新疆兵團(tuán)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用

趙巖，陳學(xué)庚*，溫浩軍

（石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院/農(nóng)業(yè)部西北農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 石河子832003）

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全面結(jié)合的一種精細(xì)農(nóng)業(yè)，是以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效為目的的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式和技術(shù)體系，是以信息技術(shù)為支撐，根據(jù)空間變異，定位、定時(shí)、定量的實(shí)施一整套現(xiàn)代化農(nóng)事操作與管理的系統(tǒng)[1]。一般由以下10個(gè)系統(tǒng)組成：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)[2]。我國(guó)新疆于20世紀(jì)末開(kāi)始進(jìn)行精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)試驗(yàn)示范[3]，目前部分成果如水肥一體化管理技術(shù)、GIS支持下的精耕細(xì)作技術(shù)已在新疆兵團(tuán)較大面積應(yīng)用[4]。

1 新疆兵團(tuán)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

新疆兵團(tuán)創(chuàng)立之初就為全面實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化提供了良好的生產(chǎn)條件，農(nóng)田土地平整、集中連片、設(shè)施完備、農(nóng)電配套、抗災(zāi)能力強(qiáng)，通過(guò)近20年的發(fā)展，目前實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)方式的相結(jié)合，生產(chǎn)的農(nóng)牧產(chǎn)品產(chǎn)量高、質(zhì)量好、商品率高[5]，同時(shí)，農(nóng)機(jī)作業(yè)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化管理，達(dá)到了高效率、高標(biāo)準(zhǔn)要求，正逐步向自動(dòng)化、智能化、服務(wù)一體化方向發(fā)展[6]。新疆兵團(tuán)為穩(wěn)步推進(jìn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展，以農(nóng)業(yè)機(jī)械化和節(jié)水灌溉為突破口，加快農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)，已全面實(shí)現(xiàn)糧食、油料主要作物的機(jī)械化，并建成全國(guó)最大的節(jié)水灌溉基地和商品棉基地。2014年，新疆兵團(tuán)農(nóng)業(yè)綜合機(jī)械化率達(dá)到93%，棉花耕、種機(jī)械化率達(dá)到95%以上，機(jī)械化收獲面積超過(guò)43.3萬(wàn)hm2，農(nóng)機(jī)管理標(biāo)準(zhǔn)化團(tuán)場(chǎng)達(dá)到85%。高新節(jié)水灌溉面積達(dá)到65.3萬(wàn)hm2，成為全國(guó)最大的節(jié)水農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)[7]。

新疆兵團(tuán)堅(jiān)持實(shí)施以“精準(zhǔn)選種、精準(zhǔn)播種、精準(zhǔn)施肥、精準(zhǔn)灌溉、精準(zhǔn)田間生態(tài)監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)收獲”六大技術(shù)為主要內(nèi)容的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)，在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先水平，部分技術(shù)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平[8]。其中主要技術(shù)的發(fā)展概況如下：

（1）精準(zhǔn)選種。采用智能化種子加工機(jī)械進(jìn)行識(shí)別選種，改進(jìn)種子清選工藝，有效提升種子質(zhì)量，大幅提高種子出苗率，為精量播種奠定了基礎(chǔ)。

（2）精準(zhǔn)播種。為解決地膜覆蓋精準(zhǔn)播種問(wèn)題，將氣力精量取種技術(shù)與鴨嘴滾筒式穴播技術(shù)相結(jié)合，攻克負(fù)壓取種、齒片清種、閉壓投種、強(qiáng)制分種、攜種導(dǎo)入鴨嘴、破膜打孔成穴、投種入土等精量穴播技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了1?；?粒按需播種，滿足了播量、播深、行距、株距精準(zhǔn)的農(nóng)業(yè)技術(shù)要求。棉花、玉米、番茄、甜菜、瓜類等作物均實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)播種。2013年，149團(tuán)使用衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛技術(shù)播種棉花0.33萬(wàn)hm2，每臺(tái)機(jī)車的播種面積較傳統(tǒng)播種方式平均增加66.67 hm2。

