宋超+丁冉+岳鵬飛

摘要：隨著北斗導(dǎo)航衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的擴(kuò)展，人們開始將這種技術(shù)與智慧農(nóng)業(yè)結(jié)合起來，不僅給智慧農(nóng)業(yè)提出了新的發(fā)展思路，更大大促進(jìn)了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用、擴(kuò)寬了發(fā)展領(lǐng)域。該文分析和研究了智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的作用和實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：北斗衛(wèi)星；智慧農(nóng)業(yè)；航空農(nóng)業(yè)

中圖分類號(hào)：S-3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）10-0272-03

Abstract： With the development of the technology of BeiDou Navigation Satellite System （BDS）， while applying it to more different industry fields， people start combining it with wisdom agriculture， which not only proposes new ideas of the wisdom agriculture development， but also promotes the application areas of BDS. In this paper， the author tries to analyze and discuss the functions and practical applications of BDS while it is put into wisdom agriculture.

Key words： BeiDou Navigation Satellite System （BDS）；wisdom agriculture； aviation agriculture

1 北斗衛(wèi)星對(duì)農(nóng)業(yè)的作用

1.1 促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的宏觀調(diào)控、決策與監(jiān)督

第一，對(duì)農(nóng)場(chǎng)、農(nóng)田、農(nóng)業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)化管理。通過地理信息系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱GIS），將北斗終端模塊安裝到被劃分區(qū)域、編號(hào)且建立地籍的土地上，利用北斗衛(wèi)星獲得農(nóng)業(yè)農(nóng)田的相關(guān)數(shù)據(jù)，如，農(nóng)田種植面積、農(nóng)作物品種、耕種施肥和收割時(shí)間、農(nóng)田責(zé)任人和整年積溫等數(shù)據(jù)，傳輸給農(nóng)場(chǎng)的數(shù)據(jù)管理庫(kù)中，通過實(shí)際種植數(shù)據(jù)即時(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)種植的情況，保證科學(xué)化種植順利進(jìn)行。第二，建立土地養(yǎng)分資源和土壤肥力信息系統(tǒng)，輔助農(nóng)場(chǎng)主進(jìn)行正確決策。系統(tǒng)的建立離不開兩方面的支持，一方面是對(duì)北斗定位土壤的抽取化驗(yàn)，通過GIS分析出的土壤中鉀、磷、氮元素含量，土壤PH值和土壤質(zhì)層圖，另一方面是農(nóng)業(yè)專家的幫助和支持下GIS生成的施肥變量處方圖。第三，環(huán)保、民政、水利、監(jiān)察、公安、紀(jì)檢和國(guó)土等農(nóng)場(chǎng)下屬部門相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立少不了農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)的參與和補(bǔ)充。利用手機(jī)客戶端的便捷性，當(dāng)相關(guān)業(yè)務(wù)出現(xiàn)問題時(shí)上述部門巡檢人員能夠即時(shí)獲取問題，并用手機(jī)拍照取證，將問題匯報(bào)給領(lǐng)導(dǎo)，領(lǐng)導(dǎo)獲知后能夠很快地處理。北斗終端的配置能夠進(jìn)一步完善部門的檢查監(jiān)督制度，這樣能夠即獲知工作人員的即時(shí)地理位置和出行路線，為監(jiān)督的有效實(shí)施提供了保障。

