基于北斗的甘蔗種植智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

付文濤

【摘 要】針對(duì)目前我國(guó)甘蔗管理作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、耗費(fèi)人工多，影響著甘蔗種植、采砍、運(yùn)輸、糖業(yè)生產(chǎn)之間的信息流通性的問題，本文采用基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航，同時(shí)結(jié)合無(wú)人機(jī)遙感、GIS等技術(shù)設(shè)計(jì)了一套甘蔗種植智能管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)由甘蔗田管理系統(tǒng)、甘蔗種植進(jìn)程精細(xì)化管理系統(tǒng)和甘蔗種植管理大數(shù)據(jù)平臺(tái)構(gòu)成，以甘蔗種植一體化管理大數(shù)據(jù)平臺(tái)的應(yīng)用滿足制糖企業(yè)、蔗農(nóng)的需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)甘蔗田的集成化管理，達(dá)到提高智能化效率，節(jié)約人工成本，給制糖企業(yè)和農(nóng)戶帶來(lái)更大經(jīng)濟(jì)效益為目的。

【關(guān)鍵詞】北斗衛(wèi)星導(dǎo)航;無(wú)人機(jī)遙感;智能管理;大數(shù)據(jù)平臺(tái)

中圖分類號(hào)： Q14;TP79文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）25-0124-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.25.060

Beidou-based Sugarcane Planting Intelligent Management System Design

FU Wen-tao

（Guilin university of electronic science and technology， Guilin Guangxi 541004， China）

【Abstract】At present， China's sugarcane management operations are labor intensive， inefficient， and huge human resources consumption， and these affect the information flow between sugarcane cultivation， harvesting， transportation， and sugar production. For this problem， this paper designs a set of intelligent management system for sugarcane planting based on Beidou satellite navigation and combined with UAV remote sensing and GIS technology. The system consists of sugarcane field management system， refined management system of sugarcane planting process and big data platform of sugarcane planting management. This system can meet the demand of sugar enterprises and sugarcane farmers， and realize integrated management of sugarcane fields through the application of big data platform for sugarcane planting integrated management. Therefore， it will achieve the purposes of improving intelligent efficiency， saving labor costs， and bringing greater economic benefits to sugar enterprises and farmers.

【Key words】Beidou Satellite Navigation; UAV Remote Sensing; Intelligent Management; Big-data Platform

0 引言

隨著甘蔗糖業(yè)的不斷發(fā)展和擴(kuò)大，對(duì)其生產(chǎn)作業(yè)管理的要求也極大提高，由于目前我國(guó)甘蔗作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、耗費(fèi)人工多，造成甘蔗種植的管理水平低下的問題[1]，嚴(yán)重制約制糖產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，因此中國(guó)甘蔗種植產(chǎn)業(yè)正在向精細(xì)化、智能化、集約化的方向轉(zhuǎn)變是大勢(shì)所趨，將精準(zhǔn)北斗導(dǎo)航技術(shù)引入甘蔗種植智能化管理實(shí)踐中，從而推進(jìn)現(xiàn)代甘蔗種植產(chǎn)業(yè)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變和結(jié)構(gòu)調(diào)整，旨在提高甘蔗產(chǎn)量。因此本文采用北斗高精度定位技術(shù)，與無(wú)人機(jī)航測(cè)遙感技術(shù)及多源傳感信息相融合，一方面能夠提高甘蔗種植信息數(shù)據(jù)采集的可靠性和準(zhǔn)確性，另一方面能夠大幅減少像控點(diǎn)的數(shù)量，從而解決了甘蔗種植、砍運(yùn)和制糖業(yè)生產(chǎn)信息無(wú)法共享的問題，實(shí)現(xiàn)甘蔗種植產(chǎn)業(yè)“生產(chǎn)-種植—砍運(yùn)”一體化管理目標(biāo)。

1 甘蔗田管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

甘蔗田管理系統(tǒng)以無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)、北斗測(cè)量技術(shù)、北斗實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)、GIS技術(shù)、北斗平地車、北斗車載終端等為基礎(chǔ)，建設(shè)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)和農(nóng)戶信息數(shù)據(jù)庫(kù)，通過地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)和農(nóng)戶信息數(shù)據(jù)庫(kù)的綜合應(yīng)用，利用GIS技術(shù)構(gòu)建出可視化的GIS地圖[2]，為蔗田管理提供一個(gè)高效快捷的管理系統(tǒng)?；诒倍返恼崽锕芾硐到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

