北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在河南精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用探討

朱懷汝,張新盈

(1.河南省測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督站,河南 鄭州 450003; 2.河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院,河南 鄭州 450003)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在河南精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用探討

朱懷汝1,張新盈2

(1.河南省測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督站,河南 鄭州 450003; 2.河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院,河南 鄭州 450003)

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的新潮流,在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中離不開(kāi)定位信息,隨著我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的民用推廣,結(jié)合我省北斗衛(wèi)星導(dǎo)航基準(zhǔn)站建設(shè)的現(xiàn)狀,研究北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在我省精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用和發(fā)展方向。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng);定位;精準(zhǔn)農(nóng)業(yè);信息采集;數(shù)據(jù)分析

0 引 言

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,根據(jù)空間變異定位、定時(shí)、定量地實(shí)施一整套現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)操作技術(shù)與管理的系統(tǒng),其基本涵義是根據(jù)農(nóng)作物生長(zhǎng)的土壤性狀,調(diào)節(jié)對(duì)農(nóng)作物的投入,即一方面查清田塊內(nèi)部的土壤性狀與生產(chǎn)力空間變異,另一方面確定農(nóng)作物的生產(chǎn)目標(biāo),進(jìn)行定位的“系統(tǒng)診斷、優(yōu)化配方、技術(shù)組裝、科學(xué)管理”,調(diào)動(dòng)土壤生產(chǎn)力,以最少的或最節(jié)省的投入達(dá)到同等收入或更高的收入,并改善環(huán)境,高效地利用各類(lèi)農(nóng)業(yè)資源,取得經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益[1]。河南作為農(nóng)業(yè)大省,在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)方面既有先進(jìn)的技術(shù)支持,又有農(nóng)業(yè)大省特有的實(shí)際需求。

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)由十個(gè)系統(tǒng)組成,即全球定位系統(tǒng)、農(nóng)田信息采集系統(tǒng)、農(nóng)田遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、農(nóng)田地理信息系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)、智能化農(nóng)機(jī)具系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、系統(tǒng)集成、網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)和培訓(xùn)系統(tǒng)。

衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的基本組成之一,是實(shí)現(xiàn)土壤及作物監(jiān)測(cè)、農(nóng)機(jī)定位與自動(dòng)作業(yè)的基礎(chǔ)。隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用,對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航定位精度的要求不斷提高,依靠衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)分米級(jí)至厘米級(jí)的定位精度成為未來(lái)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)應(yīng)用的基本保障。隨著我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)發(fā)展,北斗系統(tǒng)已提供可靠的無(wú)源定位服務(wù),可滿(mǎn)足精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)應(yīng)用對(duì)高精度定位、低成本化等需求,具有良好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和潛力,是未來(lái)我國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展的核心組成。

北斗定位終端單頻精度為10 m以?xún)?nèi),雙頻精度為米級(jí)甚至分米級(jí),在實(shí)際應(yīng)用中,采用多基站差分定位技術(shù)可以提高導(dǎo)航和定位精度。使其能夠滿(mǎn)足河南精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的需要。

1 河南北斗基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)

我省在北斗基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上走在全國(guó)前列,2011年河南省全球?qū)Ш叫l(wèi)星連續(xù)運(yùn)行參考站綜合服務(wù)系統(tǒng)建成并正式對(duì)外提供服務(wù),現(xiàn)今已在全省建成參考基點(diǎn)93個(gè)(包括國(guó)家基準(zhǔn)站點(diǎn)6個(gè)),均勻分布在全省,平均站點(diǎn)間距控制在50 km內(nèi),實(shí)時(shí)精度達(dá)到厘米級(jí),完全能夠滿(mǎn)足精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)所需要的定位標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示。