（3）精準(zhǔn)施肥。針對(duì)寬行距作物施基肥采用傳統(tǒng)全耕層施肥技術(shù)存在肥效利用率低、化肥浪費(fèi)的問(wèn)題，創(chuàng)新提出基于衛(wèi)星導(dǎo)航拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛的精準(zhǔn)對(duì)行分層施肥技術(shù)，研制配套技術(shù)裝備。根據(jù)種植作物行距和位置，提前將肥料分層施入耕層土壤。肥料利用率至少可提高1倍，大幅度提升了化肥利用率，減少了化肥浪費(fèi)和污染。

（4）精準(zhǔn)灌溉。采用滴灌技術(shù)可大幅節(jié)水。新疆兵團(tuán)通過(guò)引進(jìn)、試驗(yàn)、再創(chuàng)新，攻克低成本器材和裝備的研究開(kāi)發(fā)難題，形成服務(wù)體系，大面積應(yīng)用于大田作物，應(yīng)用規(guī)模達(dá)到世界第一。隨后逐步將滴灌節(jié)水技術(shù)向智能化、水肥一體化、遠(yuǎn)程操作控制方向發(fā)展，節(jié)水效果明顯。新疆兵團(tuán)自行研發(fā)的田間管網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能化控制，已大面積田間示范，灌水質(zhì)量得到質(zhì)的飛躍。自行研發(fā)的系列自動(dòng)反沖洗網(wǎng)式過(guò)濾機(jī)組及自動(dòng)施肥機(jī)，單套控制面積100-166.67 hm2。

（5）精準(zhǔn)田間監(jiān)測(cè)。依托國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“區(qū)域空間信息技術(shù)在新疆兵團(tuán)的應(yīng)用示范”，研究空間信息技術(shù)在新疆兵團(tuán)的集成應(yīng)用與示范，涵蓋農(nóng)情監(jiān)測(cè)、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、土地監(jiān)測(cè)、水資源監(jiān)測(cè)和利用、公共安全和應(yīng)急技術(shù)，建立了面向新疆兵團(tuán)的空間信息服務(wù)與共享業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

（6）精準(zhǔn)收獲。新疆兵團(tuán)利用GPRS系統(tǒng)進(jìn)行棉花精準(zhǔn)收獲試驗(yàn)，采摘棉花時(shí)將衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分析處理和誤差消除，準(zhǔn)確率可達(dá)90%以上。

2 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)

衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)是20世紀(jì)70-80年開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的，主要作用是用于定位、導(dǎo)航和授時(shí)[9]。該技術(shù)以導(dǎo)航衛(wèi)星為參照物，用戶使用接收機(jī)測(cè)量到三顆衛(wèi)星的距離，利用三球交匯原理，確定當(dāng)前位置和目標(biāo)位置，并參照地理、環(huán)境信息(測(cè)繪)，修正航線、方向和速度，達(dá)到預(yù)定目的[10]。目前較為成熟的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)主要包括美國(guó)GPS、俄羅斯GLONASS、中國(guó)北斗和歐盟Galileo。其中，GPS系統(tǒng)建設(shè)最早，于1973年起步，1995年維持全運(yùn)行能力；GLONASS系統(tǒng)與 1975年起步，1996年建成；2005年恢復(fù)完善。歐洲2000年啟動(dòng)Galileo系統(tǒng)建設(shè)，計(jì)劃2020年建成。我國(guó)于1994年啟動(dòng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)，2004年啟動(dòng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)，計(jì)劃2020年形成全球無(wú)源服務(wù)能力[11]。

在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)主要應(yīng)用于智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械控制、精準(zhǔn)病蟲(chóng)防治和灌溉和農(nóng)田資源的普查和規(guī)劃。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有速度快、精度高、成本低、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)[12-14]。衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)在農(nóng)業(yè)控制中最主要的應(yīng)用在智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械控制、精準(zhǔn)病蟲(chóng)防治和灌溉、農(nóng)田資源的普查和規(guī)劃三個(gè)方面。

