 年4 月正式运营，到2012 年底面向亚太区域提供商用卫星导航定位服务，截至2019 年6 月25 日，我国已成功发射四十六颗北斗导航卫星，第四十六颗卫星是北斗三号系统的第二十一颗组网卫星、第二颗倾斜地球同步轨道卫星，将与此前发射的二十颗北斗三号卫星组网运行，适时提供服务，进一步提升北斗系统面向全球的覆盖能力和服务性能。自从北斗卫星系统建成以来，便开始应用于农业和灾害监测等领域。随着精准农业的发展，对北斗地基增强系统的性能需求，有着很大的需求。为促进精准农业发展，还需要加大技术的研究力度，促进技术升级，满足实际应用的多样化需求。北斗地基增强系统的发展方向如下：①更低成本。农业是社会稳定发展的重要支持与保障，推进农业机械化发展，要追求更低成本。将北斗地基增强系统应用到农业生产，也要寻求低成本应用的设施，切实提高农业生产的效益水平。围绕当前系统应用的成本构成情况，分析高成本部分，提出改进与优化的技术方案，促使系统应用价值得以实现，促进农业高效益持续化发展[4]；②更加自动化。北斗地基增强系统在精准农业的应用，要更加自动化，为农业生产应用提供支持与保障，增强精准度，达到降本增效的目的。从北斗地基增强系统与农业结合的角度分析，还面临很多的技术挑战，需相关研究人员加大技术难题的攻关，提出改进与优化的措施，构建完善的系统，为农业生产提供支持。深度挖掘现代化设备与技术以及数据信息等的优势，为农业精准化发展提供强大的技术支持与保障，创造更高的生产效益，促进农业现代化与持续化发展[5]。