農(nóng)業(yè)機(jī)械衛(wèi)星導(dǎo)航精準(zhǔn)管理研究

新疆博樂第五師九十團(tuán)農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心 王維民

在我國(guó)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人工體力勞動(dòng)是普遍做法，但是會(huì)造成效率低下、人工成本較高、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化程度較低、相關(guān)數(shù)據(jù)難以收集及勞動(dòng)成果難以量化等問題。因此，利用現(xiàn)代精準(zhǔn)管理操作的農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行作業(yè)是解決這一問題的有效手段。為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)管理，農(nóng)業(yè)機(jī)械需要導(dǎo)航系統(tǒng)的高度配合。近年來(lái)我國(guó)各地均采取了相關(guān)的政策扶持，提高了智能農(nóng)業(yè)機(jī)械在農(nóng)業(yè)作業(yè)中的利用程度，取得了顯著的效果，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的作業(yè)效率。但是，我們看到，機(jī)械化作業(yè)在實(shí)踐中也凸顯出一些問題，主要表現(xiàn)在：一是相關(guān)部門不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)獲取及匯總，相關(guān)工作的整體性和宏觀性管理缺乏保障；二是相關(guān)作業(yè)統(tǒng)計(jì)面積存在誤差，數(shù)據(jù)的真實(shí)性缺乏保障；三是機(jī)械作業(yè)的質(zhì)量無(wú)法保證，只能進(jìn)行抽查，這顯然并不科學(xué)。因此，本文旨在通過優(yōu)化導(dǎo)航管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的精準(zhǔn)化管理。

1 機(jī)械化作業(yè)精準(zhǔn)管理信息系統(tǒng)的技術(shù)支持

長(zhǎng)期以來(lái)，在我國(guó)農(nóng)機(jī)領(lǐng)域，一貫利用GPS 定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的定位、監(jiān)控以及調(diào)度工作，取得了一定的成效。但是，其中存在較大的隱患與弊端，國(guó)外的GPS定位系統(tǒng)在某種程度上限制了國(guó)內(nèi)一些行業(yè)的應(yīng)用?？上驳氖?，伴隨著我國(guó)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)投入使用，且逐步取代傳統(tǒng)的GPS 運(yùn)用到包括農(nóng)業(yè)在內(nèi)的許多行業(yè)中，“北斗”成為我國(guó)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機(jī)械自主化、智能化的必然選擇。

本文正是利用北斗導(dǎo)航技術(shù)，結(jié)合地信技術(shù)，重組與優(yōu)化農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)的管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械定位、數(shù)據(jù)采集及處理的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)管理，提升農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)的信息化程度。

2 機(jī)械化作業(yè)精準(zhǔn)管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

新疆維吾爾自治區(qū)是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大區(qū)，也是農(nóng)業(yè)機(jī)械大區(qū)。長(zhǎng)期以來(lái)，自治區(qū)政府職能部門及相關(guān)的涉農(nóng)科研院所一直致力于信息化、智能化農(nóng)機(jī)作業(yè)的研究與推廣工作。基于歷史經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為農(nóng)機(jī)作業(yè)流程主要由作業(yè)分配、調(diào)度、監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集、反饋等環(huán)節(jié)構(gòu)成。

2.2 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)精準(zhǔn)化管理系統(tǒng)由感應(yīng)、傳輸、服務(wù)、應(yīng)用這四大體系構(gòu)成。其中：感應(yīng)系統(tǒng)由農(nóng)機(jī)車載傳感器、北斗導(dǎo)航、攝影設(shè)備及車載信息收集終端設(shè)備構(gòu)成，目的是進(jìn)行精準(zhǔn)定位及獲取高清影像信息；傳輸系統(tǒng)借助移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)感應(yīng)獲取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸；服務(wù)系統(tǒng)借助于實(shí)時(shí)傳送的數(shù)據(jù)，運(yùn)用SOA、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等工具對(duì)技術(shù)進(jìn)行有效組合，規(guī)范操作設(shè)計(jì)；應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)資源面向涉農(nóng)的管理部門和農(nóng)業(yè)集體經(jīng)濟(jì)組織及農(nóng)機(jī)手共享，并提供相關(guān)服務(wù)。

2.3 農(nóng)機(jī)車載終端設(shè)計(jì)

2.3.1 高精度定位模塊

GGA 依次經(jīng)過GSNN、CPU、GPRS 的傳遞，借助定位地基，通過NTRIP 協(xié)議獲取差分?jǐn)?shù)據(jù)，再將其經(jīng)GNSS 解析，最后，將處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)GPRS 輸送到服務(wù)器。

2.3.2 高分辨率攝像設(shè)備

農(nóng)業(yè)機(jī)械車載高分辨率影像設(shè)備的硬件要求是具備防污、防水、抗震等必備功能。高清影像設(shè)備根據(jù)所搭載的農(nóng)機(jī)速度、農(nóng)機(jī)作業(yè)周期、農(nóng)機(jī)定位信息自動(dòng)選取拍攝時(shí)機(jī)，實(shí)現(xiàn)高清影像數(shù)據(jù)記錄的智能化。

3 機(jī)械化作業(yè)精準(zhǔn)管理信息系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

機(jī)械化作業(yè)精準(zhǔn)管理信息系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)由以下七大功能實(shí)現(xiàn)。

一是作業(yè)概覽。主要展示的是作業(yè)地塊與農(nóng)業(yè)機(jī)械的分布情況。

二是作業(yè)監(jiān)控。對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)的周圍環(huán)境、農(nóng)機(jī)動(dòng)態(tài)參數(shù)、作業(yè)過程進(jìn)行全程跟蹤監(jiān)管。

三是作業(yè)審核。對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)面積和作業(yè)效果進(jìn)行判斷，通過高清影像畫面進(jìn)行審核。

四是作業(yè)調(diào)度。此項(xiàng)功能分配農(nóng)機(jī)作業(yè)區(qū)域，并根據(jù)作業(yè)情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

五是信息維護(hù)。為涉農(nóng)單位及個(gè)人用戶提供信息查詢功能。

六是作業(yè)分析。對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)位置、進(jìn)度和完成質(zhì)量等情況進(jìn)行反饋，并繪制相關(guān)圖表，以供參考。

七是地塊統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)依據(jù)提供多種方式，從不同角度展示地塊分布情況，以供后臺(tái)參考。

4 關(guān)鍵技術(shù)分析

農(nóng)業(yè)機(jī)械由北斗進(jìn)行定位，但是定位信息量巨大，農(nóng)業(yè)機(jī)械行駛軌跡較為復(fù)雜，精準(zhǔn)識(shí)別地塊是核心問題。筆者采用地空區(qū)域聚類方法識(shí)別地塊信息。

4.1 農(nóng)機(jī)行駛軌跡

農(nóng)業(yè)機(jī)械的運(yùn)行軌跡依靠行車點(diǎn)X1、作業(yè)點(diǎn)X2 和停車點(diǎn)X3 進(jìn)行判斷。其中，實(shí)際的作業(yè)點(diǎn)為識(shí)別地塊提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。其中，對(duì)X1、X2、X3 三點(diǎn)坐標(biāo)之差的野值點(diǎn)予以排除；農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)行時(shí)速超過10 千米的點(diǎn)予以排除；對(duì)時(shí)速小于0.01 千米的給定閾值點(diǎn)予以排除。