基于北斗高分應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)字農(nóng)業(yè)建設(shè)

張 銳

(山西省信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

國(guó)家對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航、高分遙感產(chǎn)業(yè)高度重視，發(fā)布多項(xiàng)政策引導(dǎo)，推動(dòng)北斗高分的快速發(fā)展。在《國(guó)家衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》政策的推動(dòng)下，北斗產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，衛(wèi)星導(dǎo)航市場(chǎng)規(guī)模逐步擴(kuò)大。衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)是國(guó)家的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，具有科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、增長(zhǎng)速度快、輻射帶動(dòng)廣、資源高效利用的特點(diǎn)。

我國(guó)土地肥沃，集中連片，農(nóng)機(jī)保有量高，機(jī)械化程度高，具有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)良好的自然資源及條件。但是農(nóng)業(yè)機(jī)械分布分散，個(gè)體農(nóng)戶無法快速獲取代耕、代作服務(wù)，農(nóng)機(jī)車主無法高效利用農(nóng)業(yè)機(jī)械資源，兩者之間存在信息不對(duì)稱問題，間接影響了雙方利益，同時(shí)要對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)情況進(jìn)行持續(xù)和階段性的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括災(zāi)害監(jiān)測(cè)(旱災(zāi)、澇災(zāi)、蟲災(zāi)、雹災(zāi))、作物長(zhǎng)勢(shì)、作物產(chǎn)量等，以便進(jìn)行農(nóng)作物災(zāi)害防治及災(zāi)害受災(zāi)評(píng)估，保證糧食產(chǎn)量。

基于上述分析需要建立農(nóng)機(jī)社會(huì)化服務(wù)平臺(tái)，通過“終端+平臺(tái)+服務(wù)”的方式對(duì)接農(nóng)事服務(wù)方和廣大農(nóng)戶的作業(yè)需求，打通供需雙方信息屏障，實(shí)現(xiàn)農(nóng)事服務(wù)的供需匹配。同時(shí)，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)質(zhì)量進(jìn)行有效監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)代耕作業(yè)面積自動(dòng)量算，提供農(nóng)機(jī)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)決策依據(jù)，規(guī)范農(nóng)機(jī)社會(huì)化服務(wù)行為，保護(hù)廣大農(nóng)戶利益。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

針對(duì)我國(guó)數(shù)字農(nóng)業(yè)建設(shè)需求，結(jié)合各省市現(xiàn)狀及特點(diǎn)，選取山東省開展應(yīng)用示范，示范區(qū)具有耕地資源集中，農(nóng)機(jī)集中管理、農(nóng)機(jī)保有量高、農(nóng)業(yè)機(jī)械化率高等優(yōu)點(diǎn)，具備北斗終端及農(nóng)機(jī)信息化管理應(yīng)用示范的良好條件，充分發(fā)揮北斗和高分遙感資源及技術(shù)優(yōu)勢(shì)開展北斗衛(wèi)星應(yīng)用的示范，通過農(nóng)機(jī)智能化改造和高分遙感監(jiān)測(cè)，提升農(nóng)機(jī)利用率、作業(yè)效率及作業(yè)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)信息化，提高農(nóng)情監(jiān)測(cè)輔助決策支持，形成區(qū)域示范效果[1]。

通過在頂層與山東省相關(guān)企業(yè)共同進(jìn)行平臺(tái)的部署應(yīng)用和數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，全面服務(wù)于各區(qū)域農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)。在區(qū)域示范的基礎(chǔ)上進(jìn)行復(fù)制推廣，進(jìn)而提升山東省的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、作業(yè)的精細(xì)化水平，提升農(nóng)情輔助決策支持能力，帶動(dòng)農(nóng)機(jī)社會(huì)化服務(wù)業(yè)發(fā)展，形成數(shù)字農(nóng)業(yè)長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)服務(wù)新模式，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的綠色、生態(tài)、可持續(xù)發(fā)展[2-4]。示范區(qū)共計(jì)應(yīng)用示范北斗農(nóng)機(jī)終端6000余臺(tái)，其中包含北斗農(nóng)機(jī)定位終端5000臺(tái)，北斗農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛終端400臺(tái)，北斗變量噴藥農(nóng)機(jī)終端300臺(tái)，北斗手持智能終端300臺(tái)，可形成區(qū)域示范效果，構(gòu)建農(nóng)機(jī)大數(shù)據(jù)應(yīng)用。