1.2 提高農(nóng)業(yè)耕作精細(xì)化、科學(xué)化

想要達(dá)到農(nóng)業(yè)自動(dòng)化操作和農(nóng)用機(jī)械的無人操控，必須依賴北斗衛(wèi)星的定位功能，再安裝北斗模塊，將操作指令通過傳感器傳輸?shù)睫r(nóng)機(jī)上。拖拉機(jī)或其他農(nóng)用機(jī)械在設(shè)計(jì)的過程中，已經(jīng)將傳感器、微型計(jì)算機(jī)、北斗模塊裝置安裝上去，同時(shí)留出化肥槽和農(nóng)藥箱的攜帶空間，當(dāng)農(nóng)機(jī)在田間工作時(shí)，各個(gè)裝置各司其職，傳感器將收集到農(nóng)田和農(nóng)作物的情況，北斗模塊對(duì)每塊土地進(jìn)行精確化定位，微型電腦負(fù)責(zé)將傳感器和北斗模塊獲取到的信息導(dǎo)出并快速分析決斷出具體實(shí)施方案，如是否需要進(jìn)行灌溉及如何灌溉，是否需要追肥及如何追肥，是否需要給農(nóng)作物噴灑農(nóng)藥及決定用哪種農(nóng)藥等農(nóng)耕方案。此時(shí)，北斗模塊裝置可以對(duì)農(nóng)機(jī)的位置進(jìn)行定位，農(nóng)莊負(fù)責(zé)人可實(shí)時(shí)掌握農(nóng)機(jī)的運(yùn)行軌跡和任務(wù)完成程度，還可以隨時(shí)調(diào)控農(nóng)機(jī)的路線，當(dāng)農(nóng)機(jī)運(yùn)作失常時(shí)，及時(shí)調(diào)動(dòng)維修人員進(jìn)行維修，避免時(shí)間因浪費(fèi)時(shí)間而造成的損失。在耕種農(nóng)田方面，無人駕駛的北斗農(nóng)機(jī)無疑地比人工駕駛的操作更加精確，更大程度地滿足了農(nóng)業(yè)耕作的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而生產(chǎn)出高質(zhì)量的農(nóng)作物；無人駕駛操作相對(duì)人工操作，不僅耕作的效率得到了大幅度提高，耕作也更為精確，將人工操作的目標(biāo)“少重不漏”提升為“不重不漏”；因?yàn)闊o人駕駛農(nóng)機(jī)的引進(jìn)，農(nóng)場(chǎng)農(nóng)機(jī)操作員的工作變得越來越輕松，避免了因操作技能不高造成的工作延誤問題，農(nóng)場(chǎng)可以長(zhǎng)時(shí)間地運(yùn)行北斗農(nóng)機(jī)提高利用率。

1.3 提高農(nóng)業(yè)對(duì)災(zāi)情的預(yù)防和處理能力

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量的低消耗、低功率的智能傳感器連結(jié)而成的網(wǎng)絡(luò)，它是高度集成傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)而形成的，主要用于獲取信息和處理信息，在實(shí)際運(yùn)用中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上所有的傳感裝置能夠感知到周邊環(huán)境和對(duì)象，并對(duì)它們進(jìn)行監(jiān)測(cè)，盡可能地獲得最為詳細(xì)的信息，經(jīng)過處理，提高信息的精確性。農(nóng)業(yè)災(zāi)變想要得到智能化的升級(jí)發(fā)展，可以通過處理災(zāi)情軟件來實(shí)現(xiàn)，有效地將受災(zāi)區(qū)信息和災(zāi)變情況進(jìn)行智能化連接，然后針對(duì)不同的地理區(qū)域和受災(zāi)程度制定出一份可行的災(zāi)變處理方案，如蟲害時(shí)確定農(nóng)藥的使用劑量和實(shí)施方式。假使農(nóng)業(yè)受到蟲害的面積較廣，使用安裝北斗裝置和微型電腦的飛機(jī)對(duì)植物進(jìn)行準(zhǔn)確施藥是一個(gè)比較好的方法。

1.4 促進(jìn)農(nóng)業(yè)商務(wù)化水平

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境由監(jiān)測(cè)到監(jiān)測(cè)和控制的升級(jí)，讓物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到食品安全領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了人們從餐桌追溯到農(nóng)田的想法，為食品安全信息管理庫(kù)提供了食品供應(yīng)鏈中產(chǎn)地、制作、運(yùn)輸、購(gòu)買等相關(guān)內(nèi)容，當(dāng)食品實(shí)際情況與數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息不一致時(shí)，根據(jù)食品安全信息查詢到問題源，及時(shí)控制商品的流通或直接召回商品，追本溯源地將信息進(jìn)行修正，這樣廠家和顧客的合法權(quán)益得到有力保障，是積極執(zhí)行當(dāng)今時(shí)代“食品安全大于天”的政策表現(xiàn)。數(shù)據(jù)化時(shí)代的到來，真實(shí)數(shù)據(jù)對(duì)消費(fèi)者更具有說服力，將采集到的食品安全信息傳遞給顧客，無形中提高了農(nóng)業(yè)的銷售業(yè)績(jī)。智慧農(nóng)業(yè)的普及和運(yùn)用很大程度上減少了對(duì)農(nóng)田的污染和傷害。北斗技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)運(yùn)用，能夠即時(shí)、快速把控和監(jiān)測(cè)到農(nóng)業(yè)農(nóng)田多維度、多尺度的動(dòng)態(tài)信息，及時(shí)更新農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)，在數(shù)據(jù)和農(nóng)學(xué)專家的幫助和指導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的自動(dòng)化操控，達(dá)到智能噴藥、施肥和灌溉等，利用北斗精準(zhǔn)定位功能實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的精耕細(xì)作，加快落后農(nóng)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程，釋放雙手，持續(xù)性地使用土地。提高農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入，提升農(nóng)民生活質(zhì)量。

