北斗導航與精確農(nóng)業(yè)的有機整合及應用分析

　　摘 要：在農(nóng)業(yè)機械技術(shù)快速發(fā)展的背景下，智慧農(nóng)業(yè)逐漸成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的新方向。導航技術(shù)作為農(nóng)業(yè)機械智能化的重要組成部分，為農(nóng)機技術(shù)的快速發(fā)展創(chuàng)造了便利條件。通過介紹我國自主北斗導航技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械上的應用情況，說明了北斗導航技術(shù)發(fā)展和推廣中存在的問題。

　　關(guān)鍵詞：北斗導航;精確農(nóng)業(yè);整合;應用

　　衛(wèi)星導航系統(tǒng)已經(jīng)成為了人們生活的重要基礎(chǔ)性設(shè)施，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重要的輔助技術(shù)。隨著我國北斗衛(wèi)星導航技術(shù)組網(wǎng)成功并大力發(fā)展，北斗衛(wèi)星已經(jīng)能夠為社會提供高精度位置服務，且高精度定位服務也逐漸應用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、自動駕駛、無人機等民用領(lǐng)域。針對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，北斗衛(wèi)星還提供監(jiān)管、農(nóng)機操控和農(nóng)場精細管理等方面的服務。在精確農(nóng)業(yè)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，農(nóng)機化作業(yè)對定位精確度的要求逐漸升高，已逐漸由過去的米級提升至厘米級的高精度定位，北斗衛(wèi)星的應用也漸漸成為精準農(nóng)業(yè)實施的基礎(chǔ)保障。在我國農(nóng)業(yè)向精細化、智能化和集約化的方向轉(zhuǎn)變的同時，自主北斗衛(wèi)星導航技術(shù)與精準農(nóng)業(yè)技術(shù)的有機結(jié)合，有利于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)運營模式轉(zhuǎn)變和結(jié)構(gòu)調(diào)整的實施。

　　1 北斗導航技術(shù)情況

　　北斗導航(BDS)技術(shù)是我國自主研制的衛(wèi)星通訊及定位系統(tǒng)，能夠為全球范圍的各時段提供多種功能的精度高、可靠性強的定位、導航、通信以及精確時間校正等功能。北斗導航系統(tǒng)包括了空間端、地面端和用戶端三大部分。現(xiàn)階段北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的空間端包括35顆衛(wèi)星，其中有5顆靜止軌道衛(wèi)星、27 顆中地球軌道衛(wèi)星以及3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星。能夠為不同用戶提供開放和授權(quán)兩種服務，時間精度達到10 ns，測速精度達到0.2 m/s。

　　從2017年起，農(nóng)業(yè)部重點提出了“建設(shè)北斗精準時空服務基礎(chǔ)設(shè)施”的相關(guān)要求，并力爭實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械高精度自動作業(yè)、實時信息采集以及精準導航普及與使用。同時，在十三五期間，農(nóng)業(yè)部將針對于數(shù)字農(nóng)業(yè)建設(shè)方向的項目給與大力支持，并為每個試點項目提供最多2000萬的國家項目資金支持。

　　近年來，國家針對于具備北斗導航終端的農(nóng)業(yè)機械在國家農(nóng)機購置補貼目錄給以不同程度的明確財政補貼支持。國家對于北斗導航設(shè)備的政策支持，影響了農(nóng)業(yè)機械銷售的傾向和趨勢，使更多的企業(yè)著力于北斗導航相關(guān)的農(nóng)機自動駕駛、導航支持以及其他精準農(nóng)業(yè)相關(guān)產(chǎn)品的研究，形成了以衛(wèi)星導航技術(shù)為主要方向的技術(shù)競爭形式，為我國精準農(nóng)業(yè)技術(shù)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量的提升創(chuàng)造了良好條件。新形勢下，國家大力支持地方以新型農(nóng)機為主，對具備北斗終端的農(nóng)機裝備進行試點補貼，以促進先進適用技術(shù)的快速推廣和應用。同時，農(nóng)業(yè)部積極完成了機具補貼分類分檔相關(guān)工作，重點選取自動化程度高、功能豐富、大馬力、復式作業(yè)及其他具備新功能特點的機具，并進一步以地區(qū)為單位進行細化分類，有效提高補貼檔次的精準性和合理性，提高了補貼資金的應用效率。該政策有利于快速促進以北斗導航技術(shù)應用于智能農(nóng)機具的研發(fā)和推廣。

　　2 北斗導航的主要應用方式

　　2.1 無人自動駕駛技術(shù)