數(shù)字農(nóng)業(yè)北斗高分應(yīng)用系統(tǒng)通過接入北斗高分綜合信息平臺(tái)的空間信息服務(wù)、高分遙感服務(wù)及平臺(tái)二次開發(fā)接口實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的研發(fā)和業(yè)務(wù)應(yīng)用的開展。數(shù)字農(nóng)業(yè)北斗高分應(yīng)用系統(tǒng)包含農(nóng)機(jī)管理及調(diào)度子系統(tǒng)、高分遙感農(nóng)情監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)和農(nóng)機(jī)社會(huì)化服務(wù)子系統(tǒng)[5]。

農(nóng)機(jī)管理及調(diào)度子系統(tǒng)面向的用戶為省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳建設(shè)的農(nóng)機(jī)管理系統(tǒng)以外的農(nóng)墾用戶及地方用戶，不與省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳建設(shè)的農(nóng)機(jī)管理系統(tǒng)沖突，而且農(nóng)機(jī)管理及調(diào)度子系統(tǒng)可開放數(shù)據(jù)接口，向省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳提供農(nóng)機(jī)共享數(shù)據(jù)，便于省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳形成涵蓋地方和農(nóng)墾的全方位的統(tǒng)籌監(jiān)管，圖1為系統(tǒng)組成圖。

圖1 農(nóng)機(jī)管理及調(diào)度子系統(tǒng)組成

農(nóng)機(jī)管理及調(diào)度子系統(tǒng)由農(nóng)機(jī)調(diào)度、農(nóng)機(jī)監(jiān)控、基礎(chǔ)信息管理和作業(yè)統(tǒng)計(jì)組成。其中農(nóng)機(jī)調(diào)度中的功能包括創(chuàng)建任務(wù)單、任務(wù)單管理和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)管理。

創(chuàng)建任務(wù)單：當(dāng)有作業(yè)任務(wù)時(shí)，根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)調(diào)度任務(wù)。包括根據(jù)需求選擇待作業(yè)農(nóng)田地塊，通過設(shè)置作業(yè)類型、作業(yè)時(shí)間、作業(yè)限制條件、選擇配套農(nóng)機(jī)和農(nóng)機(jī)具，給農(nóng)機(jī)手下發(fā)作業(yè)任務(wù)，并進(jìn)行任務(wù)單人工確認(rèn)，確認(rèn)后對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

任務(wù)單管理：可以通過任務(wù)單管理查詢當(dāng)前任務(wù)狀態(tài)，包括待作業(yè)任務(wù)單、正在作業(yè)任務(wù)單、完成作業(yè)任務(wù)單。同時(shí)，可以根據(jù)農(nóng)機(jī)手姓名、地塊信息、作業(yè)完成時(shí)間條件查詢歷史任務(wù)單。

質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)管理：不同農(nóng)機(jī)作業(yè)有不同的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，為保證農(nóng)機(jī)作業(yè)的規(guī)范性，可通過該功能建立每項(xiàng)作業(yè)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，通過系統(tǒng)將作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送給農(nóng)機(jī)手。

農(nóng)機(jī)監(jiān)控功能包括農(nóng)機(jī)位置監(jiān)控、農(nóng)機(jī)實(shí)時(shí)跟蹤、歷史軌跡回放和報(bào)警查詢。農(nóng)機(jī)位置監(jiān)控：各類北斗農(nóng)機(jī)終端接收北斗定位信息，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)定時(shí)上傳數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心能隨時(shí)掌握區(qū)域內(nèi)農(nóng)機(jī)的分布及狀態(tài)情況。農(nóng)機(jī)實(shí)時(shí)跟蹤：根據(jù)實(shí)際農(nóng)機(jī)監(jiān)管系統(tǒng)可通過選擇車輛、跟蹤時(shí)長(zhǎng)、數(shù)據(jù)回傳間隔來監(jiān)控已選擇農(nóng)機(jī)的實(shí)時(shí)情況。歷史軌跡回放：該功能提供了一種事后檢查監(jiān)督的手段，可查詢農(nóng)機(jī)已完成作業(yè)的歷史軌跡及其作業(yè)過程中的參數(shù)。報(bào)警查詢：根據(jù)農(nóng)機(jī)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定速度報(bào)警閾值，當(dāng)農(nóng)機(jī)作業(yè)速度超出設(shè)定范圍，將實(shí)時(shí)提示報(bào)警信息，同時(shí)可按農(nóng)機(jī)、地塊等方式進(jìn)行報(bào)警信息的查詢。

作業(yè)統(tǒng)計(jì)功能包含了作業(yè)面積統(tǒng)計(jì)、作業(yè)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)和報(bào)警結(jié)果統(tǒng)計(jì)。作業(yè)面積統(tǒng)計(jì)：提供按地塊、農(nóng)機(jī)等多種面積統(tǒng)計(jì)方式，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理人員足不出戶便可掌握農(nóng)機(jī)作業(yè)整體和局部情況。作業(yè)質(zhì)量統(tǒng)計(jì)：農(nóng)機(jī)作業(yè)完成后，按地塊、農(nóng)機(jī)等統(tǒng)計(jì)方式進(jìn)行作業(yè)質(zhì)量的分析，并給出統(tǒng)計(jì)結(jié)果。報(bào)警結(jié)果統(tǒng)計(jì)：所有報(bào)警結(jié)果將進(jìn)行統(tǒng)一的展示，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理者可按照?qǐng)?bào)警類型對(duì)作業(yè)農(nóng)機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的管理。