2.1 智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械控制

（1）變量施肥和播種的控制。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)變量控制的出發(fā)點(diǎn)是把大田塊細(xì)化為小田塊，按小田塊收集田間狀態(tài)信息，根據(jù)其差異性做出作業(yè)決策，即依據(jù)當(dāng)前土壤養(yǎng)分狀況和作物生長(zhǎng)狀況等田間狀態(tài)信息編制出田間施肥或播種變量作業(yè)處方信息[15-17]。

（2）聯(lián)合收割機(jī)的作業(yè)監(jiān)控。利用定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)可繪制農(nóng)作物的產(chǎn)量分布圖，根據(jù)產(chǎn)量多少來(lái)控制聯(lián)合收割機(jī)的行駛速度、割幅，從而控制收割速度、脫粒喂入量，達(dá)到最佳的收割效果和最大的收割效率，并能綜合分析某具體田塊的總產(chǎn)量有沒(méi)有提高或者減產(chǎn)，然后制定新的針對(duì)性更強(qiáng)的田間投入方式[18]。

（3）拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛是由固定操作站控制的自動(dòng)駕駛農(nóng)業(yè)機(jī)械，在衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)或在田間附近地面系統(tǒng)的導(dǎo)航下工作。該技術(shù)具有很多優(yōu)越性，例如可實(shí)現(xiàn)24 h內(nèi)連續(xù)精確作業(yè)，延長(zhǎng)農(nóng)機(jī)作業(yè)時(shí)間的同時(shí)提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，提高機(jī)組作業(yè)效率[19]。

2.2 精準(zhǔn)病蟲(chóng)防治和灌溉

（1）精準(zhǔn)噴藥。運(yùn)用GNSS監(jiān)測(cè)病蟲(chóng)草害，得出田間病、蟲(chóng)、草害分布大小位置，從而引導(dǎo)噴藥機(jī)在計(jì)算好的航線和高度飛行噴灑藥物，若中途加滿藥物再次返回作業(yè)區(qū)時(shí)，系統(tǒng)還能讓飛機(jī)到達(dá)上次藥物噴灑停止時(shí)的準(zhǔn)確地點(diǎn)，可以確保既無(wú)重復(fù)噴灑又無(wú)遺漏區(qū)域[20]。

（2）精準(zhǔn)灌溉。采用精確灌溉技術(shù)，既能滿足作物生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)灌水時(shí)間、灌水量、灌水位置和灌水成分的精確要求，又能按照田間的每個(gè)操作單元的具體條件，精細(xì)準(zhǔn)確地調(diào)整農(nóng)業(yè)用水管理措施，最大限度地提高水的利用效率。

2.3 農(nóng)田資源的普查和規(guī)劃

在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中，技術(shù)人員利用GNSS手持機(jī)能夠快速、高效、準(zhǔn)確地獲得各項(xiàng)農(nóng)田信息，并轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的圖形，同田間的各種信息結(jié)合，形成反映該信息的專題圖和處方圖，如肥力分布圖、病蟲(chóng)害分布圖等，用于農(nóng)作物科學(xué)施肥、病蟲(chóng)害防治和估產(chǎn)等[21-24]?；谛l(wèi)星導(dǎo)航定位功能的土壤水分溫度檢測(cè)儀在測(cè)試土壤含水率的同時(shí)，還可以測(cè)定、采集測(cè)點(diǎn)的精確定位信息，并將位置和水分、組數(shù)等信息存儲(chǔ)到主機(jī)內(nèi)進(jìn)行后續(xù)研究[25-28]。這不僅有利于實(shí)施節(jié)水灌溉，同時(shí)精確的供水也有利于提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。

