鄭 巍，黃盛杰，陳 智

（江蘇省農(nóng)業(yè)機械試驗鑒定站，江蘇 南京 210017）

1 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)簡介

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）是由中國獨立建造和運營的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，著眼于國家安全以及經(jīng)濟和社會發(fā)展需要，意在為全球用戶提供全天候、全天時、高精度定位、導航和授時服務的重要國家空間基礎設施。

上個世紀末，我國開始了探索適合本國國情衛(wèi)星導航系統(tǒng)的發(fā)展道路，并逐步形成了三步走的發(fā)展戰(zhàn)略：到2000年底，北斗一號系統(tǒng)建成，能為國內(nèi)提供服務；到2012年底，北斗二號系統(tǒng)建成，能為亞太地區(qū)提供服務；在2020年前，建立北斗全球體系，為全球提供服務。在2035年前，建立和完善更普及、更集成、更智能的集成時空系統(tǒng)。

隨著北斗系統(tǒng)建設和服務能力的發(fā)展，相關產(chǎn)品已廣泛應用于交通運輸、海洋漁業(yè)、水文監(jiān)測、氣象預報、測繪地理信息、森林防火、通信時統(tǒng)、電力調(diào)度、救災減災、應急搜救等領域，逐步滲透到人類社會生產(chǎn)和人們生活的方方面面，為全球經(jīng)濟和社會發(fā)展注入新的活力。

2 BDS 系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)方面的應用

2.1 應用于土壤環(huán)境勘察

農(nóng)作物種植前需要對農(nóng)田種植環(huán)境進行檢測，對土壤環(huán)境進行技術勘察，并且根據(jù)相關技術參數(shù)做好農(nóng)作物種植方案的選擇。以往人工方式的勘察活動，結果準確率得不到保障?；贐DS 系統(tǒng)的應用，準確獲取采樣位置信息，將化驗后的土壤肥力信息與位置信息結合，獲得土壤肥力分布圖，實現(xiàn)對擬種植土地土壤環(huán)境的檢測與分析，收集土壤中水分、營養(yǎng)物質(zhì)以及化學結構信息，為農(nóng)作物選擇與種植提供數(shù)據(jù)保障。

2.2 應用于作物成長監(jiān)控

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)作物成長周期較長，其生長情況受到天氣條件、土壤、水源以及施肥量等多種因素影響。在此過程中，針對農(nóng)作物進行必要監(jiān)控，強化種植過程管理工作，具有重要意義和價值。然而，傳統(tǒng)工作模式下，人工監(jiān)測方式存在管理不足、監(jiān)視工作效率低等問題。而BDS 系統(tǒng)的應用，可利用衛(wèi)星定位技術發(fā)現(xiàn)目標農(nóng)作物，期間利用傳感器裝置傳遞農(nóng)作物生長、病蟲害信息。提升對農(nóng)作物成長環(huán)境的技術監(jiān)控，并對生產(chǎn)管理決策提供技術支撐。

2.3 應用于無人駕駛拖拉機

借助遠程操控系統(tǒng)可以對農(nóng)業(yè)機械遠程控制，進行現(xiàn)場無人駕駛操作。其基本工作原理是利用BDS 的定位技術和安裝在拖拉機上的攝像機實時收集相關數(shù)據(jù)，以便控制中心的技術人員可以實時掌握情況，然后進行對應的操作。通過安裝在車輛上的BDS，可以將農(nóng)田劃分為數(shù)據(jù)網(wǎng)格以嚴格按照既定程序進行精確耕種，以實現(xiàn)無人操作的數(shù)字精確作業(yè)[1]。這種農(nóng)機的應用大大提高了耕作效率，減少了勞動者的工作量。同時，可以高質(zhì)量的保證耕種質(zhì)量。此種農(nóng)機還可以選擇在夜間工作，同時減少能源消耗和肥料使用量。

2.4 應用于農(nóng)業(yè)航空上

BDS 還可以應用于農(nóng)業(yè)航空上，基本原理是根據(jù)不同區(qū)域的差異，施用恰到好處的農(nóng)藥和化肥。當農(nóng)用飛機到達指定作業(yè)區(qū)域時，BDS 系統(tǒng)會對該作業(yè)區(qū)域的基本信息做分析并傳遞到控制中心，然后做精準定位和自動導航，按照BDS 系統(tǒng)發(fā)出的作業(yè)命令，對指定區(qū)域噴灑藥物。BDS 技術和農(nóng)業(yè)航空的深度融合極大的促進了國內(nèi)農(nóng)業(yè)機械領域的快速發(fā)展。這一技術一方面可以節(jié)省勞動力，縮減勞動時間，另一方面不浪費農(nóng)藥和化肥，大大降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。

