我国农机远程监测终端技术性能分析

○农业农村部农业机械化总站 王扬光 王庆厚 彭俊明 李 博

近年来，党中央、国务院高度重视农业机械化和农机装备转型升级，明确提出“加快大中型、智能化、复合型农业机械研发和应用，加快推进农业机械化”。 加快运用电子计算机、现代通信、智能控制、导航定位等信息技术，推进农机装备向信息化、智能化发展，是农业供给侧结构性改革的必然要求，是转变农业机械化发展方式的重要手段，是提高农业机械化发展质量效益的重要举措，对于增加农机用户收入、增强农业抗风险能力，加快实现农业现代化具有十分重要的意义。

农机远程监测终端主要由主机、天线、数据处理平台和各类传感器组成，安装于拖拉机、收割机及插秧机等农业机械上，通过全球卫星定位系统、移动通信技术和计算机处理技术，可实现机具定位、作业面积计算、故障上报等功能，是农业机械信息化、智能化的现实应用。本文结合工作实践，对我国农机远程监测终端定位精度、作业面积误差等技术指标进行了分析，梳理出农机远程监测终端委托检验中的有关建议，以期为业界同行提供借鉴参考。

一、监测终端定位类型及原理

1.定位类型。

农机远程监测终端的定位类型可分为单点定位和差分定位两种，差分定位又分为伪距差分定位和载波相位差分定位两种。根据2020年度申请农机远程监测终端委托检验的19家企业的24个产品，表1显示了各种类型监控终端的分布。由表1可见，差分定位占了近9成，载波相位差分定位的监测终端占比接近60%，是当前农机远程监测终端最主流的定位类型。

表1 监测终端定位类型分布

2.定位原理。

（1）单点定位。

单点定位即以卫星和监测终端信号接收机之间的距离观测量为基准，利用已知的卫星瞬时坐标来确定监测终端（农业机械）在地球坐标系中所处位置的定位方法，这一位置在坐标系中是唯一的，所以也称为绝对定位。单点定位系统仅需用监测终端信号接收机即可实现独立定位，数据处理简单，接收机价格便宜。但由于单点定位受导航卫星星历误差和大气延迟误差等影响，定位精度不高，动态单点定位精度一般仅有10～40m。

精密单点定位（PPP）是近年来发展的新技术，它利用国际GNSS服务组织提供的高精度的卫星星历和卫星钟差对监测终端接收的载波相位或测码伪距观测值进行解算，实现高精度定位的一种方法。精密单点定位精度可达20～40cm，甚至可以实现厘米级精度，但初始化时间长，信号易丢失，且技术成熟度不及差分定位技术。

（2）差分定位。

差分定位是使用监测终端信号接收机与设置在坐标已知点（基准站）上的卫星接收机同步观测相同的卫星，确定监测终端（农业机械）相对于基准站的位置，也就是相对位置。差分定位是相对定位的一种实现方式。差分定位的基本方法是在定位区域内设置一个或若干个基准站，基准站连续跟踪观测视野内的卫星，经与已知距离对比，得出伪距修正值（也称差分修正参数），修正值按一定格式播发到监测终端的接收机上，监测终端跟踪观测距卫星的距离，同时接收基准站发来的伪距修正值，对相应的卫星距离进行修正，用修正后的伪距进行定位。差分定位可以削弱卫星轨道误差、大气折射误差和接收机钟差对定位结果的影响，因此差分定位的定位精度高。根据观测值类型，差分定位可分为伪距差分定位、载波相位差分定位。

伪距差分定位：伪距差分定位（RTD）是利用卫星测距码信号进行差分定位的方法，是目前用途最广的一种测距定位技术，具有定位速度快，无多值性问题等优点。卫星测距码有C、A码和P码两种，C/A码差分定位精度可达3m，P码差分定位精度可达到30cm。

载波相位差分定位：载波相位差分定位（RTK）是利用卫星信号的载波相位观测值和差分观测值进行差分定位的方法。载波相位差分定位利用的载波相位解算技术，可以达到厘米级的定位精度，主要问题是相位解算复杂。

二、监测终端技术性能分析

1. 整体技术性能分析。

农机远程监测终端的主要技术指标为水平定位精度和作业面积测量误差。根据相关标准规定，水平定位精度应≤2m，且水平定位精度≤2m的点数合格率应达到80%，作业面积误差应小于3%。

表2是24台监测终端主要技术指标的检验结果统计。整体上看，监测终端的水平定位精度、水平定位精度≤2m的点数合格率、作业面积误差等技术性能指标的均值都满足合格判定要求，说明我国农机远程监测终端产品的技术性能水平较高。但从每项技术指标看，不同产品的技术性能存在较大差异，如水平定位精度最小值为0.07m，最大值则达到了2.19m，两者相差2.12m，作业面积误差最大值是最小值的79.9倍，且水平定位精度和作业面积误差指标的最大值都不满足合格判定要求。

表2 监测终端检验结果统计

引起农机远程监测终端间技术性能差别的因素有很多，其中主要原因一是主机板卡配置及定位类型不同，二是数据处理平台对作业轨迹识别能力有差距，作业面积算法不同。

2.不同定位类型技术性能分析。

将监测终端产品按定位类型划分，然后统计技术性能指标，如表3所示。从表中可知，采用载波相位差分定位的检测终端技术性能最好，其水平定位精度最高，所有产品水平定位精度≤2m的点数合格率均为100%，水平定位精度平均值较伪距差分定位终端提高了2.37倍，较单点定位终端提高了4.09倍，其作业面积误差也最小，是伪距差分定位终端的44.9%，是单点定位终端的23.6%；采用伪距差分定位的监测终端技术性能的均值都满足合格判定要求，其技术性能全面优于单点定位的终端技术性能；从各定位类型检验合格项占全部检验项的比例（合格项占比）也可得出相同判断。由此可以得出农机远程监测终端技术性能与终端定位类型密切相关，定位类型定位精度高，监测终端技术性能就好。

表3 终端监测检验结果分类统计

三、结论与建议

基于农机远程监测终端检验结果，本文分析了监测终端的定位原理和技术性能。分析得出，我国农机远程监测终端核心性能指标的均值满足合格判定要求，整体上具有较高水平，但不同监测终端间技术性能存在一定差别，从监测终端不同定位类型分析，载波相位差分定位的监测终端技术性能最好，伪距差分定位的监测终端技术性能居中，单点定位的监测终端技术性能相对较差。

针对农机远程监测终端现场检验实施情况和检验结果分析，对委托企业提出以下建议：

一是要与检验机构技术人员进行充分沟通。提前了解对监测终端在检验方法、检验项目、设备安装调试和采集数据格式等方面的要求，以提高现场工作效率，保证检验数据真实可追溯。

二是要选择适宜的试验用地。试验用地面积应不少于0.33 hm2，地势平坦，地表整洁，视野开阔，视场内障碍物的环视高度角不宜超过15°，且远离大功率无线电发射源、高压输电线和大型建筑物等，以避免卫星信号受干扰，影响定位精度。

三是加强市场调研，提升售后服务水平。监测终端在农机中的应用尚处于起步阶段，一方面企业要加强市场研究，切实满足农机用户生产的实际需求，并以此契机加大研发力度，向农机化生产的信息化、智能化、无人化方向拓展；另一方面大多数农机用户首次使用农机远程监测终端，对其工作原理、功能组成缺少了解，很难排除使用中出现的故障，因此企业要提高服务意识，从咨询培训、配件供应、及时维修等方面提供优质的服务保障。