北斗定位导航系统在农机上的应用



北斗定位导航系统在农机上的应用

北斗卫星定位导航技术应用于农业生产，发展现代农业已成为大势所趋。本文介绍了北斗卫星导航系统的发展情况及北斗卫星导航技术在现代农业、精细农业的应用情况，对国内卫星导航技术在农业生产中的应用做了展望。

1　北斗卫星定位导航技术在农业生产中的应用现状

1.1卫星定位原理和差分原理、北斗定位关键技术

1.1.1卫星定位（GNSS）原理就是利用4颗卫星测时与测距进行定位。用户利用手中的GNSS接收机接收卫星信号进行解算而得到定位结果。定位误差在10 m内。在这一定位过程中，有三部分误差，与卫星有关的误差、与传播途径有关的误差、与接收设备有关的误差。利用差分技术，可以完全消除第一类误差和大部分第二类误差。

1.1.2差分原理（DGNSS）将一台GNSS接收机安置在基准站上进行观测。根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行GNSS观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。定位误差在2.5 m以内。利用实时动态控制（RTK）技术可以将误差降到1cm以内。

1.2北斗农用差分增强技术与基础设施、北斗农机导航定位终端分类与实例、北斗农机自动驾驶导航技术与应用等

1.2.1北斗导航定位精度10 m，测速精度10 ns，免费开放服务。应用技术成熟，可以为农业现代化提供技术支撑。现阶段卫星定位应用高精度主要技术是差分系统，分两种星基差分，地基差分系统。地基差分分为单基站（RTK、DGNSS），多基站（网络RTK、CORS），星基差分（SBAS：WAAS、MAAS），从国外应用经验美国农民以WAAS和CORS自建为主，国内从单基准站为主。WAAS精度40 cm免费国内信号不能用误差太大，个人RTK：精度2 cm自费，伪距差分（DGNSS、DGPS）亚米级距离100 km以内付费距离15 km以内，北斗系统没有星基差分，目前主要应用于农机导航作业。

1.2.2北斗农机定位终端，应用于农机结合桌面地理信息系统（GIS）、导航、定位、农机投入、土壤采样管理、作物侦测、产量影响分析等，可以与田间数据采集办公室软件同步。

1.2.3AgLeader天宝互联农场管理系统，由此可见，定位导航技术与农场GIS系统和现代化管理已经在国外成为一种农业生产的基本业态。

1.2.4农用拖拉机自动导航系统安装分前装和后装两种，前装即在拖拉机出厂前装好导航系统，后装即拖拉机在出厂后再安装导航系统，目前我国拖拉机以后装为主。

1.3国外导航设备在精准农业中的应用情况。2012～2013年我国黑龙江垦区农机推广产品目录中，GPS自动导航和驾驶系统全部是国外进口产品，包括美国大宝（Trimble）公司、日木拓普康（Topcon）公司、加拿大半球（Heimisphere）公司、瑞士徕卡（Leica）等，而且产品价格昂贵，产品报价在每台（套）15万～20万元，农垦系统的批量采购指导价也达11.4万元。在配套应用上，上述公司大部分与进口大马力拖拉机配合使用，2012年年销量1 500多台，产值超过1.5亿元，其中大宝公司800多台、拓普康公司200多台、半球公司150多台，位居前三位。而国产大马力拖拉机、播种机、收割机等农业机械在黑龙江每年2万台的市场却无人问津。自主研制高精度自动导航和驾驶系统产品迫在眉睫。

2　国内卫星导航技术在农业生产的应用展望

2.1以导航（GNSS）、遥感（RS）、地理信息（GIS）为核心的3S技术应用已经由宏观农业研究发展到精准农业研究阶段。国外成熟经验可以借鉴，但是鉴于中国的实际国情，我们可以吸收再创新发展适合本地区的应用技术。

2.2物联网技术概念的核心是定位+通讯。这两种技术都已发展成熟，适用于农业生产应用。关键问题是集成在一块电路板或芯片上，方便设计农业专用设备的研发。

2.3农机或土壤检测的定位数据与其他属性数据组合技术农业大数据的应用基础。

2.4河北省农业正经历由分散趋于集中过程，在这一过程中应用3S技术实施从规划到实践的一体化解决方案是农业技术现代化的一种正在经历的历史阶段，应用3S技术“量身定做”规划图，应用现代技术实施的农艺方案，应用农业经济分析技术实现的收益评估，是适应现代农业需要的一种设想。

050051河北省农林科学院农业信息与经济研究所王新栋