圖1 河南省全球?qū)Ш叫l(wèi)星連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)圖

2 河南精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的應(yīng)用需求

河南為農(nóng)業(yè)大省,“十三五”時(shí)期,耕地保有量將保持在1.207 6億畝以上,基本農(nóng)田面積不低于1.021 1億畝,地形以平原為主,適合大范圍農(nóng)機(jī)作業(yè)。雖然我省擁有規(guī)模龐大的不同動(dòng)力的農(nóng)業(yè)機(jī)械,但目前我省農(nóng)業(yè)機(jī)械信息化程度整體不高,衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用僅用于道路導(dǎo)航查詢(xún)和通訊聯(lián)系。隨著農(nóng)機(jī)服務(wù)組織規(guī)模越來(lái)越大,管理的人員、機(jī)具、作業(yè)地塊越來(lái)越多,農(nóng)機(jī)供需匹配不合理、調(diào)度方式粗放、農(nóng)機(jī)作業(yè)質(zhì)量無(wú)法保障等問(wèn)題日益突出,尤其在“三夏”、“三秋”等關(guān)鍵農(nóng)時(shí)和暴雨、洪澇、干旱期間,無(wú)法及時(shí)發(fā)揮農(nóng)業(yè)機(jī)械搶農(nóng)時(shí)、防災(zāi)害、增效率的作用[2]。

目前的農(nóng)機(jī)主要依賴(lài)人工調(diào)度,難以有效實(shí)現(xiàn)供需匹配,而且農(nóng)機(jī)無(wú)法進(jìn)行夜間作業(yè),往往錯(cuò)失最佳播種或收割時(shí)間,造成嚴(yán)重的損失。傳統(tǒng)的農(nóng)機(jī)作業(yè)人員主要依靠經(jīng)驗(yàn)作業(yè),受主觀(guān)因素影響較大,在人工成本不斷增加的壓力下,農(nóng)機(jī)服務(wù)組織需要實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、直觀(guān)的掌控機(jī)手的作業(yè)質(zhì)量、作業(yè)進(jìn)度、作業(yè)面積等狀況,并按照就近原則合理調(diào)配所需的農(nóng)機(jī)具類(lèi)型、數(shù)量,制定最佳作業(yè)方案,實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)作業(yè)過(guò)程的優(yōu)化配置,大幅提高作業(yè)效率與農(nóng)機(jī)利用率。因此,衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用潛力巨大。

2.1 開(kāi)溝作業(yè)

在我省,土地開(kāi)溝的耕作技術(shù)由來(lái)已久,早在商朝時(shí),上古先民已經(jīng)掌握,土地開(kāi)溝重在排水,防洪防漬,降低田間濕度,從而改善土壤通氣狀況和理化性質(zhì),并提高土溫和土壤供肥能力。相對(duì)于傳統(tǒng)的開(kāi)溝作業(yè),基于北斗的開(kāi)溝作業(yè)將以高效率、高精度的特點(diǎn)展現(xiàn)在人們面前,保證農(nóng)田作業(yè)的質(zhì)量。

2.2 深松監(jiān)控

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,要想獲得豐產(chǎn)豐收,不僅需要優(yōu)良的種子,足夠的肥料,充足的陽(yáng)光,控制病蟲(chóng)害的方法和手段,還需要有先進(jìn)實(shí)用的機(jī)械化技術(shù)為支撐,比如深松技術(shù)。相比于傳統(tǒng)的深松作業(yè),駕駛員不在單一的依靠陷深輪來(lái)控制深度,而是依靠深松監(jiān)控系統(tǒng)終端實(shí)時(shí)的監(jiān)控作業(yè)深度,更精確的控制深松質(zhì)量。系統(tǒng)通過(guò)安裝光靶或顯示器隨時(shí)告知駕駛?cè)藛T深松機(jī)工作深度。以便駕駛?cè)藛T可以知道自己的工作質(zhì)量。

