北斗导航系统在农业领域的应用分析

杨杰

摘 要：目前，北斗导航系统已广泛应用于各个领域中，比如军事、农业、海洋渔业、水利工程、道路交通管理和地质监测等，均获得了较好的应用效果。对北斗导航系统进行了概述，并分析了北斗导航系统在我国农业领域中的应用、不足等。

关键词：北斗导航系统；农业领域；应用研究；自然资源

中图分类号：P228.4 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.13.102

科技的发展推动了技术的更新。农业生产对自然资源的依赖程度较高，随着农业物联网、配方施肥等多种现代化农业管理模式的出现以及农业生产可持续发展体系的构建，卫星导航在农业生产中的应用将越来越广泛。在农业领域中应用导航，是指将自动化控制技术与通信、导航相结合，利用现代化的监测系统和机械设备进行农业田间管理，根据农业区域作物的生长情况和具体的环境条件因地制宜地开展对施药、施肥、播种和收割等的管理工作，以实现降低产业投入，提升作物质量、产量和保护生态环境的目的，从而更好地促进农业的可持续发展。

1 北斗导航系统的概述和建设

北斗导航系统是由2个地球同步卫星、1颗备份卫星、校准系统、中控系统和用户终端五部分组成，主要工作原理为：通过中枢系统向2个地球同步卫星传送询问讯号，通过卫星上的转发器在服务区域内向用户广播，用户会对两颗卫星中的1颗发送信号，作为响应，并将相关信号传回2个卫星，地球同步卫星将接收到的卫星信号转发给中枢系统，通过中枢系统对相关数据信息的处理可完成用户的定位服务工作。

北斗导航系统最先出现于1983年，该系统的典型特点是卫星数量较少、区域性定位、全天候服务，且用户终端设备较为简单。分析北斗一号卫星系统的测试结果可发现，北斗导航系统可通过地球同步卫星为用户提供较为稳定、准确的定位服务，并可通过较简短的报文形式实现授时服务和通信。在第二代北斗导航系统建设时期，先后发射了4颗北斗卫星，北斗卫星的发射完善了我国卫星导航系统，使定位更为准确、兼容性更强、抗干扰能力更强、定位区域更广，并完成了对亚太地区的覆盖，已基本可满足我国经济发展、国防等众多领域的需要。根据我国卫星导航系统的建设规划，预计到2020年前后，北斗导航系统将拥有约35颗卫星，最终实现对全球范围的覆盖。

2 北斗导航系统在我国农业领域中的应用

北斗导航系统是拥有我国自主知识产权的卫星导航系统。随着二代导航系统的应用和普及，在我国周边地区实现定位服务已成为可能。此外，北斗卫星为我国农业的发展提供了重要的技术支撑。

2.1 北斗导航系统在农业领域应用的优势

北斗卫星导航系统在我国农业领域中的优势主要体现在以下2点：①具有较强的信号覆盖能力。北斗系统特有的星座分布使北斗卫星更多的在东经84°～160°的区域内分布。随着二代北斗系统建设的逐渐深入，北斗系统在我国各区域定位服务中将进一步体现其优越性。北斗系统在复杂地形和环境条件下也能占有较多的可用信号，可提供较为稳定的定位服务，可更好地为农业发展提供连续、稳定的定位服务，以满足其对导航系统的需求。②定位精度较高。采用三频定位，定位精准度大大提高。

2.2 在农业领域应用的主要模式

我国农业领域应用北斗导航系统的时候，需与我国的农业发展趋势、现状进行有效结合。受耕地分布、人口密度、经济水平等因素的影响，我国农业领域各种先进技术的普及程度较低、技术推广率较低、基地性的大型农耕用地较少，因此，自动化农机应用范围相对较小，主要的操作工具和操作手段仍为人工。北斗卫星在精准农业中的应用模式主要有2种：①辅助作业应用。其是在中大型农田中应用精度较高的接收机体制。②无人作业应用。其是在大型农田或特大型农田中应用的差分定位体制。

