精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實(shí)施方案與服務(wù)

● 文|哈爾濱航天恒星數(shù)據(jù)系統(tǒng)科技有限公司 張鈺珩黑龍江省國(guó)防科學(xué)技術(shù)研究院 張清江哈爾濱市信息化建設(shè)項(xiàng)目管理中心 孫繁宇航天恒星科技有限公司 褚鵬飛

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實(shí)施方案與服務(wù)

● 文|哈爾濱航天恒星數(shù)據(jù)系統(tǒng)科技有限公司 張鈺珩
黑龍江省國(guó)防科學(xué)技術(shù)研究院 張清江
哈爾濱市信息化建設(shè)項(xiàng)目管理中心 孫繁宇
航天恒星科技有限公司 褚鵬飛

摘 要：對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了論述，回顧了該領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和我國(guó)的差距，通過(guò)分析比較，提出哈爾濱航天恒星數(shù)據(jù)系統(tǒng)科技有限公司在該領(lǐng)域發(fā)展的創(chuàng)新思路和理念，展望了該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：全球定位系統(tǒng) 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)

一、衛(wèi)星導(dǎo)航在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的新潮流，是由信息技術(shù)支持的定位、定時(shí)、定量地實(shí)施一整套現(xiàn)代化農(nóng)事操作技術(shù)與管理的系統(tǒng)。

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)作為一種現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)理念，就是將最先進(jìn)的衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，從而達(dá)到科學(xué)合理地利用農(nóng)業(yè)資源、提高農(nóng)作物產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本、減少環(huán)境污染、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。具體來(lái)說(shuō)就是在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中綜合應(yīng)用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感技術(shù)（RS）和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)逐步向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化方向發(fā)展[1]。這是目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最前沿的技術(shù)和發(fā)展方向。

目前我國(guó)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用，主要集中在農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛作業(yè)，它能夠提高農(nóng)機(jī)作業(yè)的精準(zhǔn)度，減少作業(yè)誤差，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化程度，促進(jìn)土地的高效利用。然而，要最大限度地提高產(chǎn)量，降低投入，使有限的土地資源效益最大化，自動(dòng)駕駛僅僅是開(kāi)始。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在與衛(wèi)星導(dǎo)航相融合的過(guò)程中，其內(nèi)涵也在不斷地延伸，還包括自動(dòng)駕駛、產(chǎn)量測(cè)定、流量控制、變量控制、播種控制、信息共享等[2]。

在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，美國(guó)GPS導(dǎo)航系統(tǒng)依托凱斯、約翰迪爾等大型農(nóng)機(jī)生產(chǎn)廠商，占據(jù)著我國(guó)農(nóng)業(yè)導(dǎo)航市場(chǎng)主要份額。基于國(guó)家安全的考慮，同時(shí)考慮到GPS的費(fèi)用、地基增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)能力等限制，我國(guó)亟待開(kāi)展研制基于自主北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的智能農(nóng)機(jī)終端，制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)新服務(wù)模式，實(shí)現(xiàn)北斗在農(nóng)業(yè)中的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

1.國(guó)外精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

2013年全球?qū)Ш蕉ㄎ皇袌?chǎng)規(guī)模達(dá)1080億美元，衛(wèi)星導(dǎo)航正以空前的速度發(fā)展。作為衛(wèi)星導(dǎo)航的重要應(yīng)用領(lǐng)域，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)已實(shí)現(xiàn)了相對(duì)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

基于3S技術(shù)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的主要發(fā)展趨勢(shì)，3S技術(shù)中最重要的一環(huán)即是衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)。當(dāng)前世界各國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展水平及產(chǎn)業(yè)模式發(fā)展水平參差不齊，美國(guó)、加拿大、法國(guó)等國(guó)處于領(lǐng)先地位，韓國(guó)等發(fā)展中國(guó)家雖然起步較晚，但發(fā)展速度迅猛。