2.3 變量噴藥

變量噴藥控制技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)作物的播種、施肥、灌溉等環(huán)節(jié)。以作物、土壤和病蟲(chóng)害的空間和時(shí)間變化為基礎(chǔ),利用北斗定位技術(shù)結(jié)合變量作業(yè)的設(shè)施,實(shí)現(xiàn)最大限度的優(yōu)化使用各項(xiàng)農(nóng)業(yè)投入,以獲取最高產(chǎn)量和最大的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)減少化學(xué)物質(zhì)的使用,保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境,保護(hù)土地等農(nóng)業(yè)資源。

3 國(guó)內(nèi)外精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展概況

美國(guó)20世紀(jì)80年代提出精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的概念和設(shè)想,90年代初進(jìn)入生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用,部分技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)成熟和成型。美國(guó)約翰.迪爾公司推出的“綠色之星”系統(tǒng),美國(guó)凱斯公司的“先進(jìn)農(nóng)業(yè)”系統(tǒng),英國(guó)福格森公司的“田地之星”系統(tǒng)等都可對(duì)收獲、播種、施肥及撒藥進(jìn)行測(cè)量及田間作業(yè),裝有衛(wèi)星接收系統(tǒng)的收割機(jī)可以實(shí)測(cè)出產(chǎn)量,并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ),經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后生成產(chǎn)量國(guó)。播種機(jī)、施肥機(jī)可根據(jù)執(zhí)行圖上的信息進(jìn)行播種施肥,真正做到了測(cè)產(chǎn)施肥,合理密植,增加效率。除此,在英國(guó)、德國(guó)、荷蘭、法國(guó)、加拿大、澳大利亞、巴西、日本等國(guó)家都有開(kāi)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究和應(yīng)用的報(bào)道。但精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)除了美國(guó)和加拿大進(jìn)入商業(yè)用途,其他地區(qū)甚至歐洲還沒(méi)有真正推廣[3]。

我國(guó)于21世紀(jì)初開(kāi)始精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的研究,精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)技術(shù)仍處于研究示范實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的快速發(fā)展,現(xiàn)已開(kāi)始進(jìn)行應(yīng)用。2014年由黑龍江農(nóng)墾總局牽頭的哈爾濱精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)示范項(xiàng)目,研制支持50萬(wàn)終端接入能力的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)平臺(tái),研制生產(chǎn)農(nóng)機(jī)智能終端,解決農(nóng)田信息采集、農(nóng)機(jī)作業(yè)自動(dòng)化過(guò)程管理和物流交易中信息不對(duì)稱(chēng)等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,提升農(nóng)業(yè)信息化水平。通過(guò)建立哈爾濱市一體化農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)門(mén)戶(hù),提供農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全程監(jiān)管、大田作業(yè)管理、農(nóng)情監(jiān)測(cè)、決策支持等服務(wù)。2015年由新疆科技技術(shù)廳牽頭實(shí)施的北斗系統(tǒng)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用示范工程項(xiàng)目,主要建設(shè)北斗農(nóng)業(yè)地基增強(qiáng)服務(wù)、北斗農(nóng)業(yè)導(dǎo)航與位置服務(wù)、拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛導(dǎo)航、北斗三農(nóng)手機(jī)終端服務(wù)、農(nóng)機(jī)管理調(diào)度等系統(tǒng)。同年由湖北省測(cè)繪地理信息局牽頭的湖北省北斗導(dǎo)航應(yīng)用示范項(xiàng)目(現(xiàn)代農(nóng)業(yè)應(yīng)用示范),確定通過(guò)農(nóng)機(jī)信息化智能調(diào)度系統(tǒng)和農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛精細(xì)耕種系統(tǒng)示范,制定北斗現(xiàn)代農(nóng)業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)30萬(wàn)臺(tái)大型聯(lián)合收割機(jī)及拖拉機(jī)精準(zhǔn)監(jiān)控調(diào)度。2016內(nèi)蒙古、江蘇、浙江等省也相繼開(kāi)展了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用示范。