无人作业模式中的地面设备具有北斗地基差分站（站内有自动化农机和北斗差分接收机）。通常情况下，1台移动差分接收机能接收并处理数千米内的信号，也能使定位的精度大大提升。接收机主要负责对土壤、作物的监测定位；控制中心主要负责分析处理接收到的信息，进而生成决策。北斗差分站负责接收来自空间的差分信号和导航信号，并根据信号准确定位。比如自动化农机接收到控制中心信号后，根据相关的定位数据按照预定的规划轨迹行进并完成相关作业任务，也可根据作业区域对自身的作业强度进行适当调整，比如作物播种密度、喷淋速率和流量等情况，并通过地面通信系统将地位信息实时传递到控制中心。

辅助作业模式中不含地面差分站，该模式中使用的接收机为高精度接收机，主要包括通信线路和控制中心，也可采取提前规划作业的方式。该应用在土壤、作物监测中的精准度相对较低，但仍可从一定程度上满足信息分析的要求。当采取提前规划作业方式时，其对农机的作业任务实时调控能力相对较差，但在实际的应用中仍有较好的效果。图1和图2为北斗系统应用在辅助作业模式和无人作业模式中的流程图。

2.3 北斗导航设备与自动化农机的有效整合

RTK定位技术在农业领域中的应用为自动化农机的使用提供了可能。自动化农机主要包括自主作业、自主驾驶。自主作业是指农机能在指定区域内完成规定强度和种类的作业任务；自主驾驶是指农机能按照规定的运动轨迹自主进行速度控制和运行。在实际作业中，要想实现北斗导航设备与自动化农机的有效整合，就需要实现精准定位、自动驾驶、变量控制和有效通信等众多环节。北斗导航系统可通过RTK接收机进行高精准度定位，可为农机的正常作业和运行提供重要的位置信息；可通过北斗RDSS通信进行管理中心与农机之间的信息交换；可通过RTK多天线技术获得重要的测量数据，为农机设备的自动控制提供重要测量信息。

3 北斗导航系统中存在的不足

虽然北斗导航系统在我国的应用中获得了较好的发展，具有明显的技术优势，但应用过程中仍存在一定的缺陷和不足，比如系统的推广和使用受到某些因素的制约，在某些领域中尚未推广使用。具体体现在终端设备的研发较为落后，严重滞后于导航系统的发展进程，原因为终端设备的芯片研制成本较高、难度较大，且研发起步较晚。目前，由于国家对系统应用和开发的激励力度不足，导致应用领域较小、资源严重浪费。因此，需要不断改进和完善，加大激励力度，加快该系统在各领域中的应用。

4 结束语

北斗卫星导航系统的实际应用大大提升了我国信息化建设的水平，其在农业领域中的应用实现了自动化农田管理工作，开启了农业生产的新模式。农业领域中应用北斗系统能合理控制对作物的播种、施肥、灌溉、收割等工作，有效减少了人力支出，更好地提高了农业生产的效率。随着北斗导航系统建设的不断完善，系统的功能和性能也在不断完善和提升，该系统在各个领域中的应用也加快了北斗导航系统的完善进程。

参考文献

[1]张荣群，张小栓，高万林，等.北斗导航系统在农业领域的应用展望[J].测绘通报，2012（01）：685-686，694.

[2]迟凤静.北斗导航系统在物探生产中的应用前景[J].石油仪器，2014（03）：45-47.

[3]何成龙.北斗导航系统在我国精准农业中的应用[J].卫星应用，2014（12）：24-27.

〔编辑：张思楠〕

Abstract： At present， the Beidou navigation system has been widely used in various fields， such as military， agriculture， fishery， water conservancy project， road traffic management and geological monitoring， good results were obtained. The Beidou navigation system is summarized， and the application and shortage of Beidou navigation system in the field of agriculture in China are analyzed.

Key words： Beidou navigation system； agricultural field； application research； natural resources