美國(guó)是最早應(yīng)用3S技術(shù)開(kāi)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的國(guó)家，主要集中在精準(zhǔn)作業(yè)、農(nóng)情監(jiān)測(cè)等方面。美國(guó)有近16萬(wàn)個(gè)年收入25萬(wàn)美元以上的大規(guī)模農(nóng)場(chǎng)，農(nóng)場(chǎng)耕地面積占整體的37%。其中有60%～70%的大農(nóng)場(chǎng)均采用精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)，提高糧食產(chǎn)量、節(jié)約農(nóng)業(yè)投入成本。在GPS產(chǎn)業(yè)化推廣方面，美國(guó)GPS系統(tǒng)廣泛推廣大眾應(yīng)用，并形成重要產(chǎn)業(yè)，其軍民應(yīng)用比已達(dá)1:20。美國(guó)已形成將GPS系統(tǒng)與凱斯、約翰迪爾等大型農(nóng)機(jī)生產(chǎn)廠商綁定出口銷售產(chǎn)業(yè)鏈條，其精準(zhǔn)農(nóng)機(jī)產(chǎn)品迅速占領(lǐng)了全球主要市場(chǎng)，形成相關(guān)的GPS農(nóng)機(jī)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，基本壟斷了全球精準(zhǔn)農(nóng)機(jī)市場(chǎng)，最大程度地制約了其他國(guó)家農(nóng)業(yè)導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展。美國(guó)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的主要產(chǎn)品包括約翰迪爾的“綠色之星”精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，凱斯公司的“先進(jìn)農(nóng)業(yè)”（AFS）系統(tǒng)，天寶公司的AG系列農(nóng)用設(shè)備，ESRI公司的ArcGIS地理信息系統(tǒng)。另外，凱斯公司生產(chǎn)的導(dǎo)航自動(dòng)駕駛終端、約翰迪爾公司生產(chǎn)的大馬力拖拉機(jī)和聯(lián)合收割機(jī)等設(shè)備，均基于GPS導(dǎo)航系統(tǒng)。這些為GPS全球產(chǎn)業(yè)推廣奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1，3]。

加拿大是世界第七大糧食生產(chǎn)國(guó)，多年來(lái)致力于依托GPS系統(tǒng)開(kāi)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的精準(zhǔn)耕作，使其農(nóng)業(yè)信息化水平穩(wěn)居世界前列。與此同時(shí)，加拿大政府鼓勵(lì)將GPS技術(shù)應(yīng)用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的企業(yè)參與國(guó)家導(dǎo)航基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提倡民間資本進(jìn)入導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)開(kāi)展行業(yè)應(yīng)用建設(shè)，政府每年投入固定預(yù)算購(gòu)買民間企業(yè)導(dǎo)航定位、數(shù)據(jù)挖掘等增值服務(wù)，以促進(jìn)本國(guó)導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

法國(guó)是歐盟最大的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)國(guó)，世界第二大農(nóng)業(yè)食品出口國(guó)。法國(guó)多年來(lái)不斷探索在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中推廣衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)，開(kāi)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率；并且在精準(zhǔn)作業(yè)和農(nóng)情監(jiān)測(cè)方面已經(jīng)取得了一定的成績(jī)。在精準(zhǔn)作業(yè)方面，法國(guó)跟隨美國(guó)、加拿大等國(guó)的步伐，通過(guò)進(jìn)口基于GPS的先進(jìn)大型農(nóng)機(jī)、自動(dòng)導(dǎo)航駕駛儀等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)變量施肥、變量施藥、變量灌溉等精準(zhǔn)作業(yè)，提升了本國(guó)的農(nóng)業(yè)機(jī)械精準(zhǔn)作業(yè)水平。法國(guó)對(duì)于農(nóng)業(yè)導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的高度重視已經(jīng)取得了一定的成績(jī)：政府與企業(yè)出資共同組建商業(yè)化運(yùn)營(yíng)公司，由企業(yè)主導(dǎo)運(yùn)營(yíng)管理商業(yè)公司，開(kāi)展導(dǎo)航數(shù)據(jù)加工、基礎(chǔ)位置服務(wù)、終端制造等業(yè)務(wù)。同時(shí)為從事導(dǎo)航信息產(chǎn)業(yè)的小公司免費(fèi)提供基礎(chǔ)位置信息，供其后期加工挖掘，以扶植中小企業(yè)，促進(jìn)國(guó)內(nèi)導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

韓國(guó)是農(nóng)業(yè)衛(wèi)星應(yīng)用起步較晚的國(guó)家，但其采用了農(nóng)業(yè)衛(wèi)星應(yīng)用的“追趕型”模式，注重衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)的實(shí)效性和產(chǎn)業(yè)的延續(xù)性。其已經(jīng)建立了比較完善的農(nóng)業(yè)衛(wèi)星應(yīng)用體系，依托農(nóng)情監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)作業(yè)等手段實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，并采用商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式開(kāi)展數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)，政府和民間資本共同投資建設(shè)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)應(yīng)用公司，通過(guò)向國(guó)內(nèi)大型農(nóng)戶提供精準(zhǔn)作業(yè)服務(wù)，獲得巨大利潤(rùn)。在精準(zhǔn)作業(yè)方面依托進(jìn)口約翰迪爾、凱斯等廠商的大型農(nóng)機(jī)和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)作業(yè)設(shè)備，基于GPS發(fā)展本國(guó)的導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)，在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用、行業(yè)推廣上做出自己的特色，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田精細(xì)耕作，全面提升了韓國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