4 北斗在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的應(yīng)用分析

借助國(guó)家大力發(fā)展衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大機(jī)遇,以北斗高精度定位為特色,搭建公共位置信息服務(wù)平臺(tái),可建設(shè)基于衛(wèi)星定位、網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感和移動(dòng)通信等技術(shù)的農(nóng)機(jī)信息化作業(yè)智能調(diào)度系統(tǒng)和農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng),把精耕細(xì)作應(yīng)用于播種、施肥、灌溉、噴藥、收割等一系列的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。

4.1 基于北斗的農(nóng)機(jī)信息化平臺(tái)

農(nóng)機(jī)信息化作業(yè)智能調(diào)度平臺(tái)是基于衛(wèi)星定位、網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感和移動(dòng)通信等技術(shù)的農(nóng)機(jī)移動(dòng)監(jiān)控與調(diào)度管理系統(tǒng),由管理服務(wù)平臺(tái)、信息資源平臺(tái)及應(yīng)用支撐平臺(tái)組成,建立C-P-T (計(jì)算機(jī)-移動(dòng)指揮終端-移動(dòng)定位終端)農(nóng)機(jī)移動(dòng)監(jiān)控與指揮模式,旨在實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)資源的合理配置和有效調(diào)度、管理,可滿(mǎn)足不同規(guī)模機(jī)組、農(nóng)機(jī)服務(wù)組織對(duì)農(nóng)機(jī)監(jiān)控與調(diào)度管理的需要[4],如圖2所示。

圖2 農(nóng)機(jī)信息化作業(yè)智能調(diào)度系統(tǒng)

其中,移動(dòng)定位終端獲得自身位置信息,通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上報(bào)服務(wù)器。移動(dòng)監(jiān)控與指揮終端在上報(bào)自身位置信息的同時(shí),還可以通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)移動(dòng)定位終端進(jìn)行位置監(jiān)控,向指定農(nóng)機(jī)發(fā)送調(diào)度命令、導(dǎo)航路徑等。固定監(jiān)控與指揮終端除了對(duì)終端進(jìn)行監(jiān)控指揮外,可管理農(nóng)機(jī)、農(nóng)田、訂單信息,還可對(duì)作業(yè)面積、里程等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

農(nóng)機(jī)信息化作業(yè)智能調(diào)度系統(tǒng)一般包括農(nóng)機(jī)綜合信息平臺(tái)、政務(wù)信息綜合平臺(tái)以及其他與農(nóng)機(jī)服務(wù)相關(guān)的平臺(tái)。

根據(jù)需求,農(nóng)機(jī)綜合信息平臺(tái)可包含農(nóng)機(jī)位置信息管理、農(nóng)機(jī)廠(chǎng)家用戶(hù)信息管理、農(nóng)機(jī)服務(wù)站點(diǎn)用戶(hù)管理、農(nóng)機(jī)油料服務(wù)計(jì)量管理、農(nóng)機(jī)生產(chǎn)項(xiàng)目信息管理、農(nóng)機(jī)車(chē)輛信息管理等幾方面。通過(guò)該模塊,各級(jí)系統(tǒng)平臺(tái)可以隨時(shí)了解農(nóng)機(jī)車(chē)輛的具體位置、行駛速度、行駛方向、行駛軌跡回放和報(bào)警車(chē)輛監(jiān)控?？蓪?duì)用戶(hù)使用的農(nóng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)了解,為維修服務(wù)、改進(jìn)和提高農(nóng)機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量提供信息數(shù)據(jù)。對(duì)進(jìn)站農(nóng)機(jī)車(chē)輛的維護(hù)、維修信息、農(nóng)機(jī)銷(xiāo)售信息、三包服務(wù)信息進(jìn)行自動(dòng)匯總,建立電子檔案,為農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼管理提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)信息。對(duì)農(nóng)機(jī)的加油數(shù)量信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,掌握農(nóng)機(jī)每畝機(jī)收耗油情況,為油料補(bǔ)貼管理提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)信息。對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)面積的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,自動(dòng)統(tǒng)計(jì)和分析,為農(nóng)機(jī)科學(xué)合理調(diào)度提供科學(xué)依據(jù)?？梢圆樵?xún)農(nóng)機(jī)車(chē)輛的全部信息,為農(nóng)機(jī)維修、事故處理提供即時(shí)信息依據(jù)。