　　通過導航系統(tǒng)實現(xiàn)的農(nóng)業(yè)機械自動化駕駛和作業(yè)，利用北斗天線的定位和控制箱實現(xiàn)對行駛、轉(zhuǎn)向和其他功能的遠程控制(如圖1)，并采用遠程監(jiān)控的方式輔助進行，不需要駕駛員現(xiàn)場操作農(nóng)機。這一技術(shù)主要是通過北斗衛(wèi)星的定位技術(shù)和安裝在農(nóng)業(yè)機械上的攝像頭采集實時數(shù)據(jù)并以標準信號實時傳輸，保證遠程監(jiān)控的技術(shù)人員能及時了解現(xiàn)場作業(yè)情況，并在田間存在特殊問題時及時作出相應的控制和調(diào)整。通過安裝在農(nóng)業(yè)機械上的北斗導航終端，能夠方便地將農(nóng)田劃分成數(shù)據(jù)網(wǎng)格，從而實現(xiàn)更為精確的耕種。在自動駕駛過程中，農(nóng)業(yè)機械的作業(yè)嚴格按照設(shè)定程序進行，不僅實現(xiàn)無人自動作業(yè)，更能保證作業(yè)的精確性，基于北斗衛(wèi)星導航技術(shù)的無人自動駕駛技術(shù)顯著提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人力勞動負擔，同時對于合理化生產(chǎn)也有很高保障。

　　2.2 無人機自動噴施技術(shù)

　　北斗導航技術(shù)除應用于農(nóng)機的地面作業(yè)外，還可供植保無人機進行高效的噴施作業(yè)，現(xiàn)階段北斗衛(wèi)星通過精確定位和差分技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)無人機根據(jù)預定的軌跡進行高精度的飛行要求(如圖2)，從而快速完成植保作業(yè)。而對于未來，在變量噴藥技術(shù)與地理信息技術(shù)有效結(jié)合后，無人機噴施農(nóng)藥的過程還會結(jié)合田間農(nóng)作物生長情況的實時變化，噴施量會與農(nóng)作物密度等情況結(jié)合后噴施以適量的農(nóng)藥和化肥。

　　2.3 農(nóng)機資源分配與管理

　　現(xiàn)階段，在北斗無人自動駕駛技術(shù)逐漸推廣的前提下，我國多地還建立了農(nóng)業(yè)機械的遠程監(jiān)控和調(diào)度系統(tǒng)，并逐漸投入運行使用，通過北斗衛(wèi)星導航所能提供的服務，結(jié)合位置信息與耕地實際情況，分析并得出農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的相關(guān)趨勢，用衛(wèi)星導航技術(shù)創(chuàng)造更合理的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形勢。利用北斗衛(wèi)星技術(shù)對農(nóng)業(yè)機械進行管理十分便捷，通過定位終端能夠?qū)崿F(xiàn)對每一部機械具體位置情況和當前工作狀態(tài)的全面及時了解，并利用計算機技術(shù)對農(nóng)業(yè)機械的作業(yè)情況及相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析和總結(jié)，能夠快速計算出在單獨劃分的網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)機械的行駛距離及時間，從而獲得農(nóng)機作業(yè)的耗油量和損耗情況，以此提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)情況，以保證農(nóng)業(yè)機械作業(yè)過程的安全可靠，通過實時監(jiān)測還有利于技術(shù)人員和救援人員明確故障農(nóng)機或事故發(fā)生的具體位置。

　　2.4 調(diào)整機械作業(yè)的科學形式

　　對于很多國際化的農(nóng)機企業(yè)，在很多年前就將衛(wèi)星定位技術(shù)與先進的農(nóng)業(yè)機械進行融合，并在發(fā)達國家進行了廣泛的使用。目前階段，以北斗導航技術(shù)為平臺，我國具有自主導航技術(shù)的農(nóng)業(yè)機械也能夠達到相關(guān)的技術(shù)要求，對于播種、收割、植保等機具的使用，通過衛(wèi)星定位技術(shù)配合多種傳感器設(shè)備協(xié)調(diào)工作，為合理化作業(yè)提供了保障。通過對農(nóng)田進行分區(qū)的數(shù)字化處理，結(jié)合收集過程中積累的產(chǎn)量、土壤情況、病蟲害等信息數(shù)據(jù)，經(jīng)計算及處理后能夠得出精確的數(shù)據(jù)分布圖，從而合理地設(shè)計農(nóng)業(yè)機械的作業(yè)方案，例如收割速度、植保施藥量等，從而以最合理的方案實現(xiàn)農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量和效率最優(yōu)化。利用北斗衛(wèi)星的輔助，不僅能夠保證機械作業(yè)的科學性，更能夠通過提升插秧和播種等作業(yè)到厘米級精度，來保證農(nóng)作物對陽光和養(yǎng)分的均衡分配，使農(nóng)作物生長過程也達到科學的效果。

　　推薦閱讀：《南方農(nóng)機》(雙月刊)創(chuàng)刊于1970年，由江西省農(nóng)業(yè)機械研究所、江西省農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)推廣站、江西省農(nóng)業(yè)機械學會主辦。