劉功民，張鯤鵬

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣西 柳州 545616）

自從北斗衛(wèi)星系統(tǒng)建成以來，便開始應(yīng)用于中國及周邊地區(qū)的交通運(yùn)輸、災(zāi)害監(jiān)測、應(yīng)急救援、森林防火、水利水電、海洋漁業(yè)、油氣運(yùn)輸、部隊(duì)指揮等領(lǐng)域，并取得了一定的成果，在鐵路沉降監(jiān)測、機(jī)場沉降監(jiān)測、橋梁沉降監(jiān)測方面也取得了一定的進(jìn)展?，F(xiàn)結(jié)合精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)場景中北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的具體應(yīng)用，進(jìn)行相應(yīng)的分析。

1 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的概述

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)指的是采用現(xiàn)代化高新技術(shù)手段，例如CDS 與GIS等，獲得數(shù)據(jù)信息，比如影響作物生長的環(huán)境因素等，采取技術(shù)調(diào)控措施或者經(jīng)濟(jì)調(diào)控措施，按照實(shí)際需求定位調(diào)控。目前來說，高新技術(shù)與農(nóng)業(yè)的結(jié)合，主要體現(xiàn)在農(nóng)機(jī)設(shè)備與其他方面，現(xiàn)結(jié)合技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行分析。

2 北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)配置

2.1 北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)總體架構(gòu)

近年來，我國衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)水平不斷提高，通過自主研發(fā)與管理，構(gòu)建北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，為各個(gè)領(lǐng)域提供服務(wù)，定位精準(zhǔn)度與可靠性可以達(dá)到GPS 系統(tǒng)水平。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用，主要是將北斗系統(tǒng)的導(dǎo)航設(shè)備，應(yīng)用到農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，獲得不錯(cuò)的成效，例如降本增效，能夠保障我國戰(zhàn)略安全，同時(shí)促進(jìn)北斗導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。從構(gòu)建的北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)分析，融合應(yīng)用了衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)差分改正信息解算，可面向使用者提供相應(yīng)的信息，例如衛(wèi)星導(dǎo)航信號觀測值以及差分改正數(shù)等。將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)RTK 技術(shù)，推廣應(yīng)用到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，促進(jìn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的升級，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息化水平，達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的?？傮w而言，構(gòu)建的北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)，主要組成包括基準(zhǔn)站與數(shù)據(jù)中心，能夠?qū)崿F(xiàn)對可耕地面積的全面覆蓋，并且為數(shù)百臺農(nóng)機(jī)提供精準(zhǔn)定位服務(wù)，系統(tǒng)的組成如圖1 所示。

圖1 北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)

根據(jù)系統(tǒng)功能需求與實(shí)現(xiàn)方式，構(gòu)建數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)。系統(tǒng)的組成包括服務(wù)器、計(jì)算主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及UPS 電源等，屬于整個(gè)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的核心與大腦。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，負(fù)責(zé)接收各個(gè)基準(zhǔn)站發(fā)回的數(shù)據(jù)信息，對基準(zhǔn)站運(yùn)行情況進(jìn)行檢查。除此之外，對系統(tǒng)配置的基礎(chǔ)設(shè)施與設(shè)備，實(shí)施嚴(yán)格全面的檢查，排除運(yùn)行問題，保證采集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息質(zhì)量達(dá)標(biāo)，獲得改正后的信息。同時(shí)結(jié)合應(yīng)用端的需求，進(jìn)行服務(wù)功能的開發(fā)，為其提供應(yīng)用支持。例如，形成差分?jǐn)?shù)據(jù)文件，提供給需求者。

2.3 數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)

