北斗卫星对智慧农业的作用与应用探讨

宋超+丁冉+岳鹏飞

摘要：随着北斗导航卫星技术的发展，其应用产业领域的扩展，人们开始将这种技术与智慧农业结合起来，不仅给智慧农业提出了新的发展思路，更大大促进了北斗卫星导航技术的应用、扩宽了发展领域。该文分析和研究了智慧农业领域中北斗卫星导航技术的作用和实际应用。

关键词：北斗卫星；智慧农业；航空农业

中图分类号：S-3 文献标识码：A 文章编号：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 北斗卫星对农业的作用

1.1 促进农业生产的宏观调控、决策与监督

第一，对农场、农田、农业进行数据化管理。通过地理信息系统（简称GIS），将北斗终端模块安装到被划分区域、编号且建立地籍的土地上，利用北斗卫星获得农业农田的相关数据，如，农田种植面积、农作物品种、耕种施肥和收割时间、农田责任人和整年积温等数据，传输给农场的数据管理库中，通过实际种植数据即时监测农业种植的情况，保证科学化种植顺利进行。第二，建立土地养分资源和土壤肥力信息系统，辅助农场主进行正确决策。系统的建立离不开两方面的支持，一方面是对北斗定位土壤的抽取化验，通过GIS分析出的土壤中钾、磷、氮元素含量，土壤PH值和土壤质层图，另一方面是农业专家的帮助和支持下GIS生成的施肥变量处方图。第三，环保、民政、水利、监察、公安、纪检和国土等农场下属部门相关数据库的建立少不了农田数据库的参与和补充。利用手机客户端的便捷性，当相关业务出现问题时上述部门巡检人员能够即时获取问题，并用手机拍照取证，将问题汇报给领导，领导获知后能够很快地处理。北斗终端的配置能够进一步完善部门的检查监督制度，这样能够即获知工作人员的即时地理位置和出行路线，为监督的有效实施提供了保障。

1.2 提高农业耕作精细化、科学化

想要达到农业自动化操作和农用机械的无人操控，必须依赖北斗卫星的定位功能，再安装北斗模块，将操作指令通过传感器传输到农机上。拖拉机或其他农用机械在设计的过程中，已经将传感器、微型计算机、北斗模块装置安装上去，同时留出化肥槽和农药箱的携带空间，当农机在田间工作时，各个装置各司其职，传感器将收集到农田和农作物的情况，北斗模块对每块土地进行精确化定位，微型电脑负责将传感器和北斗模块获取到的信息导出并快速分析决断出具体实施方案，如是否需要进行灌溉及如何灌溉，是否需要追肥及如何追肥，是否需要给农作物喷洒农药及决定用哪种农药等农耕方案。此时，北斗模块装置可以对农机的位置进行定位，农庄负责人可实时掌握农机的运行轨迹和任务完成程度，还可以随时调控农机的路线，当农机运作失常时，及时调动维修人员进行维修，避免时间因浪费时间而造成的损失。在耕种农田方面，无人驾驶的北斗农机无疑地比人工驾驶的操作更加精确，更大程度地满足了农业耕作的标准，进而生产出高质量的农作物；无人驾驶操作相对人工操作，不仅耕作的效率得到了大幅度提高，耕作也更为精确，将人工操作的目标“少重不漏”提升为“不重不漏”；因为无人驾驶农机的引进，农场农机操作员的工作变得越来越轻松，避免了因操作技能不高造成的工作延误问题，农场可以长时间地运行北斗农机提高利用率。

1.3 提高农业对灾情的预防和处理能力

无线传感器网络是由大量的低消耗、低功率的智能传感器连结而成的网络，它是高度集成传感技术、计算机技术、通信技术而形成的，主要用于获取信息和处理信息，在实际运用中，无线传感器网络上所有的传感装置能够感知到周边环境和对象，并对它们进行监测，尽可能地获得最为详细的信息，经过处理，提高信息的精确性。农业灾变想要得到智能化的升级发展，可以通过处理灾情软件来实现，有效地将受灾区信息和灾变情况进行智能化连接，然后针对不同的地理区域和受灾程度制定出一份可行的灾变处理方案，如虫害时确定农药的使用剂量和实施方式。假使农业受到虫害的面积较广，使用安装北斗装置和微型电脑的飞机对植物进行准确施药是一个比较好的方法。

1.4 促进农业商务化水平

农业生产环境由监测到监测和控制的升级，让物联网技术应用到食品安全领域，实现了人们从餐桌追溯到农田的想法，为食品安全信息管理库提供了食品供应链中产地、制作、运输、购买等相关内容，当食品实际情况与数据库中的信息不一致时，根据食品安全信息查询到问题源，及时控制商品的流通或直接召回商品，追本溯源地将信息进行修正，这样厂家和顾客的合法权益得到有力保障，是积极执行当今时代“食品安全大于天”的政策表现。数据化时代的到来，真实数据对消费者更具有说服力，将采集到的食品安全信息传递给顾客，无形中提高了农业的销售业绩。智慧农业的普及和运用很大程度上减少了对农田的污染和伤害。北斗技术在智慧农业运用，能够即时、快速把控和监测到农业农田多维度、多尺度的动态信息，及时更新农业数据库，在数据和农学专家的帮助和指导下实现农业的自动化操控，达到智能喷药、施肥和灌溉等，利用北斗精准定位功能实现农业的精耕细作，加快落后农业的发展进程，释放双手，持续性地使用土地。提高农民经济收入，提升农民生活质量。