整個(gè)甘蔗田管理系統(tǒng)包括蔗田原始數(shù)據(jù)的獲取、蔗田管理子系統(tǒng)、地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)、農(nóng)戶信息數(shù)據(jù)庫(kù)和GIS地圖的構(gòu)建以及北斗車載終端。蔗田管理子系統(tǒng)利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)、北斗測(cè)畝儀和北斗實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)獲取蔗田影像、面積、海拔、高程、經(jīng)緯度以及邊界等原始信息。接著利用這些信息進(jìn)行蔗田規(guī)劃、土地確權(quán)措施動(dòng)作，得到進(jìn)一步詳細(xì)的蔗田相關(guān)數(shù)據(jù)和農(nóng)戶相關(guān)的信息，再利用這些數(shù)據(jù)構(gòu)建地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)以及農(nóng)戶信息數(shù)據(jù)庫(kù)。在進(jìn)行蔗田平整時(shí)，首先通過蔗田管理子系統(tǒng)從地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取蔗田相關(guān)信息，計(jì)算出蔗田平整面積大小，蔗田高程等信息，然后將這些信息傳給北斗車載終端，北斗車載終端根據(jù)這些信息控制北斗平地車進(jìn)行平地操作，北斗車載終端在平地完成之后的蔗田高程等信息再回傳給地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。最終利用地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)和農(nóng)戶信息數(shù)據(jù)庫(kù)通過GIS軟件構(gòu)建出GIS地圖[3]，將所有信息可視化，使得蔗田管理工作難度大大減輕。

2 甘蔗種植進(jìn)程精細(xì)化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

甘蔗種植進(jìn)程管理系統(tǒng)分為兩個(gè)部分：機(jī)械化播種系統(tǒng)和甘蔗精細(xì)化種植系統(tǒng)。機(jī)械化播種系統(tǒng)是把北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用到甘蔗種植機(jī)，實(shí)現(xiàn)高精度播種，使甘蔗的播種從單純機(jī)械化邁向機(jī)械化、精細(xì)化、信息化。甘蔗精細(xì)化種植系統(tǒng)是建立一個(gè)覆蓋氣象、數(shù)據(jù)庫(kù)、安全預(yù)警信息、職能管理滴灌控制等信息化組件功能。利用信息化管理，實(shí)現(xiàn)整個(gè)農(nóng)田管理過程自動(dòng)化程度、精準(zhǔn)化程度的提升，從而提高整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的效率和產(chǎn)值。系統(tǒng)框圖如圖2所示。

甘蔗種植精細(xì)化管理采用了土壤濕度傳感器、光照傳感器、土壤鹽分傳感器、土壤PH傳感器等獲取數(shù)據(jù)[4]，并將獲取的數(shù)據(jù)上傳至大數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，再使用大數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)對(duì)甘蔗種植生產(chǎn)管理進(jìn)行輔助分析，對(duì)土壤水分和天氣情況的分析實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉，根據(jù)土壤養(yǎng)分監(jiān)測(cè)情況按需施肥，對(duì)甘蔗生長(zhǎng)情況抽樣采集以及根據(jù)航拍的蔗苗密度對(duì)蔗苗進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)苗。并統(tǒng)計(jì)匯總灌溉數(shù)據(jù)量、總的施肥量、無(wú)人機(jī)航拍的圖像信息以及補(bǔ)苗的數(shù)量等數(shù)據(jù)上傳至大數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)甘蔗種植情況。甘蔗種植精細(xì)化管理示意圖如圖3所示。

甘蔗種植進(jìn)程精細(xì)化管理系統(tǒng)具體分為以下幾個(gè)部分：

（1）甘蔗精細(xì)化管理的業(yè)務(wù)范圍主要包括空氣溫度、濕度，土壤溫度、濕度、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、二氧化碳、紫外線強(qiáng)度、降雨量、蒸發(fā)量、地球磁場(chǎng)強(qiáng)度等參數(shù)數(shù)據(jù)的采集，實(shí)現(xiàn)相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)在GIS地圖上的實(shí)時(shí)顯示。