3 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在新疆兵團(tuán)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)已在新疆兵團(tuán)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中得到應(yīng)用，各師局先后建成了大型農(nóng)機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，并投入運(yùn)行。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)平臺(tái)、地基增強(qiáng)系統(tǒng)能為各團(tuán)場(chǎng)農(nóng)機(jī)管理部門(mén)、采棉機(jī)公司和農(nóng)機(jī)合作組織提供作業(yè)農(nóng)機(jī)實(shí)時(shí)信息服務(wù)。通過(guò)該系統(tǒng)可以準(zhǔn)確獲取當(dāng)前作業(yè)機(jī)具的實(shí)時(shí)位置，跟蹤顯示當(dāng)前農(nóng)機(jī)的作業(yè)情況，準(zhǔn)確獲取作業(yè)面積、主油耗等相關(guān)數(shù)據(jù)，并能觀看農(nóng)機(jī)作業(yè)實(shí)時(shí)作業(yè)畫(huà)面，監(jiān)控作業(yè)質(zhì)量，提高農(nóng)機(jī)作業(yè)服務(wù)的效率，降低服務(wù)成本[29]，具有遠(yuǎn)程電視電話會(huì)議、遠(yuǎn)程農(nóng)機(jī)指揮調(diào)度、遠(yuǎn)程農(nóng)機(jī)作業(yè)質(zhì)量監(jiān)控等信息化服務(wù)功能[30]。

3.1 北斗導(dǎo)航拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛技術(shù)的主要特點(diǎn)

北斗導(dǎo)航拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)是利用北斗衛(wèi)星的定位信號(hào)來(lái)設(shè)計(jì)車輛的行駛軌跡，在車輛作業(yè)過(guò)程中綜合車輛的位置信息、姿態(tài)信息、航向角信息、傳感器信息，通過(guò)控制液壓系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向按照設(shè)計(jì)路徑行駛。生產(chǎn)實(shí)踐表明，北斗導(dǎo)航自動(dòng)駕駛系統(tǒng)與人工作業(yè)相比具有以下明顯特點(diǎn)：

（1）定位精度高。北斗導(dǎo)航可以為農(nóng)用機(jī)具提供實(shí)時(shí)的位置信息，保證有較高的行走精度。

（2）作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)可以有效監(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，降低成本，增加產(chǎn)量，提高效益。

（3）適應(yīng)能力強(qiáng)。北斗導(dǎo)航拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛技術(shù)，可以保證農(nóng)機(jī)作業(yè)不受時(shí)間和氣候的限制，不必“日出而作、日落而息”，縮短作業(yè)期、提高工作效率。傳統(tǒng)的農(nóng)機(jī)作業(yè)質(zhì)量主要依靠駕駛員的操作技能和責(zé)任心來(lái)保障，難以全面達(dá)到精準(zhǔn)作業(yè)的要求。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛依托智能技術(shù)保障作業(yè)質(zhì)量、提高作業(yè)效率，作業(yè)后的條田接行準(zhǔn)，播行直，接行準(zhǔn)。為之后作物中耕、打藥、施肥、收獲作業(yè)提供便利，另外，農(nóng)機(jī)駕駛員操作時(shí)只需要踩油門(mén)和剎車，不用操作方向盤(pán)，大幅降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了舒適化操作[31]。

2012年新疆兵團(tuán)農(nóng)機(jī)推廣部門(mén)開(kāi)展了衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛技術(shù)的試驗(yàn)示范工作，至2015年5月底，已有1500套的產(chǎn)品在新疆區(qū)域的拖拉機(jī)上進(jìn)行了安裝，衛(wèi)星導(dǎo)航拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛技術(shù)逐步從小面積試驗(yàn)向大面積試驗(yàn)示范邁進(jìn)，其作業(yè)精度、操作方便性、使用可靠性、性價(jià)比逐步得到認(rèn)可。

3.2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛技術(shù)的應(yīng)用

（1）應(yīng)用在播種作業(yè)中，播行直、接行準(zhǔn)解決了采棉機(jī)采凈率的提高問(wèn)題。棉田連接行的準(zhǔn)確性是影響采棉機(jī)采凈率關(guān)鍵因素，結(jié)行誤差超過(guò)5 cm，就會(huì)對(duì)采棉機(jī)的采凈率產(chǎn)生影響。該技術(shù)應(yīng)用在棉花播種作業(yè)中，能一次完成鋪膜、鋪管、播種作業(yè)，1000 m 播行垂直誤差2-3 cm，有效解決了播種作業(yè)中出現(xiàn)的“播不直、接不上茬”的難題。