2 北斗卫星在智慧农业的应用

2.1 航空农业

机械化农业的延伸和发展，诞生出了中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）和航空农业的结合。相对传统农业来说，这样的结合有着明显的优势，如准时进行农耕、节约时间、节省劳动力，使用较少的农药、种子和化肥达到种植目标，进而减少农业投入，还可以解决陆地机械无法解决的问题。目前，农业飞机主要用于农业的播种、喷洒农药和施肥方面。首先，飞机操作人员利用北斗定位功能规划出飞机的操作区域，或者可使用电子地图划定作业区域，做出飞机运行路线图。其次，飞机利用北斗仪器按照事先设定好的路线，进行不重不漏的作业。若作业过程中农药、化肥、种子等使用完毕，则可在北斗仪器上标记出断耕节点，重新添加缺失的物品后方可从节点处继续实施作业。在飞行过程中，北斗仪器采集到飞机的实际作业路线、喷雾系统关闭情况、作业速度等数据和信息，通过GIS可以分析出此次作业的实施情况。

2.2 农田信息采集与测土配方施肥等

顾名思义，测土配方施肥技术就是根据土壤测试情况科学配比出化肥然后实施的方法。经过土壤测试，能够了解到土壤的肥沃程度，同时决定肥料的配比方案和用量时，还要考虑农作物的品种问题，这样才能真正促进农作物的生长，科学使用化肥，最后实现增产的目的。这种施肥方法是科学的，行之有效的。在这个过程中仍要使用到北斗仪器的精准定位功能，采集到土壤样品并标记出土壤的取样位置。土壤样品经过实验测试，将测试结果输入到GIS中，自动生成三维土壤矿物质含量和土壤属性的分布图，明确标记出钾、氮、磷元素的含量，有机质层的分布，以及土壤酸碱指数。根据不同农作物对养分需求的不同，决策出施肥的量，并通过GIS显示出化肥使用量的差别，在农机施肥时，参考施肥方案在作业区域定量施肥。这种方法还可预防和整治农业虫害，采集土壤污染程度、农田水分含量、温度和农作物产量等农耕信息。

2.3 跨区作业农机监管

跨区农机在保护农业、抢种抢收方面有着巨大作用。在跨区作业农机上安装监管服务平台的车载终端就可以实现对农机的监管。监管服务平台作为整个监管系统的核心，能够快速地将相关的信息传递给车载终端，车载系统能够快速收到服务平台发送的定位、求助信息。监管服务平台实时定位跨区作业农机的位置，并将信息传送给车载系统，车载终端利用电子地图显示出农机的方位，这样农机能够科学有序地进行跨区作业，做到不重不漏。同时服务平台还可向农机传达气象信息和作业任务信息等。另外，当农机发生故障或农场出现事故时，操作人员能够及时地通过车载系统向服务平台发送求救信号。

2.4 拖拉机自动驾驶

自动驾驶的拖拉机有五个极其显著的优点：作业方向准确、行距精确、间距标准、持续作业、不用常规标记。自动驾驶技术不仅降低了拖拉机对人工技术要求，还提升了拖拉机作业的精度。自动驾驶的关键性技术是控制导航、规划路径、自动转向和变速等。自动驾驶技术的应用和发展前景极其广阔，我国该领域的研究重点是将BDS与拖拉机自动驾驶技术完美融合，实现导航控制作业，该技术主要以是现代化农业为服务对象。当BDS定位难以达到作业要求时，田间差分基准站的建立显得尤为重要。我们需要做出更大的努力提高BDS的定位精度。在拖拉机进行作业前，需要在系统上做出作业实施方案，减少少耕、不耕的情况发生。作业期间，车载系统即时获取定位位置，并导航或调控拖拉机进行作业，利用自动转向功能和自动变速功能设定作业路线。这里需要弄清楚的是，自动驾驶并不是无人驾驶，也是需要驾驶员的，无人驾驶是在自动驾驶的基础上，额外还进行了方案最优化的升级和拖拉机的自动操作，相对自动驾驶技术来说，无人驾驶技术难度更高，费用也更高。在农耕时，自动驾驶农机相对一般农机的作业质量高，燃油量低。农忙时，自动驾驶农机的重要发挥的淋漓尽致。

2.5 机耕道、农田灌排渠道选线和地籍测绘

在测量机耕道、田地灌排渠道选线时，BDS相对于传统测量所花费的时间和精力大大减少。传统测绘主要内容是平面测量，首先选定主线点位置，然后水准仪高程测量地面，两次测量后确定主线点三维坐标。BDS测量选线时，基准站差分的定位功能能够帮助准确定位，利用北斗卫星技术，多次定位后可确定立体坐标。在实施测量机耕道、农田排管路线时，途中的障碍物、山坡、河流有时不可避免，这时利用北斗卫星能够方便快速地获取取点和增补点，实施准确定位。在这一点上，传统测绘所需要花费更多的精力和时间去重复测量。

地籍测绘就是精确测量所属土地的界线界址坐标，其主要

工作内容是宗地和附加内容的所属关系、位置和面积、使用情况等的精确测绘。现如今，BDS建设不断的加强，终端技术设备也不断优化升级。BDS地基增强系统得以建立，基准站差分定位技术发展速度增快，定位也越来越准确，BDS在地籍测绘和道路渠道选线测绘应用上发展潜力巨大。

参考文献：

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