構(gòu)建的通信子系統(tǒng)，具體包括有線VPN 專網(wǎng)與無線網(wǎng)，為整個(gè)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的橋梁與紐帶。利用此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)站與數(shù)據(jù)中心有效聯(lián)系，助力數(shù)據(jù)提供端與使用端的有效通信。實(shí)際應(yīng)用中各個(gè)基準(zhǔn)站利用有限VPN 專網(wǎng)直接連接到數(shù)據(jù)中心，使用者可利用通信基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)中心的通信。

2.4 基準(zhǔn)站子系統(tǒng)

構(gòu)建的基準(zhǔn)站子系統(tǒng)，設(shè)置了3 個(gè)基準(zhǔn)站。單個(gè)基準(zhǔn)站的組成，具體包括測量型天線和GNSS 接收機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。實(shí)際應(yīng)用中能夠達(dá)到衛(wèi)星導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)跟蹤功能、數(shù)據(jù)采集功能、數(shù)據(jù)傳輸功能，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)可靠性的監(jiān)測。

2.5 用戶終端子系統(tǒng)

構(gòu)建的用戶終端子系統(tǒng)，包括流動(dòng)站接收機(jī)部分、農(nóng)機(jī)控制系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)操作農(nóng)機(jī)完整精細(xì)化作業(yè)。其中，設(shè)置的信息接受設(shè)備，既可以獲得傳送的數(shù)據(jù)信息，也能將其發(fā)送出去，整個(gè)過程數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度不會產(chǎn)生變化，可為各個(gè)系統(tǒng)提供支持與依據(jù)，保障相關(guān)工作的開展與落實(shí)。系統(tǒng)的搭建，要考慮每個(gè)層面，切實(shí)保障功能的實(shí)現(xiàn)，提高系統(tǒng)服務(wù)的質(zhì)量與水平。

3 北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的應(yīng)用總結(jié)

3.1 北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢

根據(jù)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實(shí)踐分析，采用的北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)，實(shí)際應(yīng)用中具有以下優(yōu)勢：

（1）設(shè)備操作簡單。尚未更新的設(shè)施設(shè)備，功能的實(shí)現(xiàn)，主要依靠的零部件與設(shè)備較多，增加了實(shí)現(xiàn)過程的煩瑣程度，影響著任務(wù)推進(jìn)的進(jìn)程。因?yàn)榻邮諜C(jī)為臨時(shí)設(shè)置，難以保障坐標(biāo)的精確性，實(shí)施農(nóng)業(yè)作業(yè)，采用的新系統(tǒng)與新設(shè)備，具有操作簡單的突出優(yōu)勢。構(gòu)建自動(dòng)化水平更高的農(nóng)機(jī)自動(dòng)化駕駛系統(tǒng)，可不設(shè)置基準(zhǔn)站，僅需要啟動(dòng)并且輸入耕地編號，裝配在農(nóng)機(jī)使用端便可以自動(dòng)登錄系統(tǒng)，同時(shí)可以獲得差分改正信息，達(dá)到高水平自動(dòng)導(dǎo)航作業(yè)[1]。

（2）設(shè)備成本低。采用傳統(tǒng)的RTK 模式，農(nóng)機(jī)自動(dòng)化駕駛系統(tǒng)作業(yè)時(shí)，需要為每臺農(nóng)機(jī)配置1 套基準(zhǔn)站接收機(jī)，同時(shí)還需要配置發(fā)射電臺和天線等，因此成本很高，基本要超過10 萬元。使用北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)，構(gòu)建農(nóng)機(jī)自動(dòng)化駕駛系統(tǒng)，采用的是“一帶多”的方案，能夠?qū)崿F(xiàn)帶動(dòng)數(shù)百臺農(nóng)機(jī)同時(shí)作業(yè)的效果，有效降低了作業(yè)成本，每臺降低大約4 萬元。