總體上，國(guó)際上農(nóng)業(yè)衛(wèi)星導(dǎo)航市場(chǎng)被美國(guó)GPS系統(tǒng)牢牢占據(jù)。美國(guó)本土的幾家大規(guī)模農(nóng)機(jī)制造商均推出了綁定GPS系統(tǒng)的精準(zhǔn)農(nóng)機(jī)，并提供相應(yīng)精準(zhǔn)作業(yè)服務(wù)，由此實(shí)現(xiàn)了GPS的農(nóng)業(yè)壟斷，給他國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展制造了阻礙。

2.國(guó)內(nèi)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前我國(guó)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在海事、交通、電力等應(yīng)急救援領(lǐng)域起到重要作用。我國(guó)北斗導(dǎo)航中長(zhǎng)期的戰(zhàn)略目標(biāo)是開(kāi)拓國(guó)內(nèi)民用市場(chǎng)，在農(nóng)、林、漁等重點(diǎn)行業(yè)推廣基于北斗導(dǎo)航技術(shù)的一體化兼容型終端；普及國(guó)內(nèi)行業(yè)與大眾應(yīng)用，逐步取代GPS系統(tǒng)，形成北斗導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)，為北斗導(dǎo)航的國(guó)際化推廣奠定基礎(chǔ)。其中農(nóng)業(yè)領(lǐng)域是衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)推廣的重點(diǎn)。

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是我國(guó)衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)推廣的重點(diǎn)，1999年國(guó)家發(fā)改委支持北京發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)；2001年農(nóng)業(yè)部開(kāi)始支持黑龍江農(nóng)墾總局開(kāi)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)示范；科技部從“十五”開(kāi)始首次在863計(jì)劃中支持精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)自主創(chuàng)新研究；2003年3月，科技部在北京組織召開(kāi)了“中國(guó)數(shù)字農(nóng)業(yè)和農(nóng)村信息化發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)”，來(lái)自相關(guān)領(lǐng)域的專家共同探討并制定了我國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略；2003年8月，科技部啟動(dòng)實(shí)施了國(guó)家863計(jì)劃“數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)研究與示范”重大專項(xiàng)，以構(gòu)建擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系；科技部從“十一五”后在863計(jì)劃中以“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)與智能裝備”重大專項(xiàng)的形式對(duì)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)予以支持；科技部制定的《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》中，明確把農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)作業(yè)與信息化作為農(nóng)業(yè)科技發(fā)展的優(yōu)先主題[4-5]。如上一系列強(qiáng)力支持計(jì)劃彰顯了國(guó)家對(duì)于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)強(qiáng)勢(shì)發(fā)展的信心。

總體上，我國(guó)農(nóng)業(yè)衛(wèi)星導(dǎo)航的發(fā)展在原有基礎(chǔ)上已取得了一定的成就，但示范區(qū)域覆蓋面積小、規(guī)?；瘧?yīng)用缺乏、核心技術(shù)受限都是亟待解決的問(wèn)題[6]。尤其是GPS系統(tǒng)的使用不但需要高昂的設(shè)備及軟件引進(jìn)費(fèi)用，還給我國(guó)農(nóng)業(yè)信息安全遺留了巨大的安全隱患。國(guó)內(nèi)基于北斗導(dǎo)航技術(shù)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)受限于技術(shù)水平、資金儲(chǔ)備與市場(chǎng)份額仍處于初級(jí)發(fā)展階段，欲形成完備的農(nóng)業(yè)導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)仍有很長(zhǎng)的路要走。