2.5 應用于收割機與播種機

發(fā)達國家已經(jīng)很早的使用GPS 技術于農(nóng)業(yè)機械之中，在國外已經(jīng)具有成熟的GPS 技術應用于收割機和播種機。目前國內(nèi)BDS 技術的發(fā)展水平還處于起步階段，距離國際發(fā)展水平還有一定差距。其技術原理是在相關傳感器配合下使用BDS 技術把農(nóng)田數(shù)字化處理并進行農(nóng)田分區(qū)。通過數(shù)據(jù)中心的計算得到整個農(nóng)田的農(nóng)作物產(chǎn)量和其他相關數(shù)據(jù)，以獲得產(chǎn)量分布圖。然后利用以上分析結果自動獲得機械的相關參數(shù)，如收割速度、脫粒進料量等，從而制定出最佳的收割計劃，實現(xiàn)收割質(zhì)量和效率的優(yōu)化。以上過程可以通過計算機技術開發(fā)相應軟件做到智能控制。在具體使用中，采用按需分配的基本依據(jù)，并配置合理的機械設備，確保耕地科學合理地運行。同時，對于有間距要求的秧苗移栽播種和標準化種植，精度可以達到厘米水平，能夠達到很好的播種效果，均勻性、播種深度都很好[2]，從而提高農(nóng)作物對陽光的利用效率，獲得最科學的種植技術。

2.6 應用于農(nóng)機管理

傳統(tǒng)農(nóng)機作業(yè)監(jiān)控工作效率較低，對于現(xiàn)代化技術的應用能力不夠，農(nóng)田作業(yè)機械化發(fā)展水平將受到限制，并且以往農(nóng)機作業(yè)監(jiān)控技術集約化程度也不夠?；贐DS 系統(tǒng)的應用，有利于農(nóng)田作業(yè)監(jiān)控能力提升。技術應用中，如農(nóng)業(yè)機械導航感知單元，安裝在農(nóng)業(yè)機械上的攝像頭、耕深傳感器等，可實現(xiàn)對農(nóng)田現(xiàn)場作業(yè)質(zhì)量監(jiān)控，通過后臺算法可實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)機械作業(yè)面積的統(tǒng)計與計算。例如，可以全面掌握每臺機器的具體位置及其當前的工作狀況，并且可以通過計算機分析和匯總有關整個機器使用的相關數(shù)據(jù)，獲得機器在作業(yè)區(qū)域的工作距離和工作時間后根據(jù)油耗和機械損耗的程度在合適的位置布置加油站和養(yǎng)護站。這樣，既可以保證機械作業(yè)的可靠性，技術人員也可以知道故障農(nóng)業(yè)機械的位置。此外，配備BDS 系統(tǒng)的農(nóng)機還可以在實現(xiàn)自身的安全保護，例如自動報警功能和車鎖功能，其原理與普通車輛相同，控制中心可以設置行駛速度警報值。一旦機械行駛超速，超速信息會立即傳遞到控制中心，控制中心可以及時調(diào)整農(nóng)機距離[3]。當這一技術應用于飛機上時，可以控制飛機和作物之間以及飛機與飛機之間的安全飛行間距。通過這種技術的數(shù)字化控制，可以對飛機的每一個動作進行標準化定位，實現(xiàn)速度的控制與安全性的控制。甚至在大霧天氣情況下，可以實現(xiàn)自動盲降，極大地提高飛行的安全和作業(yè)質(zhì)量。

3 BDS 系統(tǒng)應用存在的問題

盡管BDS 系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機械領域的應用具有許多優(yōu)勢，例如精確定位、導航、實時數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及作業(yè)質(zhì)量與產(chǎn)量的實時監(jiān)測，但是由于受許多現(xiàn)實情況的限制，衛(wèi)星定位技術在中國農(nóng)業(yè)機械發(fā)展上仍然有很多問題[4]。

3.1 地區(qū)差異大

我國的耕地面積較大，不同地區(qū)的農(nóng)業(yè)用地存在的地形地貌也有著很大的差異，除了北方平原地區(qū)的農(nóng)業(yè)耕地大面積相連接以外，剩余地區(qū)由于地形不平、地塊面積小等問題，并不適合大規(guī)模農(nóng)機作業(yè)，同時受到土壤、氣候、海拔等因素的影響，許多農(nóng)機不能使用。這些原因?qū)е罗r(nóng)業(yè)機械自動化程度、種類、型號等方面存在很大差別，不利于BDS 系統(tǒng)的廣泛普及。

3.2 技術難度高、人才少

衛(wèi)星定位技術屬于高新技術，所涉及的知識面非常廣泛，所依托的技術層面和科學類別也很多，因此單獨應用于農(nóng)業(yè)機械的衛(wèi)星定位技術的研發(fā)存在著較多的問題，由于現(xiàn)階段對農(nóng)機衛(wèi)星的重視度不夠高、研發(fā)經(jīng)費非常有限、相關科研團隊和從業(yè)人員比較少、農(nóng)機衛(wèi)星行業(yè)利潤低等因素，都大大限制了農(nóng)機衛(wèi)星定位技術的發(fā)展。

