北斗衛(wèi)星對智慧農(nóng)業(yè)的作用與應(yīng)用探討

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，更大大促進了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用、擴寬了發(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：S-3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：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)星對農(nóng)業(yè)的作用

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

第一，對農(nóng)場、農(nóng)田、農(nóng)業(yè)進行數(shù)據(jù)化管理。通過地理信息系統(tǒng)（簡稱GIS），將北斗終端模塊安裝到被劃分區(qū)域、編號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、耕種施肥和收割時間、農(nóng)田責(zé)任人和整年積溫等數(shù)據(jù)，傳輸給農(nóng)場的數(shù)據(jù)管理庫中，通過實際種植數(shù)據(jù)即時監(jiān)測農(nóng)業(yè)種植的情況，保證科學(xué)化種植順利進行。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)場主進行正確決策。系統(tǒng)的建立離不開兩方面的支持，一方面是對北斗定位土壤的抽取化驗，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)檢和國土等農(nóng)場下屬部門相關(guān)數(shù)據(jù)庫的建立少不了農(nóng)田數(shù)據(jù)庫的參與和補充。利用手機客戶端的便捷性，當(dāng)相關(guān)業(yè)務(wù)出現(xiàn)問題時上述部門巡檢人員能夠即時獲取問題，并用手機拍照取證，將問題匯報給領(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地理位置和出行路線，為監(jiān)督的有效實施提供了保障。

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)自動化操作和農(nóng)用機械的無人操控，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)機上。拖拉機或其他農(nóng)用機械在設(shè)計的過程中，已經(jīng)將傳感器、微型計算機、北斗模塊裝置安裝上去，同時留出化肥槽和農(nóng)藥箱的攜帶空間，當(dāng)農(nóng)機在田間工作時，各個裝置各司其職，傳感器將收集到農(nóng)田和農(nóng)作物的情況，北斗模塊對每塊土地進行精確化定位，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施方案，如是否需要進行灌溉及如何灌溉，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，北斗模塊裝置可以對農(nóng)機的位置進行定位，農(nóng)莊負(fù)責(zé)人可實時掌握農(nóng)機的運行軌跡和任務(wù)完成程度，還可以隨時調(diào)控農(nóng)機的路線，當(dāng)農(nóng)機運作失常時，及時調(diào)動維修人員進行維修，避免時間因浪費時間而造成的損失。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)，進而生產(chǎn)出高質(zhì)量的農(nóng)作物；無人駕駛操作相對人工操作，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”；因為無人駕駛農(nóng)機的引進，農(nóng)場農(nóng)機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)場可以長時間地運行北斗農(nóng)機提高利用率。

1.3 提高農(nóng)業(yè)對災(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)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)而形成的，主要用于獲取信息和處理信息，在實際運用中，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)境和對象，并對它們進行監(jiān)測，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發(fā)展，可以通過處理災(zāi)情軟件來實現(xiàn)，有效地將受災(zāi)區(qū)信息和災(zāi)變情況進行智能化連接，然后針對不同的地理區(qū)域和受災(zāi)程度制定出一份可行的災(zāi)變處理方案，如蟲害時確定農(nóng)藥的使用劑量和實施方式。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對植物進行準(zhǔn)確施藥是一個比較好的方法。

1.4 促進農(nóng)業(yè)商務(wù)化水平

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境由監(jiān)測到監(jiān)測和控制的升級，讓物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到食品安全領(lǐng)域，實現(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提供了食品供應(yīng)鏈中產(chǎn)地、制作、運輸、購買等相關(guān)內(nèi)容，當(dāng)食品實際情況與數(shù)據(jù)庫中的信息不一致時，根據(jù)食品安全信息查詢到問題源，及時控制商品的流通或直接召回商品，追本溯源地將信息進行修正，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)今時代“食品安全大于天”的政策表現(xiàn)。數(shù)據(jù)化時代的到來，真實數(shù)據(jù)對消費者更具有說服力，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。智慧農(nóng)業(yè)的普及和運用很大程度上減少了對農(nóng)田的污染和傷害。北斗技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)運用，能夠即時、快速把控和監(jiān)測到農(nóng)業(yè)農(nóng)田多維度、多尺度的動態(tài)信息，及時更新農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)和農(nóng)學(xué)專家的幫助和指導(dǎo)下實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的自動化操控，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)展進程，釋放雙手，持續(xù)性地使用土地。提高農(nóng)民經(jīng)濟收入，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)