（3）覆蓋范圍比較廣。傳統(tǒng)的作業(yè)模式，局限于電臺輻射范圍內(nèi)。一般來說，將電臺設(shè)置在高樓上，有效覆蓋范圍比較局限，僅為10km 左右，受遮擋物存在的影響，覆蓋范圍比較局限。采用北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)，配置幾個(gè)基準(zhǔn)站便能夠獲得覆蓋上百公里的效果，帶動(dòng)數(shù)百臺農(nóng)機(jī)同步作業(yè)，服務(wù)能力切實(shí)高于傳統(tǒng)的模式[2]。

（4）數(shù)據(jù)傳輸更加穩(wěn)定?；趩位綬TK 模式的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備駕駛系統(tǒng)，差分增強(qiáng)數(shù)據(jù)的發(fā)送以及接收全部需要依靠無線電臺。實(shí)際應(yīng)用中作用范圍有限，而且極易受到遮擋和干擾信號的影響，最終影響生產(chǎn)的效率。使用新系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和農(nóng)機(jī)用戶終端的通信，在作業(yè)田塊內(nèi)實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)信號覆蓋，可提高農(nóng)業(yè)效率[3]。

3.2 北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展

目前，我國正在實(shí)施北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)，該系統(tǒng)是世界上繼美國的GPS 和俄羅斯的GLONASS 之后，第三個(gè)建成并投入使用的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，從2004 年4 月正式運(yùn)營，到2012 年底面向亞太區(qū)域提供商用衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)，截至2019 年6 月25 日，我國已成功發(fā)射四十六顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，第四十六顆衛(wèi)星是北斗三號系統(tǒng)的第二十一顆組網(wǎng)衛(wèi)星、第二顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星，將與此前發(fā)射的二十顆北斗三號衛(wèi)星組網(wǎng)運(yùn)行，適時(shí)提供服務(wù)，進(jìn)一步提升北斗系統(tǒng)面向全球的覆蓋能力和服務(wù)性能。自從北斗衛(wèi)星系統(tǒng)建成以來，便開始應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和災(zāi)害監(jiān)測等領(lǐng)域。隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，對北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的性能需求，有著很大的需求。為促進(jìn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展，還需要加大技術(shù)的研究力度，促進(jìn)技術(shù)升級，滿足實(shí)際應(yīng)用的多樣化需求。北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的發(fā)展方向如下：①更低成本。農(nóng)業(yè)是社會穩(wěn)定發(fā)展的重要支持與保障，推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展，要追求更低成本。將北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，也要尋求低成本應(yīng)用的設(shè)施，切實(shí)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效益水平。圍繞當(dāng)前系統(tǒng)應(yīng)用的成本構(gòu)成情況，分析高成本部分，提出改進(jìn)與優(yōu)化的技術(shù)方案，促使系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值得以實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)高效益持續(xù)化發(fā)展[4]；②更加自動(dòng)化。北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的應(yīng)用，要更加自動(dòng)化，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用提供支持與保障，增強(qiáng)精準(zhǔn)度，達(dá)到降本增效的目的。從北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)結(jié)合的角度分析，還面臨很多的技術(shù)挑戰(zhàn)，需相關(guān)研究人員加大技術(shù)難題的攻關(guān)，提出改進(jìn)與優(yōu)化的措施，構(gòu)建完善的系統(tǒng)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供支持。深度挖掘現(xiàn)代化設(shè)備與技術(shù)以及數(shù)據(jù)信息等的優(yōu)勢，為農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化發(fā)展提供強(qiáng)大的技術(shù)支持與保障，創(chuàng)造更高的生產(chǎn)效益，促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化與持續(xù)化發(fā)展[5]。

4 結(jié)語

綜上所述，北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的應(yīng)用，能夠起到積極的作用，促進(jìn)降本增效目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。本文結(jié)合實(shí)踐，對北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的應(yīng)用，做簡單的論述，提出加大技術(shù)研究的建議，降低系統(tǒng)應(yīng)用的成本，增加農(nóng)業(yè)效益，推動(dòng)農(nóng)業(yè)持續(xù)化與現(xiàn)代化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展目標(biāo)。