北斗導(dǎo)航在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

周思妤 王偉華

摘要：近些年，北斗導(dǎo)航在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，對(duì)農(nóng)業(yè)的進(jìn)步和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變有著極大的推動(dòng)作用。本文對(duì)北斗導(dǎo)航在農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛，精確播種，變量施肥噴藥，農(nóng)業(yè)信息監(jiān)測幾個(gè)方面上應(yīng)用的現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹。同時(shí)本文對(duì)北斗系統(tǒng)與多傳感器的融合技術(shù)，北斗大數(shù)據(jù)云平臺(tái)技術(shù)做出了展望。

關(guān)鍵詞：北斗;農(nóng)業(yè);自動(dòng)駕駛;信息檢測;云平臺(tái)

2020年7月，北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）組網(wǎng)完成，標(biāo)志著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航正式進(jìn)入全球化服務(wù)行列。北斗系統(tǒng)可全天候全天時(shí)的提供精密授時(shí)、定位以及短報(bào)文通信服務(wù)，目前已成功應(yīng)用于多種領(lǐng)域[1]。我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)安定的基礎(chǔ)，而近年來隨著工業(yè)化進(jìn)程的快速發(fā)展和人口老齡化問題的加劇，技術(shù)密集型農(nóng)業(yè)日益成為研究的熱點(diǎn)。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用廣泛，本文將著重從以下幾個(gè)方面來介紹。

1.北斗導(dǎo)航在農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛的應(yīng)用

北斗導(dǎo)航農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于播種、除草、耕地、鋪膜、植保等農(nóng)田重復(fù)性工作。

張葉茂[2]依托福田雷沃M1000-D拖拉機(jī)，運(yùn)用自適應(yīng)模糊控制策略對(duì)農(nóng)機(jī)路徑導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航控制系統(tǒng)運(yùn)用模糊控制算法策略能夠快速地跟蹤預(yù)設(shè)路徑。熊斌等[3]設(shè)計(jì)了一種基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的施藥機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)針對(duì)果園地形特點(diǎn)將施藥機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和純追蹤模型相結(jié)合，對(duì)導(dǎo)航路徑規(guī)劃進(jìn)行了優(yōu)化。

2.北斗導(dǎo)航在播種中的應(yīng)用

提高播種精度，控制播種深度與間距，是北斗導(dǎo)航與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)結(jié)合的重要領(lǐng)域[4]。

張愛民等設(shè)計(jì)了一種折疊式采棉精量播種機(jī)，利用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)使排肥速度與行進(jìn)速度一致，保證了出苗率。丁幼春等使用高精度北斗定位模塊與電子羅盤進(jìn)行導(dǎo)航，運(yùn)用免疫PID控制算法，設(shè)計(jì)了一種履帶式油菜播種機(jī)的導(dǎo)航控制器。其系統(tǒng)組成如圖1所示。其定位圓概率精度可達(dá)2 cm。

3.北斗導(dǎo)航在變量施肥噴藥中的應(yīng)用

根據(jù)農(nóng)作物生長的區(qū)域差異性進(jìn)行變量施肥噴藥，不僅可以節(jié)省物料成本，而且有益于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

張明宇等研究了一種基于ARM反饋的變量噴藥控制系統(tǒng)。系統(tǒng)使用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)測量車速，噴藥時(shí)噴嘴的流量和壓力等信息通過CAN總線傳輸至控制器，以脈沖寬度調(diào)制的控制方式調(diào)節(jié)比例電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開閉量，實(shí)現(xiàn)了噴藥量根據(jù)作業(yè)行駛速度的自動(dòng)跟蹤變化。郁云等研究了一種基于北斗導(dǎo)航和多媒體圖像處理的智能施肥機(jī)測量系統(tǒng)，同時(shí)在其基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了測量作物覆蓋率的系統(tǒng)，并且進(jìn)行了試驗(yàn)。

4.北斗導(dǎo)航在農(nóng)業(yè)信息監(jiān)測中的應(yīng)用

農(nóng)田信息是開展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的重要支持，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用與推廣可以加速實(shí)現(xiàn)信息監(jiān)測的數(shù)字化。

于泓博]等研發(fā)了基于北斗的農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由Zig Bee協(xié)議節(jié)點(diǎn)使用簇狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行組合形成網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)搭配農(nóng)田土壤的濕度、空氣的溫度以及空氣質(zhì)量PM2.5等各類傳感器進(jìn)行信息監(jiān)測與采集，監(jiān)測數(shù)據(jù)與北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的定位信息組合后，再通過嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行處理和顯示，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)田環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

鄭一力等設(shè)計(jì)了可對(duì)無手機(jī)信號(hào)的林區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的信息系統(tǒng)?？蓪?shí)現(xiàn)林區(qū)土壤、光照、大氣和植物等多種信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測，數(shù)據(jù)經(jīng)過匯總以后還可進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析。

5.結(jié)論與展望

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用極大的促進(jìn)了農(nóng)業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，但是，要實(shí)現(xiàn)無人化、智能化農(nóng)業(yè)，還有很長的路要走，未來需要從以下兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)突破。

（1）農(nóng)業(yè)裝備智能感知技術(shù)與北斗定位相結(jié)合：機(jī)器視覺與北斗定位相結(jié)合，可提高定位的可靠性和準(zhǔn)確度，可用于農(nóng)用機(jī)械的高精度定位、農(nóng)作物的產(chǎn)量預(yù)測以及農(nóng)業(yè)病蟲害的診斷等方面;遙感技術(shù)、光譜技術(shù)與北斗定位相結(jié)合可以為土壤類型、土壤肥力特性、水分、作物生長發(fā)育狀況、病蟲草害及農(nóng)作物產(chǎn)量等田間信息采樣和決策方案的田間實(shí)施提供準(zhǔn)確的空間位置信息。

（2）建立與機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合的北斗云平臺(tái)：在北斗導(dǎo)航定位的輔助下，在各種類的農(nóng)機(jī)作業(yè)中加入機(jī)器學(xué)習(xí)模塊，積累作業(yè)數(shù)據(jù)并傳入云平臺(tái)，通過整理分析得出最佳的作業(yè)條件與參數(shù)，再將得出的這些參數(shù)反過來應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，從而實(shí)現(xiàn)耕、播、管、運(yùn)、收、貯等一系列作業(yè)的自動(dòng)的參數(shù)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)高水平智能化、無人化農(nóng)業(yè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]Yang Y，Xu Y，Li J.Progress and performance evaluation of BeiDou global navigation satellite system：Data analysis based on BDS-3 demonstration system[J].SCIENCE CHINA Earth Sciences，2018，61（5）：614-624.

[2]張葉茂.基于模糊控制的農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航控制系統(tǒng)研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，第45卷（17）：241-245.

[3]熊斌，張俊雄，曲峰，等.基于BDS的果園施藥機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航控制系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2017，48（2）：45-50.

[4]王浩，郝鳳琦，董振振，等.基于北斗定位的小麥播種機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)化[J].農(nóng)機(jī)化研究，2019，41（10）：31-34，39.