通過(guò)使用農(nóng)業(yè)信息化平臺(tái),管理人員能夠了解和監(jiān)控作業(yè)機(jī)械的位置和狀態(tài),實(shí)時(shí)指揮作業(yè),同時(shí)防止違規(guī)操作;可以合理調(diào)配農(nóng)機(jī)資源,使之發(fā)揮最大的效益;方便準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)作業(yè)面積,合理分配作業(yè)時(shí)間;直接記錄在農(nóng)業(yè)信息化平臺(tái)上;方便統(tǒng)計(jì)機(jī)械化率,為決策提供依據(jù)。

4.2 基于北斗的農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛精細(xì)耕種系統(tǒng)

農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛精細(xì)耕種系統(tǒng)是集衛(wèi)星接收、定位控制于一體的綜合性系統(tǒng),主要由GNSS天線(xiàn)、高精度GNSS接收機(jī)、顯示器、控制器、液壓閥 、角度傳感器等部分組成[5]。作業(yè)過(guò)程中,輔助駕駛系統(tǒng)自動(dòng)控制轉(zhuǎn)向,農(nóng)機(jī)按照設(shè)計(jì)好的路線(xiàn)進(jìn)行精細(xì)作業(yè)生產(chǎn)。并將輔助駕駛精細(xì)耕種系統(tǒng)的位置數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上傳到農(nóng)機(jī)信息化智能調(diào)度系統(tǒng)中統(tǒng)一管理,可自動(dòng)生成準(zhǔn)確的作業(yè)分析和決策方案,列出作業(yè)清單,調(diào)度和組織相關(guān)農(nóng)業(yè)機(jī)械和人員,在規(guī)定的時(shí)間和區(qū)域內(nèi)高效的完成作業(yè)目標(biāo),如圖3所示。

圖3 農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛精細(xì)耕種系統(tǒng)

農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛精細(xì)耕種系統(tǒng)一般包括農(nóng)業(yè)機(jī)械精準(zhǔn)控制系統(tǒng)、指示作業(yè)系統(tǒng)、北斗高精度定位系統(tǒng)三個(gè)大的部分。基于北斗的農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛精細(xì)耕種系統(tǒng)依賴(lài)于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供高精度位置信息,保證農(nóng)機(jī)高精度精細(xì)耕種作業(yè)。北斗高精度定位系統(tǒng)包括基準(zhǔn)站和流動(dòng)站。流動(dòng)站安裝在農(nóng)機(jī)上為農(nóng)機(jī)提供位置服務(wù),基準(zhǔn)站可以直接接入全球?qū)Ш叫l(wèi)星連續(xù)運(yùn)行參考站綜合服務(wù)系統(tǒng)獲得流動(dòng)站的高精度定位數(shù)據(jù)。

農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛精細(xì)耕種可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的智能化作業(yè),包括產(chǎn)量監(jiān)測(cè)、流量控制、精細(xì)播種控制、變量施肥等;農(nóng)機(jī)信息化作業(yè)智能調(diào)度系統(tǒng)可通過(guò)傳感器采集實(shí)時(shí)的作業(yè)數(shù)據(jù),對(duì)作業(yè)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析,實(shí)現(xiàn)變量播種、施肥、無(wú)人機(jī)植保以及自動(dòng)烘干倉(cāng)儲(chǔ)等精細(xì)作業(yè)方案生成,指導(dǎo)輔助精細(xì)耕種具體作業(yè)[6]。