（2）應(yīng)用在整地前噴灑除草劑作業(yè)中，可確保接行準(zhǔn)，不重不漏。在衛(wèi)星導(dǎo)航拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)出現(xiàn)前，少數(shù)認(rèn)真的單位，在整地前噴灑除草劑，要求機(jī)車組規(guī)劃作業(yè)區(qū)，保證打藥噴霧機(jī)行走位置準(zhǔn)確，作業(yè)機(jī)組要多配2個(gè)人，增加了作業(yè)成本。拖拉機(jī)安裝自動(dòng)駕駛系統(tǒng)后，路線可根據(jù)作業(yè)幅寬設(shè)定，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，避免漏噴和重噴，作業(yè)效果大幅提升，減少農(nóng)藥投入，節(jié)約成本，降低污染。

（3）應(yīng)用在苗期化控和植保作業(yè)中，采用具有拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)播種的田塊，行距分布均勻、準(zhǔn)確，噴霧機(jī)噴頭可直接對(duì)行施藥，農(nóng)藥利用率高，不污染環(huán)境，而未安裝自動(dòng)駕駛系統(tǒng)拖拉機(jī)播種的田塊，行距累積誤差大，作業(yè)效果差。

（4）應(yīng)用在機(jī)械采收前噴施脫葉催熟劑作業(yè)中，采用具有拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)播種的田塊，由于行距分布均勻，吊桿可精確走在寬行中間，很少對(duì)棉花莖葉產(chǎn)生碰擦，通過(guò)順暢，噴施效果就好；未安裝自動(dòng)駕駛系統(tǒng)拖拉機(jī)播種的田塊，噴霧機(jī)工作幅寬越寬，吊桿被架起的現(xiàn)象越嚴(yán)重。

（5）應(yīng)用受災(zāi)棉田重新播種，按原規(guī)劃軌跡進(jìn)行重復(fù)播種作業(yè)，接行誤差可以精確到小于2-3 cm，可保證后續(xù)棉花田間管理和機(jī)械收獲的正常進(jìn)行，有效提升抗災(zāi)能力。

（6）應(yīng)用在中耕施肥作業(yè)中，可使機(jī)具行走位置準(zhǔn)確，縮小了護(hù)苗帶，肥料離苗近，提高肥料利用率，松土和滅草效果好，同時(shí)可以減少苗株的損傷率。通過(guò)衛(wèi)星定位進(jìn)行測(cè)土施肥，根據(jù)土地不同位置、不同土壤類型及養(yǎng)分的盈虧情況，將微量元素與肥料科學(xué)配方，精確施入，可減少化肥浪費(fèi)和污染。另外，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)可改變棉花、玉米、番茄等寬行距作物傳統(tǒng)施基肥的方式，采用精準(zhǔn)對(duì)行分層施肥技術(shù)，提前將基肥施入種行下方10-15 cm處，可以大幅提升肥料利用率，減少寬行距作物的化肥投入和減輕肥料對(duì)環(huán)境的污染[32]。

（7）應(yīng)用在殘膜回收作業(yè)過(guò)程中，自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)可使拖拉機(jī)沿設(shè)定軌跡行走，如能保證殘膜回收機(jī)的起膜邊裝置精確對(duì)準(zhǔn)膜邊，就可將膜邊完全挖起，從而簡(jiǎn)化機(jī)具結(jié)構(gòu)，提高殘膜回收率。

（8）應(yīng)用在棉花測(cè)產(chǎn)作業(yè)中，棉花產(chǎn)量信息的實(shí)時(shí)獲取技術(shù)是分析棉田產(chǎn)量差異性和生成棉花空間分布產(chǎn)量圖的基礎(chǔ)，也是對(duì)棉田實(shí)行精細(xì)管理和變量作業(yè)的依據(jù)，隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的深化發(fā)展，作用將逐步突顯[33]。

（9）應(yīng)用在采棉機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控中，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)，實(shí)時(shí)了解采棉機(jī)的位置和作業(yè)狀態(tài)，及時(shí)準(zhǔn)確的進(jìn)行調(diào)度，能夠有效提高采棉機(jī)的管理水平和機(jī)組利用率[34]。

3.3 效益分析

新疆兵團(tuán)的生產(chǎn)實(shí)踐表明，采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛技術(shù)，具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益，具體包括：