北斗導(dǎo)航農(nóng)業(yè)化推廣的阻礙主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）運(yùn)轉(zhuǎn)資金短缺，行業(yè)規(guī)模推廣缺乏。目前北斗農(nóng)機(jī)終端的出貨量雖然逐年攀升，但與GPS市場(chǎng)份額相比，仍有較大距離。大量資金的注入在快速催熟產(chǎn)業(yè)。但是，國(guó)內(nèi)融資環(huán)境不容樂(lè)觀。產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，企業(yè)經(jīng)營(yíng)狀況整體不佳；缺乏對(duì)私人、投行及風(fēng)投資金的吸引力；公開(kāi)上市難度大，造成了產(chǎn)業(yè)資金短缺，影響企業(yè)的正?？蒲型度牒桶l(fā)展[7]。

2）企業(yè)少、小、雜，行業(yè)凝聚合力薄弱。國(guó)內(nèi)從事北斗農(nóng)機(jī)終端的企業(yè)有百余家，但企業(yè)呈小、散、亂的分布形態(tài)，致使產(chǎn)業(yè)整體競(jìng)爭(zhēng)力低，且不利于資源的合理配置。如何重組行業(yè)資源，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提升產(chǎn)業(yè)拓力，是一個(gè)重要難題。并且國(guó)內(nèi)掌握核心技術(shù)企業(yè)僅十余家并且各自為戰(zhàn)，企業(yè)間缺乏合作與交流，重復(fù)研究現(xiàn)象嚴(yán)重。過(guò)多企業(yè)盲目投資進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)研究，不僅加劇了資金短缺，而且造成了科研人力、設(shè)備資源的浪費(fèi)，延緩了技術(shù)攻關(guān)速度。

3）GPS占據(jù)市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)信息安全受威脅。目前，國(guó)內(nèi)精準(zhǔn)作業(yè)農(nóng)機(jī)上的導(dǎo)航自動(dòng)駕駛儀全部依靠進(jìn)口設(shè)備，其中美國(guó)天寶、約翰迪爾等品牌占據(jù)絕大多數(shù)份額。這些進(jìn)口設(shè)備采集我國(guó)土壤墑情、耕地狀況、作物長(zhǎng)勢(shì)等信息，利用衛(wèi)星回傳，涉及糧食產(chǎn)量等農(nóng)業(yè)秘密信息，給我國(guó)農(nóng)業(yè)信息安全帶來(lái)巨大的隱患[8]。

4）設(shè)備服務(wù)有限，產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模受限。農(nóng)機(jī)GPS導(dǎo)航自動(dòng)駕駛需要地面基準(zhǔn)站提供的RTK差分信息。GPS差分基準(zhǔn)站設(shè)備采用美國(guó)天寶公司的數(shù)傳電臺(tái)，根據(jù)實(shí)際測(cè)試結(jié)果，其最大有效作用距離（半徑）僅為30km，限制了農(nóng)機(jī)的作業(yè)范圍。而省級(jí)以上范圍的GPS差分站建設(shè)在國(guó)內(nèi)是被明令禁止的。因此，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大范圍的農(nóng)機(jī)調(diào)度指揮，限制了農(nóng)機(jī)資源服務(wù)潛力最大限度的發(fā)揮。

二、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)對(duì)導(dǎo)航定位技術(shù)的需求

（1）農(nóng)情監(jiān)測(cè)位置服務(wù)需求

建立起對(duì)農(nóng)田土壤濕度和地表溫度進(jìn)行衛(wèi)星微波遙感監(jiān)測(cè)，并根據(jù)衛(wèi)星微波遙感所得到土壤濕度、地表溫度數(shù)據(jù)預(yù)報(bào)糧食產(chǎn)量，開(kāi)展基于多源遙感數(shù)據(jù)的協(xié)同反演與監(jiān)測(cè)，提供農(nóng)田尺度的關(guān)鍵農(nóng)情參數(shù)信息服務(wù)，根據(jù)實(shí)時(shí)的農(nóng)田尺度農(nóng)情信息，滿足即時(shí)進(jìn)行農(nóng)田生產(chǎn)管理的調(diào)整的需求[1]。

（2）農(nóng)田地塊位置服務(wù)需求

通過(guò)建設(shè)農(nóng)田地塊地理信息系統(tǒng)，在農(nóng)場(chǎng)衛(wèi)星遙感影像的基礎(chǔ)上，結(jié)合農(nóng)場(chǎng)農(nóng)田地塊圖，建設(shè)農(nóng)場(chǎng)農(nóng)田地塊地理網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，使農(nóng)場(chǎng)職工和各級(jí)管理人員能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)方便地對(duì)農(nóng)場(chǎng)農(nóng)田的地理位置、土壤信息、種植作物情況等信息進(jìn)行查詢[4]。