2 北斗衛(wèi)星在智慧農(nóng)業(yè)的應(yīng)用

2.1 航空農(nóng)業(yè)

機(jī)械化農(nóng)業(yè)的延伸和發(fā)展，誕生出了中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）和航空農(nóng)業(yè)的結(jié)合。相對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)來說，這樣的結(jié)合有著明顯的優(yōu)勢(shì)，如準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行農(nóng)耕、節(jié)約時(shí)間、節(jié)省勞動(dòng)力，使用較少的農(nóng)藥、種子和化肥達(dá)到種植目標(biāo)，進(jìn)而減少農(nóng)業(yè)投入，還可以解決陸地機(jī)械無法解決的問題。目前，農(nóng)業(yè)飛機(jī)主要用于農(nóng)業(yè)的播種、噴灑農(nóng)藥和施肥方面。首先，飛機(jī)操作人員利用北斗定位功能規(guī)劃出飛機(jī)的操作區(qū)域，或者可使用電子地圖劃定作業(yè)區(qū)域，做出飛機(jī)運(yùn)行路線圖。其次，飛機(jī)利用北斗儀器按照事先設(shè)定好的路線，進(jìn)行不重不漏的作業(yè)。若作業(yè)過程中農(nóng)藥、化肥、種子等使用完畢，則可在北斗儀器上標(biāo)記出斷耕節(jié)點(diǎn)，重新添加缺失的物品后方可從節(jié)點(diǎn)處繼續(xù)實(shí)施作業(yè)。在飛行過程中，北斗儀器采集到飛機(jī)的實(shí)際作業(yè)路線、噴霧系統(tǒng)關(guān)閉情況、作業(yè)速度等數(shù)據(jù)和信息，通過GIS可以分析出此次作業(yè)的實(shí)施情況。

2.2 農(nóng)田信息采集與測(cè)土配方施肥等

顧名思義，測(cè)土配方施肥技術(shù)就是根據(jù)土壤測(cè)試情況科學(xué)配比出化肥然后實(shí)施的方法。經(jīng)過土壤測(cè)試，能夠了解到土壤的肥沃程度，同時(shí)決定肥料的配比方案和用量時(shí)，還要考慮農(nóng)作物的品種問題，這樣才能真正促進(jìn)農(nóng)作物的生長(zhǎng)，科學(xué)使用化肥，最后實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)的目的。這種施肥方法是科學(xué)的，行之有效的。在這個(gè)過程中仍要使用到北斗儀器的精準(zhǔn)定位功能，采集到土壤樣品并標(biāo)記出土壤的取樣位置。土壤樣品經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，將測(cè)試結(jié)果輸入到GIS中，自動(dòng)生成三維土壤礦物質(zhì)含量和土壤屬性的分布圖，明確標(biāo)記出鉀、氮、磷元素的含量，有機(jī)質(zhì)層的分布，以及土壤酸堿指數(shù)。根據(jù)不同農(nóng)作物對(duì)養(yǎng)分需求的不同，決策出施肥的量，并通過GIS顯示出化肥使用量的差別，在農(nóng)機(jī)施肥時(shí)，參考施肥方案在作業(yè)區(qū)域定量施肥。這種方法還可預(yù)防和整治農(nóng)業(yè)蟲害，采集土壤污染程度、農(nóng)田水分含量、溫度和農(nóng)作物產(chǎn)量等農(nóng)耕信息。

2.3 跨區(qū)作業(yè)農(nóng)機(jī)監(jiān)管

跨區(qū)農(nóng)機(jī)在保護(hù)農(nóng)業(yè)、搶種搶收方面有著巨大作用。在跨區(qū)作業(yè)農(nóng)機(jī)上安裝監(jiān)管服務(wù)平臺(tái)的車載終端就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)機(jī)的監(jiān)管。監(jiān)管服務(wù)平臺(tái)作為整個(gè)監(jiān)管系統(tǒng)的核心，能夠快速地將相關(guān)的信息傳遞給車載終端，車載系統(tǒng)能夠快速收到服務(wù)平臺(tái)發(fā)送的定位、求助信息。監(jiān)管服務(wù)平臺(tái)實(shí)時(shí)定位跨區(qū)作業(yè)農(nóng)機(jī)的位置，并將信息傳送給車載系統(tǒng)，車載終端利用電子地圖顯示出農(nóng)機(jī)的方位，這樣農(nóng)機(jī)能夠科學(xué)有序地進(jìn)行跨區(qū)作業(yè)，做到不重不漏。同時(shí)服務(wù)平臺(tái)還可向農(nóng)機(jī)傳達(dá)氣象信息和作業(yè)任務(wù)信息等。另外，當(dāng)農(nóng)機(jī)發(fā)生故障或農(nóng)場(chǎng)出現(xiàn)事故時(shí)，操作人員能夠及時(shí)地通過車載系統(tǒng)向服務(wù)平臺(tái)發(fā)送求救信號(hào)。