（1）提高作業(yè)精度。播幅連接行精度誤差小于3 cm，1000 m播行垂直誤差小于3 cm，機(jī)手具備基本操作技能即可，降低了雇傭拖拉機(jī)駕駛員的人工成本。

（2）提高機(jī)車?yán)寐?。播種中不受光線限制，可實(shí)現(xiàn)全天不間斷作業(yè)，適時(shí)播種，不誤農(nóng)時(shí)，同時(shí)減少農(nóng)機(jī)數(shù)量上的投入，增加機(jī)車組經(jīng)濟(jì)收入20%-30%，穩(wěn)定專業(yè)農(nóng)機(jī)隊(duì)伍。

（3）提高采棉機(jī)采凈率。該技術(shù)的應(yīng)用使得機(jī)具作業(yè)突破了“播行不直、接行不準(zhǔn)”的瓶頸，與人工駕駛拖拉機(jī)播種作業(yè)相比較，采棉機(jī)的采凈率提高2%-3%，可增加收入900-1350元/hm2。

（4）提高土地利用率。加裝導(dǎo)航系統(tǒng)的拖拉機(jī)播行直且均勻，最大程度上減少土地的浪費(fèi)，土地利用率提高0.5%-1%，減少農(nóng)資消耗的同時(shí)還可增加作物的產(chǎn)量。

（6）提高中耕作業(yè)質(zhì)量。用于播種甜菜、玉米、番茄等中耕作物，中耕作業(yè)保護(hù)帶寬度的縮小，傷苗率和漏耕率的減少，肥料利用率增加，除草和松土效果的增強(qiáng)，至少提高作物產(chǎn)量2%-3%。

（7）提高植保作業(yè)質(zhì)量。用于播前噴灑除草劑，田管階段噴灑作物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，秋后噴灑化學(xué)脫葉催熟劑，可確保接茬準(zhǔn)確、施藥精確、不重不漏，減少化學(xué)藥劑對(duì)土壤產(chǎn)生污染。

（8）提高災(zāi)害重播作業(yè)質(zhì)量。用于農(nóng)田災(zāi)后重播，經(jīng)濟(jì)效益尤其顯著，不影響棉花機(jī)械采收，這是人工播種無(wú)法做到的。新疆春季災(zāi)害重播面積一般在20%以上，2014年超過(guò)30%。使用衛(wèi)星導(dǎo)航和自動(dòng)駕駛技術(shù)幫助災(zāi)后重播，作業(yè)精度高，接茬精度可控制在2-3 cm，補(bǔ)種的作物可很好嵌入原有田間，利于后期機(jī)械收獲作業(yè)。

（9）提高殘膜回收率。殘膜回收是新疆棉花生產(chǎn)中可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略問(wèn)題，利用北斗導(dǎo)航可精確找準(zhǔn)鋪膜軌跡，將地膜邊挖出，使殘膜回收率提高8%-10%。

（10）提高中耕作物基肥的利用率。針對(duì)棉花、玉米、番茄等中耕作物傳統(tǒng)施基肥的方式，采用衛(wèi)星導(dǎo)航拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛技術(shù)，進(jìn)行精準(zhǔn)對(duì)行分層施肥，使肥料位于種子正下方，利于作物根系吸收，肥料利用率至少可提高1倍，節(jié)約成本，減少化肥污染。施肥開(kāi)溝起到松土作用，利于作物根系擴(kuò)散生長(zhǎng)和地表水下滲[35]。

（11）購(gòu)置補(bǔ)貼政策。目前拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛裝備已基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，性能基本達(dá)到國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品水準(zhǔn)。國(guó)產(chǎn)拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛裝備的價(jià)格(含區(qū)域增強(qiáng)網(wǎng)建設(shè)費(fèi))大致是每套6.5萬(wàn)元，國(guó)家農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼30%，補(bǔ)貼后的安裝價(jià)格4萬(wàn)元左右，基層單位再補(bǔ)貼一點(diǎn)，農(nóng)機(jī)戶是可以承受的。關(guān)鍵是要引導(dǎo)農(nóng)戶使用該自動(dòng)駕駛裝備，在收費(fèi)政策上要有明顯區(qū)分，執(zhí)行作業(yè)優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)政策，在作業(yè)費(fèi)收取方面應(yīng)有明顯區(qū)別，要讓農(nóng)機(jī)戶逐步回收智能裝備的投入成本。