（3）高精度北斗差分定位需求

目前，農(nóng)機(jī)管理信息系統(tǒng)已經(jīng)在部分農(nóng)場(chǎng)中推廣應(yīng)用，由于系統(tǒng)用戶承載量有限、GPS導(dǎo)航終端費(fèi)用過(guò)高、存在農(nóng)業(yè)信息泄露安全隱患等問(wèn)題的限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。高精度北斗差分定位系統(tǒng)的建立能夠解決信息安全隱患問(wèn)題[4]。

（4）種植業(yè)生產(chǎn)管理信息化需求

為實(shí)現(xiàn)種植業(yè)生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)信息的計(jì)算機(jī)管理和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)支持，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享，為種植業(yè)生產(chǎn)管理決策分析提供可靠的信息和數(shù)據(jù)支持。以建立包含農(nóng)田地理信息系統(tǒng)、種植業(yè)自然資源信息、種植業(yè)生產(chǎn)環(huán)境信息、種植業(yè)生產(chǎn)狀態(tài)信息等信息數(shù)據(jù)庫(kù)為目標(biāo)，建立農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)信息管理系統(tǒng)，滿足種植業(yè)生產(chǎn)管理信息化的需求。

（5）基于位置服務(wù)的農(nóng)機(jī)管理信息化需求

為滿足信息的分析處理、監(jiān)控對(duì)象的圖形化展示、機(jī)車的檔案管理、機(jī)車作業(yè)成本費(fèi)用管理以及機(jī)車的作業(yè)指揮調(diào)度的需求，建立起農(nóng)機(jī)作業(yè)北斗導(dǎo)航定位跟蹤系統(tǒng)、農(nóng)機(jī)作業(yè)及農(nóng)具場(chǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)和農(nóng)機(jī)具管理信息系統(tǒng)，通過(guò)有線和無(wú)線傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)場(chǎng)、機(jī)車和控制指揮中心之間的信息傳輸[6]。

（6）農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯信息化需求

為實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品從基地到市場(chǎng)的全過(guò)程跟蹤管理，建立農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈質(zhì)量追溯信息系統(tǒng)。建立原料、半成品、成品各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量檔案，產(chǎn)品出廠通過(guò)條形碼標(biāo)明產(chǎn)品生產(chǎn)信息。并建立產(chǎn)品銷售檔案，一旦產(chǎn)品發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題，通過(guò)條形碼和產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)，就可以追根溯源。追溯產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，進(jìn)一步可以追溯到問(wèn)題的發(fā)生環(huán)節(jié)[7,9]。

從糧食安全的角度出發(fā)，保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，保證農(nóng)藥化肥低毒無(wú)殘留，保障土壤安全，真正地讓百姓吃到放心糧。建立從農(nóng)田到餐桌的全過(guò)程糧食安全管理體系，實(shí)現(xiàn)“生產(chǎn)有記錄、流向可追蹤、信息可查詢、質(zhì)量可追溯”。研究開(kāi)發(fā)糧食生產(chǎn)基地、糧食加工、糧食流通全過(guò)程質(zhì)量安全追溯關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)平臺(tái)，對(duì)于保障我國(guó)糧食安全具有十分重要的意義。

（7）基于位置服務(wù)的綜合農(nóng)業(yè)平臺(tái)需求

增強(qiáng)農(nóng)業(yè)抵御自然災(zāi)害的能力，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控決策，統(tǒng)一指揮調(diào)度、統(tǒng)一區(qū)域聯(lián)防，合理安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。實(shí)現(xiàn)糧食的網(wǎng)上實(shí)時(shí)交易、并輔以物流配套體系，匯集倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸、金融、質(zhì)檢等多種服務(wù)。為糧食交易商提供網(wǎng)上訂單交易、競(jìng)買交易、競(jìng)賣交易、現(xiàn)貨交易等，建立基于位置服務(wù)的綜合農(nóng)業(yè)服務(wù)信息化平臺(tái)。