3.3 安裝、使用費用高

盡管我國的BDS 系統(tǒng)已經(jīng)研發(fā)成功，并且已經(jīng)基本完成全球布網(wǎng)，但目前的應用范圍還是相對較小，在農(nóng)業(yè)機械上的使用剛剛開始。并且衛(wèi)星定位系統(tǒng)的安裝和使用成本高，許多農(nóng)場和農(nóng)村家庭負擔不起這一費用，這在一定程度上限制了BDS 技術的推廣。

3.4 農(nóng)民使用有一定困難

BDS 系統(tǒng)涉及物聯(lián)網(wǎng)技術、傳感器技術、計算機技術，必須要經(jīng)過專業(yè)的培訓才能操作和使用。農(nóng)民要學習和使用BDS 系統(tǒng)具有一定的難度，對于系統(tǒng)出現(xiàn)問題的處理能力較弱，而專門BDS 技術服務的專業(yè)人員較少，服務水平參差不齊。

3.5 衛(wèi)星定位產(chǎn)品參差不齊

目前，我國市場上用于農(nóng)機的衛(wèi)星定位產(chǎn)品存在功能不完善、品種單一、質(zhì)量不足等問題，國內(nèi)相關產(chǎn)品生產(chǎn)公司不注重技術自主研發(fā)，一味地仿造國外先進產(chǎn)品，在技術先進程度、開發(fā)能力上有很大不足。

4 BDS 系統(tǒng)發(fā)展趨勢

中國是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，隨著農(nóng)業(yè)機械化的快速發(fā)展，衛(wèi)星定位技術對農(nóng)業(yè)機械化的重要性愈發(fā)凸顯，在一定程度上影響著農(nóng)業(yè)機械化的未來發(fā)展方向。利用衛(wèi)星定位技術對農(nóng)機進行導航定位已經(jīng)可以在一定程度上提高農(nóng)機的工作效率和運行質(zhì)量，還可以減輕農(nóng)機駕駛員的工作強度，但DBS 系統(tǒng)的發(fā)展和應用是非常廣泛的，其實際的應用價值遠遠不止于此。

4.1 向具有高適應能力發(fā)展

相比于其他由于農(nóng)業(yè)機械的惡劣工作環(huán)境，這要求導航系統(tǒng)具有較高的適應性，以應對不同情況下的農(nóng)業(yè)機械操作，例如在衛(wèi)星信號干擾的情況下，更先進的分析技術或視覺導航技術可確保農(nóng)業(yè)機械可以在信號較弱的區(qū)域行駛。再例如，當農(nóng)業(yè)機械在預定路線行駛中遇到意外情況時，需要調(diào)整行駛路線，或者需要改變行駛路線，要求導航系統(tǒng)及時設計新的工作路線以確保農(nóng)業(yè)作業(yè)的可靠性。農(nóng)機衛(wèi)星定位傳感器需要具有一定的適應性，可以應付噪聲、氣候、地理環(huán)境等因素的干擾，以適應農(nóng)機工作的復雜環(huán)境，確保農(nóng)機工作效率。

4.2 向更實用方向發(fā)展

衛(wèi)星定位技術將更實際地指導農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展，近年來，也成功開發(fā)了用于蔬菜和水果的自動收割機器人。在BDS 定位和導航的控制下，農(nóng)業(yè)機械正朝著無人駕駛和自動收割邁進。比如在平原地區(qū)大面積的連接田地，采用BDS 技術呈圖，再利用相關處理技術配合標準化農(nóng)業(yè)，得出農(nóng)田的整體數(shù)據(jù)情況，知道農(nóng)田土壤的相關生化指標（濕度、溫度、化學成分、排水溝等），其技術在農(nóng)業(yè)氣象上也是可以很好運用的，比如監(jiān)測、天氣預警等，對指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有巨大的實際價值，比如可以在播種、收獲、灌溉等易于實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械自動化的作業(yè)環(huán)境中起到相當大的作用。

5 結 語

綜上所述，在農(nóng)業(yè)領域生產(chǎn)與管理中，需要加強北斗全球定位導航技術的應用，并且對傳感技術以及現(xiàn)代化智能網(wǎng)絡信息技術的應用發(fā)展趨勢進行研究，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術進步與發(fā)展貢獻主要力量。同時，相關技術的應用，也促使了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、智能化發(fā)展，對提升生產(chǎn)效率、作業(yè)質(zhì)量將產(chǎn)生重要影響。從而實現(xiàn)我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大發(fā)展。讓我國農(nóng)業(yè)逐步邁向農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、智能化，為將來的農(nóng)業(yè)技術發(fā)展提供堅強的技術后盾。與此同時，在提高農(nóng)機效率的時候還應該考慮在我國的普及程度，以及操作難度。在未來的農(nóng)業(yè)發(fā)展中應該大力培養(yǎng)農(nóng)業(yè)技術人才，建立與之配套的服務系統(tǒng)。