4 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和示范推廣的建議

4.1 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

隨著新疆兵團(tuán)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)面積持續(xù)增加，針對(duì)棉花精量播種衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛的裝備、機(jī)具不斷涌現(xiàn)，但其他作物及后續(xù)田間作業(yè)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的應(yīng)用仍然亟待示范與推廣應(yīng)用。新疆兵團(tuán)棉花播種面積近60萬(wàn)hm2，玉米、番茄、甜菜等中耕作物面積26.67余萬(wàn)hm2，每80 hm2播種面積配一臺(tái)作業(yè)機(jī)組，衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛系統(tǒng)需求量超過(guò)10000套。新疆自治區(qū)中耕作物面積超過(guò)兵團(tuán)2倍，僅自動(dòng)駕駛系統(tǒng)一項(xiàng)總需求量至少30000套。

滴灌節(jié)水技術(shù)在新疆兵團(tuán)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的全面應(yīng)用是重大創(chuàng)新。滴灌節(jié)水技術(shù)是從以色列引進(jìn)的，器材價(jià)格昂貴，在中國(guó)大田作物種植中無(wú)法大面積使用。新疆兵團(tuán)通過(guò)引進(jìn)、試驗(yàn)、再創(chuàng)新，攻克低成本器材和裝備的研究開(kāi)發(fā)難題，形成服務(wù)體系，大面積應(yīng)用大田作物，應(yīng)用規(guī)模達(dá)到世界笫一。之后依托空間信息系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控條田間輪灌區(qū)土壤含水率數(shù)據(jù)，實(shí)施自動(dòng)化灌溉，逐步將滴灌節(jié)水技術(shù)向智能化、水肥一體化、遠(yuǎn)程操作控制方向發(fā)展，節(jié)水效果能明顯提高。

新疆兵團(tuán)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展方面應(yīng)特別關(guān)注以下二個(gè)方面：一是用信息化技術(shù)提升精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備的設(shè)計(jì)和制造水平；包括各種智能控制技術(shù)、農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航及自動(dòng)作業(yè)技術(shù)，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)性能和作業(yè)質(zhì)量；二是用信息化技術(shù)提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化的管理水平，包括農(nóng)機(jī)作業(yè)的遠(yuǎn)程監(jiān)控與調(diào)度，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的利用效率和效益[36]。

4.2 示范推廣的建議

4.2.1 加強(qiáng)政策引導(dǎo)

衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展需要國(guó)家強(qiáng)有力的支持，應(yīng)強(qiáng)化國(guó)家和地方政府補(bǔ)貼充分向衛(wèi)星自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)傾斜，而北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是國(guó)家重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)必須具備北斗衛(wèi)星導(dǎo)航功能。同時(shí)，新技術(shù)的推廣要逐步進(jìn)行，先進(jìn)行試驗(yàn)示范，再逐年鋪開(kāi)[37-39]。

4.2.2 加快人才培養(yǎng)步伐

積極扶持教育和服務(wù)機(jī)構(gòu)發(fā)展，分層次進(jìn)行技術(shù)理論和實(shí)踐培訓(xùn)，先對(duì)農(nóng)機(jī)管理人員和專業(yè)技術(shù)人員，再在農(nóng)機(jī)化示范基地建設(shè)中進(jìn)行實(shí)際培訓(xùn)，逐步擴(kuò)大培訓(xùn)范圍，加快對(duì)機(jī)操作人員以及導(dǎo)航技術(shù)服務(wù)人員的培養(yǎng)，加強(qiáng)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的培訓(xùn)。

4.2.3 加大科研力度

衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛機(jī)械的核心關(guān)鍵技術(shù)還有待進(jìn)一步優(yōu)化提升。實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化自主裝備不僅要降低成本，更要以提高使用可靠性為目標(biāo)。我國(guó)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)要繼續(xù)攻堅(jiān)克難，實(shí)現(xiàn)多功能、智能化，擴(kuò)大可適用范圍[40-42]。關(guān)鍵性能要特別注意：臨時(shí)停車信息不能中斷，所有部件不能因作業(yè)或者運(yùn)輸環(huán)境惡劣而頻繁故障。