（8）農(nóng)業(yè)大棚實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)需求

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)作物與環(huán)境、土壤及肥力間的物物相聯(lián)的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)多維信息與多層次處理實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物的最佳生長(zhǎng)環(huán)境調(diào)理及施肥管理。但是作為管理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人員而言，僅僅數(shù)值化的物物相聯(lián)并不能完全營(yíng)造作物最佳生長(zhǎng)條件。視頻與圖像監(jiān)控為物與物之間的關(guān)聯(lián)提供了更直觀的表達(dá)方式。通過(guò)在大棚內(nèi)安裝攝像頭和高精度的溫度、濕度、光照等傳感器組成智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，監(jiān)測(cè)大棚內(nèi)的基礎(chǔ)農(nóng)情信息。并將實(shí)時(shí)圖像和基礎(chǔ)農(nóng)情信息回傳監(jiān)測(cè)中心，監(jiān)測(cè)中心再通過(guò)回傳的基礎(chǔ)農(nóng)情信息為管理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人員提供決策支持，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理的智能化提供服務(wù)。

三、創(chuàng)新型精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實(shí)施方案與服務(wù)模式

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)問(wèn)題關(guān)系到國(guó)家經(jīng)濟(jì)繁榮及社會(huì)穩(wěn)定，是國(guó)家平穩(wěn)發(fā)展的先決條件。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收，作業(yè)效率提升并服務(wù)三農(nóng)經(jīng)濟(jì)。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中增加產(chǎn)量和提高效益是最終目的。要達(dá)到增產(chǎn)增收的目的，除了適時(shí)種植高產(chǎn)作物，加強(qiáng)田間管理等技術(shù)措施外，弄清土壤性質(zhì)，檢測(cè)農(nóng)作物產(chǎn)量、分布、合理施肥以及播種和噴撒農(nóng)藥等也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的管理技術(shù)。尤其是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)走向大農(nóng)業(yè)機(jī)械化道路，大量采用飛機(jī)撒播和噴藥，為降低成本，如何引導(dǎo)飛機(jī)作業(yè)準(zhǔn)確投放是十分重要的。利用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，配合遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)，能夠做到監(jiān)測(cè)農(nóng)作物產(chǎn)量分布、土壤成分和性質(zhì)分布，做到合理施肥、播種和噴灑農(nóng)藥，節(jié)約費(fèi)用、降低成本，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)?；?，生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化、精確化，生產(chǎn)管理的科學(xué)化、現(xiàn)代化，達(dá)到增加產(chǎn)量提高效益的目的。

1．精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實(shí)施方案

哈爾濱航天恒星數(shù)據(jù)系統(tǒng)科技有限公司多年來(lái)潛心研究衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化推廣，針對(duì)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域提出了創(chuàng)新性的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實(shí)施方案，以求有利于提升精細(xì)化、信息化管理水平，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)?；a(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化、精確化，生產(chǎn)管理的科學(xué)化、現(xiàn)代化，推動(dòng)農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)。

該方案采用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)、GIS技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等多種技術(shù)，涉獵包括高端裝備制造、高端服務(wù)業(yè)、農(nóng)業(yè)在內(nèi)的多種產(chǎn)業(yè)，創(chuàng)建了符合國(guó)內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航發(fā)展模式及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)服務(wù)模式。在創(chuàng)新型精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)服務(wù)模式中堅(jiān)持“大平臺(tái)、大數(shù)據(jù)、大農(nóng)業(yè)”的基本原則，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的保密性、融合性、集成性。通過(guò)四層平臺(tái)架構(gòu)模式實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)與衛(wèi)星導(dǎo)航的完美融合?；炯軜?gòu)圖如圖1所示。

1） 感知層：為平臺(tái)層提供數(shù)據(jù)支撐，原始數(shù)據(jù)包括北斗參考站原始觀測(cè)值、農(nóng)機(jī)狀態(tài)信息、農(nóng)機(jī)位置信息、農(nóng)情遙感數(shù)據(jù)、農(nóng)情傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等。

2） 傳輸層：主要用于數(shù)據(jù)支撐層采集數(shù)據(jù)的收集、信息數(shù)據(jù)的交互、分發(fā)。傳輸層主要采用地面有線網(wǎng)絡(luò)和地面無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，地面有線網(wǎng)絡(luò)含運(yùn)營(yíng)商提供的分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI）光纖、以太網(wǎng)、密集型光波復(fù)用（DWDM）、同步數(shù)字體系（SDH）等網(wǎng)絡(luò)設(shè)施提供的有線通信鏈路，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)包括3G、4G網(wǎng)絡(luò)。

3） 平臺(tái)層：基于云計(jì)算技術(shù)構(gòu)建，提供農(nóng)業(yè)遙感影像數(shù)據(jù)、傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、農(nóng)機(jī)位置數(shù)據(jù)、農(nóng)機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)等海量異構(gòu)數(shù)據(jù)預(yù)處理、海量數(shù)據(jù)管理、專業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)服務(wù)、用戶管理等基礎(chǔ)服務(wù)。