4.3 北斗手持終端在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

利用北斗技術(shù),配合遙感技術(shù)(RS)和地理信息系統(tǒng)(GIS),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、達(dá)到增加產(chǎn)量提高效益 的目的。利用北都手持終端,差分北斗技術(shù)可以做到:

1) 土壤養(yǎng)分分布調(diào)查

在播種之前,可用一種適用于在農(nóng)田中運(yùn)行的采樣車(chē)輛按一定的要求在農(nóng)田中采集土壤樣品。車(chē)輛上配置有 北斗接收機(jī)和計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)中配置地理信息系統(tǒng)軟件。采集樣品時(shí),北斗接收機(jī)把樣品采集 點(diǎn)的位置精確地測(cè)定出來(lái),將其輸入計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)依據(jù)地理信息系統(tǒng)將采樣點(diǎn)標(biāo)定,繪出 一幅土壤樣品點(diǎn)位分布圖。

2) 監(jiān)測(cè)作物產(chǎn)量

在聯(lián)合收割機(jī)上配置計(jì)算機(jī)、產(chǎn)量監(jiān)視器和北斗接收機(jī),就構(gòu)成了作物產(chǎn)量監(jiān)視系統(tǒng)。對(duì) 不同的農(nóng)作物需配備不同的監(jiān)視器。例如監(jiān)視玉米產(chǎn)量的監(jiān)視器,當(dāng)收割玉米時(shí),監(jiān)視器 記錄下玉米所接穗數(shù)和產(chǎn)量,同時(shí)北斗接收機(jī)記錄下收割該株玉米所處位置,通過(guò)計(jì)算機(jī)最終繪制出 一幅關(guān)于每塊土地產(chǎn)量的產(chǎn)量分布圖。通過(guò)和土壤養(yǎng)分含量分布圖的綜合分析,可以找出 影響作物產(chǎn)量的相關(guān)因素,從而進(jìn)行具體的田間施肥等管理工作。

3) 合理施肥,精確農(nóng)業(yè)管理

依據(jù)農(nóng)田土壤養(yǎng)分含量分布圖,設(shè)置有北斗接收機(jī)的“受控應(yīng)用”的噴施器,在北斗的控制下, 依據(jù)土壤養(yǎng)分含量分布圖,能夠精確地給田地的各點(diǎn)施肥,施用的化肥種類(lèi)和數(shù)量由計(jì)算機(jī)根據(jù)養(yǎng)分含量 分布圖控制。

在作物生長(zhǎng)期的管理中,利用遙感圖象并結(jié)合北斗可繪出作物色彩變化圖。利用北斗定位采集一定數(shù)量 的土壤及作物樣品進(jìn)行分析,可以繪制出作物生長(zhǎng)的不同時(shí)期的土壤含量的系列分布圖。 這樣可以做到精確地對(duì)作物生長(zhǎng)進(jìn)行管理。

利用飛機(jī)進(jìn)行播種、施肥、除草等工作,作業(yè)費(fèi)用昂貴。合理地布設(shè)航線(xiàn)和準(zhǔn)確地引導(dǎo)飛機(jī),將大大節(jié)省飛機(jī)作業(yè)的費(fèi)用。據(jù)國(guó)外介紹,利用差分北斗對(duì)飛機(jī)精密導(dǎo)航,估計(jì)會(huì)使投資降低50%。具體應(yīng)用中,利用北斗差分定位技術(shù)可以使飛機(jī)在噴灑化肥和除草劑時(shí)減少橫向重疊,節(jié)省化肥和除草劑用量,避免過(guò)多的用量影響農(nóng)作物生長(zhǎng)。還可以減少轉(zhuǎn)彎重疊,避免浪費(fèi),節(jié)省資源。對(duì)于在夜間噴施,更有其優(yōu)越性。因?yàn)橐归g蒸發(fā)和漂移損失小,另外夜間植物氣孔是張開(kāi)的,更容易吸收除草劑和肥料,提高除草和施肥效率。依靠差分北斗進(jìn)行精密導(dǎo)航,引導(dǎo)農(nóng)機(jī)具進(jìn)行夜間噴施和田間作業(yè),可以節(jié)省大量的農(nóng)藥和化肥。