機械化農(nóng)業(yè)的延伸和發(fā)展，誕生出了中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）和航空農(nóng)業(yè)的結(jié)合。相對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)來說，這樣的結(jié)合有著明顯的優(yōu)勢，如準(zhǔn)時進行農(nóng)耕、節(jié)約時間、節(jié)省勞動力，使用較少的農(nóng)藥、種子和化肥達(dá)到種植目標(biāo)，進而減少農(nóng)業(yè)投入，還可以解決陸地機械無法解決的問題。目前，農(nóng)業(yè)飛機主要用于農(nóng)業(yè)的播種、噴灑農(nóng)藥和施肥方面。首先，飛機操作人員利用北斗定位功能規(guī)劃出飛機的操作區(qū)域，或者可使用電子地圖劃定作業(yè)區(qū)域，做出飛機運行路線圖。其次，飛機利用北斗儀器按照事先設(shè)定好的路線，進行不重不漏的作業(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，重新添加缺失的物品后方可從節(jié)點處繼續(xù)實施作業(yè)。在飛行過程中，北斗儀器采集到飛機的實際作業(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)的實施情況。

2.2 農(nóng)田信息采集與測土配方施肥等

顧名思義，測土配方施肥技術(shù)就是根據(jù)土壤測試情況科學(xué)配比出化肥然后實施的方法。經(jīng)過土壤測試，能夠了解到土壤的肥沃程度，同時決定肥料的配比方案和用量時，還要考慮農(nóng)作物的品種問題，這樣才能真正促進農(nóng)作物的生長，科學(xué)使用化肥，最后實現(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)過實驗測試，將測試結(jié)果輸入到GIS中，自動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)機施肥時，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)機監(jiān)管

跨區(qū)農(nóng)機在保護農(nóng)業(yè)、搶種搶收方面有著巨大作用。在跨區(qū)作業(yè)農(nóng)機上安裝監(jiān)管服務(wù)平臺的車載終端就可以實現(xiàn)對農(nóng)機的監(jiān)管。監(jiān)管服務(wù)平臺作為整個監(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)平臺發(fā)送的定位、求助信息。監(jiān)管服務(wù)平臺實時定位跨區(qū)作業(yè)農(nóng)機的位置，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)機的方位，這樣農(nóng)機能夠科學(xué)有序地進行跨區(qū)作業(yè)，做到不重不漏。同時服務(wù)平臺還可向農(nóng)機傳達(dá)氣象信息和作業(yè)任務(wù)信息等。另外，當(dāng)農(nóng)機發(fā)生故障或農(nóng)場出現(xiàn)事故時，操作人員能夠及時地通過車載系統(tǒng)向服務(wù)平臺發(fā)送求救信號。

2.4 拖拉機自動駕駛

自動駕駛的拖拉機有五個極其顯著的優(yōu)點：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。自動駕駛技術(shù)不僅降低了拖拉機對人工技術(shù)要求，還提升了拖拉機作業(yè)的精度。自動駕駛的關(guān)鍵性技術(shù)是控制導(dǎo)航、規(guī)劃路徑、自動轉(zhuǎn)向和變速等。自動駕駛技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展前景極其廣闊，我國該領(lǐng)域的研究重點是將BDS與拖拉機自動駕駛技術(shù)完美融合，實現(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)對象。當(dāng)BDS定位難以達(dá)到作業(yè)要求時，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。在拖拉機進行作業(yè)前，需要在系統(tǒng)上做出作業(yè)實施方案，減少少耕、不耕的情況發(fā)生。作業(yè)期間，車載系統(tǒng)即時獲取定位位置，并導(dǎo)航或調(diào)控拖拉機進行作業(yè)，利用自動轉(zhuǎn)向功能和自動變速功能設(shè)定作業(yè)路線。這里需要弄清楚的是，自動駕駛并不是無人駕駛，也是需要駕駛員的，無人駕駛是在自動駕駛的基礎(chǔ)上，額外還進行了方案最優(yōu)化的升級和拖拉機的自動操作，相對自動駕駛技術(shù)來說，無人駕駛技術(shù)難度更高，費用也更高。在農(nóng)耕時，自動駕駛農(nóng)機相對一般農(nóng)機的作業(yè)質(zhì)量高，燃油量低。農(nóng)忙時，自動駕駛農(nóng)機的重要發(fā)揮的淋漓盡致。

2.5 機耕道、農(nóng)田灌排渠道選線和地籍測繪

在測量機耕道、田地灌排渠道選線時，BDS相對于傳統(tǒng)測量所花費的時間和精力大大減少。傳統(tǒng)測繪主要內(nèi)容是平面測量，首先選定主線點位置，然后水準(zhǔn)儀高程測量地面，兩次測量后確定主線點三維坐標(biāo)。BDS測量選線時，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)。在實施測量機耕道、農(nóng)田排管路線時，途中的障礙物、山坡、河流有時不可避免，這時利用北斗衛(wèi)星能夠方便快速地獲取取點和增補點，實施準(zhǔn)確定位。在這一點上，傳統(tǒng)測繪所需要花費更多的精力和時間去重復(fù)測量。

地籍測繪就是精確測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繪?，F(xiàn)如今，BDS建設(shè)不斷的加強，終端技術(shù)設(shè)備也不斷優(yōu)化升級。BDS地基增強系統(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在地籍測繪和道路渠道選線測繪應(yīng)用上發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

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