4） 應(yīng)用層：搭建上層應(yīng)用系統(tǒng)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用戶提供各類農(nóng)業(yè)應(yīng)用服務(wù)，包括基于北斗的農(nóng)機(jī)導(dǎo)航精準(zhǔn)作業(yè)服務(wù)：高精度導(dǎo)航定位、農(nóng)機(jī)生產(chǎn)調(diào)度、農(nóng)機(jī)日常管理、農(nóng)機(jī)增值服務(wù)等；農(nóng)情監(jiān)測(cè)服務(wù)：農(nóng)作物播種面積監(jiān)測(cè)、農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)、農(nóng)作物病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)等；大棚內(nèi)基礎(chǔ)農(nóng)情監(jiān)測(cè)：大棚內(nèi)的溫度、濕度、光照和實(shí)時(shí)圖像；農(nóng)產(chǎn)品安全追溯服務(wù)：對(duì)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)到銷售各個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)控；農(nóng)產(chǎn)品電子交易服務(wù)：農(nóng)作物質(zhì)量評(píng)價(jià)和分級(jí)、農(nóng)產(chǎn)品貨源信息及農(nóng)產(chǎn)品網(wǎng)上銷售渠道；農(nóng)業(yè)會(huì)商服務(wù)：多點(diǎn)會(huì)議和會(huì)議錄播等視頻會(huì)商；畜牧業(yè)信息管理服務(wù)：飼料配方方案和治療方案設(shè)計(jì)，畜牧業(yè)養(yǎng)殖場(chǎng)所的相關(guān)設(shè)施環(huán)境監(jiān)控；農(nóng)業(yè)信息化接口服務(wù)：為已建或在建的農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)提供兼容接口，補(bǔ)充尚未建成的農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)。

圖1 衛(wèi)星導(dǎo)航精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)架構(gòu)圖

2．精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)服務(wù)模式

服務(wù)模式中的農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)平臺(tái)對(duì)需求中各領(lǐng)域進(jìn)行了有效融合，在滿足農(nóng)業(yè)信息化綜合服務(wù)平臺(tái)的應(yīng)用需求的同時(shí)推進(jìn)了各技術(shù)的發(fā)展，拓展了各技術(shù)行業(yè)的應(yīng)用范圍。國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)信息化程度低，缺乏大型農(nóng)業(yè)信息實(shí)用數(shù)據(jù)庫(kù)。農(nóng)資商品和服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化剛剛起步，農(nóng)民通過(guò)網(wǎng)絡(luò)了解市場(chǎng)行情的不多，而直接進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)交易更是鳳毛麟角。導(dǎo)致龍頭企業(yè)與農(nóng)戶之間的產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成，初級(jí)產(chǎn)品附加值低，精細(xì)加工能力較弱，大多停留在初級(jí)產(chǎn)品階段，附加值低。農(nóng)業(yè)信息化的建設(shè)，農(nóng)產(chǎn)品電子平臺(tái)的推廣，有利于普通農(nóng)戶對(duì)市場(chǎng)行情的了解，實(shí)現(xiàn)供給與需求的對(duì)接，方便生產(chǎn)者與農(nóng)產(chǎn)品加工商尋求合作，進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品深加工，形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈條，幫助農(nóng)民增收，促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型。

衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在現(xiàn)代精細(xì)農(nóng)業(yè)中具有核心地位，為精細(xì)農(nóng)業(yè)提供實(shí)時(shí)高效準(zhǔn)確的點(diǎn)位信息，為農(nóng)機(jī)作業(yè)提供高效導(dǎo)航信息，沒(méi)有衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，現(xiàn)代精細(xì)農(nóng)業(yè)也就無(wú)從談起。隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)向著更加精準(zhǔn)的方向發(fā)展，衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)將會(huì)得到更加普遍的應(yīng)用，將在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)中起到愈加主導(dǎo)的作用。我國(guó)是世界農(nóng)業(yè)大國(guó)，人口多耕地少的基本國(guó)情決定了解決糧食問(wèn)題的根本出路在于發(fā)展現(xiàn)代精細(xì)農(nóng)業(yè)。精細(xì)農(nóng)業(yè)技術(shù)必將成為新世紀(jì)農(nóng)業(yè)高新技術(shù)的熱門課題。連續(xù)幾年中央“一號(hào)文件”的發(fā)布，對(duì)于改變傳統(tǒng)落后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，大力發(fā)展現(xiàn)代精細(xì)農(nóng)業(yè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化而言是一個(gè)有力的契機(jī)。應(yīng)當(dāng)抓住這個(gè)難得的機(jī)遇，以先進(jìn)科技為支撐，大力發(fā)展現(xiàn)代精細(xì)農(nóng)業(yè)。創(chuàng)新型的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)服務(wù)模式有利于高端裝備制造、高端服務(wù)業(yè)和農(nóng)業(yè)等多個(gè)產(chǎn)業(yè)融合，擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)范圍，滿足更多更廣的需求，推動(dòng)技術(shù)向前發(fā)展。

