GNSS导航技术在精准农业中的应用

张傲 鲍志雄 林国利

摘 要：文章首先介绍了GNSS导航技术在精准农业中的应用。在基于国外农业机械GNSS导航技术的研究上，分析了我国农业机械GNSS导航技术发展趋势及可能存在的问题。最后介绍了中海达OutBack 系统应用案例，可以有效减少农机作业强度，提高作业效率。

关键词：GNSS导航技术；农业机械；OutBack 系统

精准农业[1]是通过信息技术操作与管理现代化农业，即定量、实时诊断耕地和作物长势，并通过土壤形状、光照、湿度、温度等影响因素，动态调整作物投入，从而提高土地生产力的过程，最终实现农业的可持续发展。

美国率先将GPS技术应用到农业生产领域，并在1992年4月召开第1次精准农业学术研讨会，标志着精准农业技术体系初步形成。随着俄罗斯GLONASS、欧洲Galileo、中国北斗卫星导航系统，以及相关增强系统的不断发展，GNSS导航技术在精准农业的应用越来越广泛。

1 GNSS导航技术及其在农业机械中的作用

1.1 GNSS导航技术

GNSS通过距离计算卫星的实际位置，距离通常以无线电信号的传输时间量测。绝对定位，是接收机天线的绝对坐标，通过一台接收机获得数据。相对定位[2]，根据2台以上接收机对同一组卫星观测获得的数据确定接收机天线位置关系。GNSS测量误差主要有与传播路径、与卫星有关、与接收机有关及其他误差等。

1.2 GNSS在农业机械主要作业形式

GNSS可以实时确定农业机械位置，将原有的精度和速度进行提升，进而促进农业生产和作业效率的提高。

1.2.1 农机作业导航

根据安装在农业机械上的GNSS接收机获取的数据[3]，经过中央控制器处理后，得到实时高精度实时农业机械位置和方向，对驾驶员操作进行指导。

1.2.2 变量施肥

在计算机决策系统的支持下，安装有GNSS接收机的喷施器，根据农田土壤养分含量的分布图及依据卫星信号确定的实时位置，实现对田间各区域不同类别的变量控制。

1.2.3 农田产量监测

影响作物产量的因素通过以GIS技术直观表达的产量监控器[4]获得的数据，并结合土壤分布情况进行确定。根据对各种因素的实时测量，帮助种植者对做农作物进行管理。

2 全球农业机械GNSS导航技术发展及市场分析

2.1 国外农业机械GNSS导航技术发展

美国在联合收割机上装备全球卫星定位系统后，荷兰、加拿大、日本、英国等国家相继开始进行精确农业实时计划，实现高产和最大经济效益的获取，为农业技术的进步带来巨大推动作用。

由日本农林水产省农业研究中心研制的播种机，误差在8cm以内；稻田无人插秧机，精度2cm以内。此外，由北海道大学与农业机械厂联合研制的无人驾驶拖拉机精度达2cm。

除科研机构进行精准农业相关技术的研究外，一些商业公司也纷纷推出面向农业而开发的产品。如NavCom公司研发的StarFire 系统，Trimble公司推出的Omnistar 系统等，极大的推进了精准农业的发展。

2.2 国外农业机械GNSS导航技术市场

据GSA报告称，2012年全球GNSS设备在精准农业市场出货量达16万台，复合增长率达21.3%；销售业绩$7亿元。出货量主要集中在农机作业导航领域，占据出货量45%，创造销售业绩的66%。

据GSA预测，到2020年GNSS设备在精准农业市场出货量为61万台，复合增长率14.3%；销售业绩达$20亿元，复合增长率10.3%；GNSS在精准农业市场渗透率达33%。其中，农机作业导航和变量施肥预计整个精准农业业绩的80%。北美市场依然为全球主要市场，份额达43.8%。

3 我国农业机械GNSS导航技术的发展及市场分析

3.1 我国农业机械GNSS导航技术发展

在国家新农村建设工程大力开展的过程中，国内农机业发生了巨大的变化。

2009年国务院发布《装备制造业调整和振兴规划》，要求“充分发挥市场在资源配置中的基础性作用，促进农业机械制造企业有序竞争。”

2010年国务院发布《国务院关于促进农业机械化和农机工业又好又快发展的意见》，指出“到2015年，农机总动力达到10亿千瓦，主要农作物耕种收综合机械化水平达到55%以上。”

2011年工业和信息化部发布《全国农机工业十二五发展规划》，要求“到2015年，年农机工业总产值达到4000亿元以上。”

GNSS技术在农业领域发挥重要作用，尤其是对推动社会主义新农村建设及促进农业转型升级有着积极的推动作用。但是目前我国正处在GNSS技术在农业应用的试验阶段，相关技术和设备还需进一步加强和完善，尤其是适用于大规模机械化生产的技术仍处于起步阶段，因此，必须重视GNSS技术在农业管理中的技术研究和应用。

3.2 我国农业机械GNSS导航技术市场

截至2012年底，全国30个省、区、市共有家庭农场87.7万个，经营耕地面积达到1.76亿亩，经营总收入为1620亿元，各类扶持家庭农场发展资金总额达到6.35亿元，其中江苏和贵州超过1亿元。

截至2012年底，国家农机购置补贴共计投入$122.65亿，复合增长率105%；补贴各类农机具2272.6万台（套）。

4 中海达OutBack 系统应用案例

4.1 OutBack 系统构成及功能

OutBack 自动导航驾驶系统由基准站、车载卫星定位组件、决策支持组件以及自动控制组件组成等四部分构成。

基准站组件通过接收定位卫星信号，计算出信号中包含的误差，并通过电台或者网络等通讯手段将改正数播发出去，传送至安装在拖拉机顶棚上的车载卫星定位组件，将机械当前位置、速度等信息定位精度提高至1～2cm。决策支持组件根据人工设定的路线指引拖拉机行驶，并通过自动控制系统控制车辆转向，实现自动控制。

4.2 黑龙江七星泡农场应用案例

2012年，OutBack 自动导航驾驶系统成功安装在黑龙江省七星泡农场30套的迪尔7830、克拉斯836等拖拉机上，根据后期数据统计，在秋整地和秋起垄作业过程中，该系统大幅度提升了驾驶人员的工作效率，节约了生产成本。30套机车共计节约资金59.25万元，主燃料79t，增加时间利用7个百分点，提高效率20%以上，最终实现118.56万元资金的节省，进一步提高农民的创收。

参考文献

[1]臧荣春，欧阳斌林.GPS技术在精确农业中的应用[J].农机化研究，2001（4）：86-88.

[2]宋变兰，黄道友，路鹏，等.全球定位系统技术及其在农业中的应用[J].湖南农业科学，2005（3）：67-69.

[3]卢建刚，过静君.GPS在精细农业中应用的研究[J].工程勘查，2002（1）：50-52.

[4]翟传凤.GPS在精准农业中的应用[J].当代农机，2007（6）：60-61.

作者简介：张傲（1986-），女，山西省临汾市人，工作单位：广州中海达卫星导航技术股份有限公司，职务：工程师，研究方向：卫星导航技术的创新与应用。