5 結(jié)束語(yǔ)

圍繞“三農(nóng)”經(jīng)濟(jì)需求,結(jié)合北斗導(dǎo)航技術(shù),開(kāi)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù),解決了農(nóng)田信息采集、農(nóng)機(jī)作業(yè)自動(dòng)化過(guò)程管理和物流交易中信息不對(duì)稱(chēng)等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,提升農(nóng)業(yè)信息化水平。極大地提高了農(nóng)田作業(yè)精度,不受天氣和早晚的影響,節(jié)省了時(shí)間和燃料,增加了作業(yè)效率節(jié)約了成本。同時(shí)減少駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度,降低優(yōu)秀駕駛員的依賴(lài)度,節(jié)省人力成本。可提供農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全程監(jiān)管、大田作業(yè)管理、農(nóng)情監(jiān)測(cè)、決策支持等服務(wù)。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)及產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用推廣能力,對(duì)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。北斗技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用不僅是大面積種植,在小面積的農(nóng)田,特別是在格網(wǎng)種植的小面積內(nèi),應(yīng)用小型自動(dòng)化設(shè)備,配合差分北斗導(dǎo)航設(shè)備、電子監(jiān)測(cè)和控制電路,能夠適應(yīng)科學(xué)種田的需要,作到精確管理。

[1] 沈傳青,沈傳敏.淺論精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)在全球范圍內(nèi)的普及應(yīng)用[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)信息,2013(11)：217.

[2] 李小龍,李治國(guó),陳華,等.北京市農(nóng)機(jī)作業(yè)調(diào)度管理與精準(zhǔn)作業(yè)系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程,2013(S2)：44-48.

[3] 徐臣善.國(guó)內(nèi)外精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究進(jìn)展[J].德州學(xué)院學(xué)報(bào),2013,(29)：53-65.

[4] 王壯,陳立平,劉永生,等.農(nóng)機(jī)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程,2010(11)：232-234.

[5] 吳才聰,苑嚴(yán)偉,韓云霞,等.北斗在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用[M],北京:電子工業(yè)出版社,2016.

[6] 趙晶.農(nóng)機(jī)作業(yè)輔助調(diào)度與精確監(jiān)測(cè)方法研究[D].長(zhǎng)沙:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué),2015.

The Application of BeiDou Satellite Navigation System in Precision Agriculture of Henan

ZHU Huairu1,ZHANG Xinying2

(1.GeographicInformationBureauofHenanProvince,Zhengzhou450003,China; 2.HenanVocationalCollegeofWaterConservancyandEnvironment,Zhengzhou450003,China)

Precision agriculture is the new trend in agricultural development in the world, It can not leave the location information in precision agriculture production, along with our country civil popularizing the BeiDou satellite navigation system, combined with the present situation of the BeiDou satellite navigation base station construction in our province, the BeiDou satellite navigation system in the direction of the application and development on precision agriculture in our province.

BeiDou navigation satellite system; positioning; precision agriculture; information collection; data analysis

10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.03.020

2016-12-15

P228.4

A

1008-9268(2017)03-0094-05

朱懷汝 (1979-),男,工程師,主要從事4D測(cè)繪成果質(zhì)量檢驗(yàn)及測(cè)繪質(zhì)量管理、新技術(shù)新標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用推廣工作。

張新盈 (1977-),男,講師,注冊(cè)測(cè)繪師,主要從事測(cè)繪教學(xué)科研工作。

聯(lián)系人: 朱懷汝E-mail:65780645@qq.com