四、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

農(nóng)業(yè)是我國(guó)的立國(guó)之本，關(guān)系民生發(fā)展。適應(yīng)現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)發(fā)展，融合衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)與農(nóng)業(yè)發(fā)展，科學(xué)合理利用農(nóng)業(yè)資源、提高農(nóng)作物產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本、減少環(huán)境污染、提高經(jīng)濟(jì)效益已成為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，伴隨著傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)以及互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的粗放式農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式已向集約化、精準(zhǔn)化、智能化、數(shù)據(jù)化轉(zhuǎn)變，逐步邁向智慧農(nóng)業(yè)[2,8]。智慧農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高級(jí)階段，是集互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為一體，依托部署在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種傳感節(jié)點(diǎn)（環(huán)境溫濕度、土壤水分、二氧化碳、圖像等）和無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能感知、智能預(yù)警、智能決策、智能分析、專家在線指導(dǎo)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供精準(zhǔn)化種植、可視化管理、智能化決策。智慧農(nóng)業(yè)是云計(jì)算、傳感網(wǎng)、3S等多種信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)中綜合而全面的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)更完備的信息化基礎(chǔ)支撐、更透徹的農(nóng)業(yè)信息感知、更集中的數(shù)據(jù)資源、更廣泛的互聯(lián)互通、更深入的智能控制、更貼心的公眾服務(wù)。智慧農(nóng)業(yè)對(duì)于建設(shè)世界水平的農(nóng)業(yè)具有重要的意義。

五、結(jié)論

哈爾濱航天恒星數(shù)據(jù)系統(tǒng)科技有限公司提出了對(duì)于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的創(chuàng)新性構(gòu)想：實(shí)現(xiàn)基于北斗的農(nóng)業(yè)位置服務(wù)，提供各種類型的導(dǎo)航定位精度；實(shí)現(xiàn)囊括各類應(yīng)用，包括農(nóng)機(jī)管理、調(diào)度、農(nóng)情監(jiān)測(cè)、決策支持、電子商務(wù)、農(nóng)業(yè)溯源等功能的一體化農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)平臺(tái)；利用已有的物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的系統(tǒng)構(gòu)架，實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)化、大平臺(tái)、大數(shù)據(jù)”的創(chuàng)新服務(wù)；提供基于數(shù)據(jù)挖掘的創(chuàng)新型農(nóng)業(yè)商業(yè)模式；納入智慧城市體系下，從頂層進(jìn)行設(shè)計(jì)，配合智慧城市體系發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]辛德奎，黃操軍，甘龍輝.基于北斗和GPS的雙模田間作業(yè)機(jī)車定位系統(tǒng)[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，26（1）：85-87.

[2]王位斌.信息化在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用及其影響要素研究[D].南京郵電大學(xué)，2011.

[3]于海業(yè)，羅翰，任順，等.Zigbee技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用進(jìn)展與展望[J].農(nóng)機(jī)化研究，2012，（8）：1-6.

[4]張小超，胡小安，宛嚴(yán)偉，等.精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)智能變量作業(yè)裝備研究開(kāi)發(fā)[J].農(nóng)業(yè)工程，2011，1（3）：26-32.

[5]張軍國(guó)，賴小龍，楊睿茜，等.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，（15）：173-176.

[6]何東健，楊成海，楊青，等.面向精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的農(nóng)田土壤成分實(shí)時(shí)測(cè)定研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28（7）：78-85.

[7]潘明，陳藝.3S技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備，2011，（6）：72-78.

[8]董力偉. 我國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].農(nóng)機(jī)使用與維修，2014，（2）17-18.

[9]張東彥，王秀，Craig C，等.地面多角度農(nóng)業(yè)遙感觀測(cè)裝置設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2013，44（1）：174-178.