（2）提供歷史數(shù)據(jù)查詢、專家數(shù)據(jù)庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)甘蔗種植數(shù)據(jù)庫(kù)、甘蔗種植成本統(tǒng)計(jì)、甘蔗種植數(shù)據(jù)分析等功能。

（3）發(fā)布甘蔗災(zāi)害預(yù)警信息。主要包括災(zāi)害種類、預(yù)警區(qū)域、預(yù)警期起止時(shí)間、可能影響范圍、警示事項(xiàng)、采取應(yīng)急措施等，及時(shí)對(duì)可能發(fā)生的甘蔗災(zāi)害做出分析預(yù)測(cè)，發(fā)布預(yù)警信息并進(jìn)行應(yīng)急響應(yīng)。

（4）滴灌自動(dòng)智能控制。根據(jù)甘蔗精細(xì)種植及甘蔗作物生長(zhǎng)需求提供分時(shí)段、分地域、分地段水肥藥智能滴灌控制，實(shí)現(xiàn)滴灌的遠(yuǎn)程智能控制，具備水肥藥智能調(diào)配、智能滴灌控制、智能滴灌數(shù)據(jù)處理、滴灌設(shè)備管理等功能，使滴灌過程中水的利用率達(dá)到95%。

（5）甘蔗智能施肥。根據(jù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分析土壤匯總的數(shù)據(jù)，即土壤中的各種養(yǎng)分含量，有針對(duì)性的選擇肥料，變量控制施肥。

3 甘蔗種植智能化管理大數(shù)據(jù)平臺(tái)

甘蔗種植智能化管理大數(shù)據(jù)平臺(tái)不僅可以按照不同地區(qū)顯示不同類別數(shù)據(jù)的功能之外，而且還可以利用平臺(tái)收集的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，主要包括蔗田數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、農(nóng)機(jī)數(shù)據(jù)、甘蔗產(chǎn)量數(shù)據(jù)、化肥數(shù)據(jù)和病蟲害數(shù)據(jù)等，以餅狀圖、柱狀圖、折線圖、數(shù)據(jù)地圖等形式展現(xiàn)在網(wǎng)站動(dòng)態(tài)頁(yè)面上。同時(shí)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送到移動(dòng)APPA、微信等終端平臺(tái)。

3.1 大數(shù)據(jù)平臺(tái)主頁(yè)面

根據(jù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)原則實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的主頁(yè)面，主頁(yè)面導(dǎo)航欄中包括網(wǎng)站首頁(yè)、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)挖掘、登錄注冊(cè)五個(gè)導(dǎo)航功能，導(dǎo)航可以向平臺(tái)做出指令并得到反饋信息。

3.2 平臺(tái)數(shù)據(jù)查詢頁(yè)面實(shí)現(xiàn)

平臺(tái)數(shù)據(jù)查詢頁(yè)面主要包括甘蔗種植面積、災(zāi)害預(yù)警、甘蔗生長(zhǎng)狀況、砍運(yùn)調(diào)度等幾個(gè)重要數(shù)據(jù)列表。對(duì)于這些數(shù)據(jù)，用戶可以進(jìn)行自由下載，下載量則有相應(yīng)控制范圍，超出范圍需要用自己的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換，才能獲得更多數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

本論文通過北斗定位終端、傳感器、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)設(shè)備及服務(wù)器等設(shè)備完成數(shù)據(jù)采集，綜合北斗高精度定位技術(shù)、多種類型傳感器、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、遙感技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)甘蔗種植數(shù)據(jù)的挖掘、計(jì)算和分析，分析處理后將數(shù)據(jù)反饋回到數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)通過信息可視化技術(shù)展現(xiàn)在平臺(tái)的HTML頁(yè)面上。最終實(shí)現(xiàn)對(duì)甘蔗種植的智能化管理，減少人工成本，提供甘蔗產(chǎn)量。

【參考文獻(xiàn)】

[1]謝慧.基于北斗的糖業(yè)砍運(yùn)一體化管理系統(tǒng)研究[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2017（08）：19-21.

[2]張銳敏.基于GIS技術(shù)的北斗衛(wèi)星定位/導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].河北科技大學(xué)，2015.

[3]彭秋連，張躍彬，楊華，等.基于GIS的甘蔗生產(chǎn)信息管理平臺(tái)的研究[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2016（11）：47-49.

[4]閆煥娜.土壤濕度傳感器的智能化研究[D].河北工業(yè)大學(xué)，2014.