國(guó)產(chǎn)裝備要逐步提高使用可靠性，價(jià)格低廉并不是對(duì)比的目標(biāo)，關(guān)鍵是使用可靠性要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，選用時(shí)特別要認(rèn)真對(duì)待。目前的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)多數(shù)安裝在拖拉機(jī)上，要逐步向其它農(nóng)田作業(yè)機(jī)械上推廣，例如自走式的收獲機(jī)械、施藥機(jī)械，如果安裝了自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，那么作業(yè)的效果就會(huì)更好，駕駛員就可以分出更多的精力去關(guān)注核心工作部件的作業(yè)狀態(tài)，提高效率，降低油耗。現(xiàn)有自動(dòng)駕駛系統(tǒng)是人機(jī)結(jié)合，能保證拖拉機(jī)運(yùn)行直線性和播幅聯(lián)結(jié)準(zhǔn)確性，但作業(yè)過(guò)程中的起步、停車、升降農(nóng)具、檔位的加減、油門(mén)的大小都需要人來(lái)控制，使用中也需要人一直在拖拉機(jī)上保證作業(yè)的連續(xù)性和安全性，其智能駕駛性能需繼續(xù)提高。

4.2.4 建立完善的用戶服務(wù)體系

建立用戶服務(wù)體系是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，出現(xiàn)故障能及時(shí)維護(hù)，在比較短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)作業(yè)性能，效果才會(huì)顯現(xiàn)。用戶服務(wù)體系應(yīng)充分發(fā)揮區(qū)域精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備公司或經(jīng)銷商的作用，其中，有兩個(gè)問(wèn)題應(yīng)特別注意：一是區(qū)域機(jī)型不能太雜，型號(hào)和公司要相對(duì)集中，保證使用和服務(wù)質(zhì)量；二是基站應(yīng)集中建立，不同型號(hào)和公司的產(chǎn)品應(yīng)適應(yīng)基站統(tǒng)一的信號(hào)源，而不是信號(hào)源只適應(yīng)單一產(chǎn)品。另外，要充分利用當(dāng)?shù)剞r(nóng)機(jī)產(chǎn)、學(xué)、研部門(mén)的技術(shù)力量和人力資源，提高自動(dòng)駕駛產(chǎn)品的作業(yè)效率與工作可靠性。

4.2.5 拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，提高北斗導(dǎo)航拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)使用效能

（1）緊緊圍繞新疆兵團(tuán)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化需求，進(jìn)一步拓寬北斗導(dǎo)航與拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，加快農(nóng)機(jī)農(nóng)藝的融合，深入開(kāi)展衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛產(chǎn)品的研究，使該技術(shù)廣泛應(yīng)用于平地、播種、噴藥、收獲、耕整等環(huán)節(jié)中，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、定量，凸顯農(nóng)業(yè)機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的節(jié)本增效優(yōu)勢(shì)。

（2）利用自動(dòng)駕駛系統(tǒng)本身攜帶的定位及顯示設(shè)備，將其中的數(shù)據(jù)導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控車輛目的，然后通過(guò)服務(wù)器將作業(yè)指令發(fā)送到車載終端并顯示在顯示器上，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的集中管理和分配。這樣在自動(dòng)駕駛的基礎(chǔ)上，用很低的投入就能實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)的信息化管理[43-46]。

4.2.6 強(qiáng)化新疆兵團(tuán)的輻射帶動(dòng)作用

積極依托新疆兵團(tuán)區(qū)位優(yōu)勢(shì)和農(nóng)業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，借助國(guó)家絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展契機(jī)，以新疆兵團(tuán)為示范基地逐步輻射至全國(guó)及中亞、南亞（中亞耕地面積約是新疆的2-3倍）及其他獨(dú)聯(lián)體國(guó)家，促使北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)形成新的農(nóng)業(yè)裝備產(chǎn)業(yè)技術(shù)戰(zhàn)略高地和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)極。