2.4 拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛

自動(dòng)駕駛的拖拉機(jī)有五個(gè)極其顯著的優(yōu)點(diǎn)：作業(yè)方向準(zhǔn)確、行距精確、間距標(biāo)準(zhǔn)、持續(xù)作業(yè)、不用常規(guī)標(biāo)記。自動(dòng)駕駛技術(shù)不僅降低了拖拉機(jī)對(duì)人工技術(shù)要求，還提升了拖拉機(jī)作業(yè)的精度。自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵性技術(shù)是控制導(dǎo)航、規(guī)劃路徑、自動(dòng)轉(zhuǎn)向和變速等。自動(dòng)駕駛技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展前景極其廣闊，我國(guó)該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)是將BDS與拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛技術(shù)完美融合，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航控制作業(yè)，該技術(shù)主要以是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)為服務(wù)對(duì)象。當(dāng)BDS定位難以達(dá)到作業(yè)要求時(shí)，田間差分基準(zhǔn)站的建立顯得尤為重要。我們需要做出更大的努力提高BDS的定位精度。在拖拉機(jī)進(jìn)行作業(yè)前，需要在系統(tǒng)上做出作業(yè)實(shí)施方案，減少少耕、不耕的情況發(fā)生。作業(yè)期間，車載系統(tǒng)即時(shí)獲取定位位置，并導(dǎo)航或調(diào)控拖拉機(jī)進(jìn)行作業(yè)，利用自動(dòng)轉(zhuǎn)向功能和自動(dòng)變速功能設(shè)定作業(yè)路線。這里需要弄清楚的是，自動(dòng)駕駛并不是無人駕駛，也是需要駕駛員的，無人駕駛是在自動(dòng)駕駛的基礎(chǔ)上，額外還進(jìn)行了方案最優(yōu)化的升級(jí)和拖拉機(jī)的自動(dòng)操作，相對(duì)自動(dòng)駕駛技術(shù)來說，無人駕駛技術(shù)難度更高，費(fèi)用也更高。在農(nóng)耕時(shí)，自動(dòng)駕駛農(nóng)機(jī)相對(duì)一般農(nóng)機(jī)的作業(yè)質(zhì)量高，燃油量低。農(nóng)忙時(shí)，自動(dòng)駕駛農(nóng)機(jī)的重要發(fā)揮的淋漓盡致。

2.5 機(jī)耕道、農(nóng)田灌排渠道選線和地籍測(cè)繪

在測(cè)量機(jī)耕道、田地灌排渠道選線時(shí)，BDS相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)量所花費(fèi)的時(shí)間和精力大大減少。傳統(tǒng)測(cè)繪主要內(nèi)容是平面測(cè)量，首先選定主線點(diǎn)位置，然后水準(zhǔn)儀高程測(cè)量地面，兩次測(cè)量后確定主線點(diǎn)三維坐標(biāo)。BDS測(cè)量選線時(shí)，基準(zhǔn)站差分的定位功能能夠幫助準(zhǔn)確定位，利用北斗衛(wèi)星技術(shù)，多次定位后可確定立體坐標(biāo)。在實(shí)施測(cè)量機(jī)耕道、農(nóng)田排管路線時(shí)，途中的障礙物、山坡、河流有時(shí)不可避免，這時(shí)利用北斗衛(wèi)星能夠方便快速地獲取取點(diǎn)和增補(bǔ)點(diǎn)，實(shí)施準(zhǔn)確定位。在這一點(diǎn)上，傳統(tǒng)測(cè)繪所需要花費(fèi)更多的精力和時(shí)間去重復(fù)測(cè)量。

地籍測(cè)繪就是精確測(cè)量所屬土地的界線界址坐標(biāo)，其主要

工作內(nèi)容是宗地和附加內(nèi)容的所屬關(guān)系、位置和面積、使用情況等的精確測(cè)繪?，F(xiàn)如今，BDS建設(shè)不斷的加強(qiáng)，終端技術(shù)設(shè)備也不斷優(yōu)化升級(jí)。BDS地基增強(qiáng)系統(tǒng)得以建立，基準(zhǔn)站差分定位技術(shù)發(fā)展速度增快，定位也越來越準(zhǔn)確，BDS在地籍測(cè)繪和道路渠道選線測(cè)繪應(yīng)用上發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

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