高分遙感農(nóng)情監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)利用高分遙感衛(wèi)星資源，高效地獲取到農(nóng)業(yè)大面積農(nóng)情信息，通過地面有線/無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸，由高分遙感農(nóng)情監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遙感數(shù)據(jù)的獲取、處理與分析，實(shí)現(xiàn)農(nóng)情遙感對(duì)農(nóng)業(yè)災(zāi)害分析、種植格局、農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)、農(nóng)作物產(chǎn)量預(yù)測(cè)等輔助決策的支持作用。實(shí)現(xiàn)根據(jù)病蟲害監(jiān)測(cè)結(jié)果與預(yù)測(cè)分析結(jié)果，利用北斗變量噴藥農(nóng)機(jī)終端實(shí)現(xiàn)按需定量農(nóng)藥噴灑，降低病蟲害影響，減少農(nóng)藥對(duì)土壤和生態(tài)環(huán)境的影響。同時(shí)，可通過基于北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的專用北斗手持智能終端進(jìn)行田間實(shí)地定標(biāo)操作，便于驗(yàn)證和優(yōu)化分析數(shù)據(jù)及分析結(jié)果。

農(nóng)機(jī)社會(huì)化服務(wù)子系統(tǒng)為廣大農(nóng)戶和車主、農(nóng)機(jī)手之間提供農(nóng)機(jī)資源共享服務(wù)平臺(tái)。農(nóng)機(jī)社會(huì)化服務(wù)子系統(tǒng)與農(nóng)機(jī)管理及調(diào)度子系統(tǒng)共用北斗農(nóng)機(jī)位置數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)農(nóng)業(yè)機(jī)械位置的實(shí)時(shí)顯示。有需求的用戶可在農(nóng)機(jī)社會(huì)化服務(wù)子系統(tǒng)發(fā)布作業(yè)需求；子系統(tǒng)還提供在線支付、在線溝通、信用評(píng)價(jià)等功能，為用戶提供便捷的支付、溝通渠道。同時(shí)，支持面積自動(dòng)量算，作業(yè)質(zhì)量評(píng)估等功能，提高農(nóng)機(jī)社會(huì)化服務(wù)的質(zhì)量，保障農(nóng)戶和車主、農(nóng)機(jī)手的切身利益。農(nóng)機(jī)社會(huì)化服務(wù)分系統(tǒng)同時(shí)支持WEB端和移動(dòng)端，更加便捷和實(shí)用。

2 效益分析

通過數(shù)字農(nóng)業(yè)北斗高分應(yīng)用系統(tǒng)，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精細(xì)化水平和信息化水平，有效解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中長(zhǎng)期存在的過量投入、管理粗放等問題，通過示范基地進(jìn)行北斗系列產(chǎn)品、信息化系統(tǒng)、產(chǎn)業(yè)和模式的推廣復(fù)制，提高農(nóng)業(yè)精細(xì)化水平，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的綠色、生態(tài)、可持續(xù)發(fā)展。通過系統(tǒng)的建設(shè)，幫助相關(guān)企業(yè)快速對(duì)接目標(biāo)用戶，通過北斗高精度定位產(chǎn)品的應(yīng)用，提高作業(yè)過程的透明度，規(guī)范行業(yè)發(fā)展。將傳統(tǒng)傳感器生產(chǎn)、機(jī)械加工制造和北斗技術(shù)相融合，快速推出北斗農(nóng)業(yè)用途的手持終端和農(nóng)機(jī)終端，為傳統(tǒng)終端生產(chǎn)企業(yè)、傳感器集成企業(yè)快速轉(zhuǎn)型提供條件。

3 總結(jié)

本文采用基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的農(nóng)機(jī)終端對(duì)現(xiàn)有農(nóng)機(jī)進(jìn)行智能化改造，滿足農(nóng)機(jī)信息化、數(shù)字化管理需求，提升農(nóng)機(jī)作業(yè)精細(xì)化程度，提高農(nóng)機(jī)社會(huì)化服務(wù)能力。采用高分遙感農(nóng)情監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行生長(zhǎng)過程空間動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，提高農(nóng)業(yè)病蟲害預(yù)測(cè)、災(zāi)害評(píng)估、長(zhǎng)勢(shì)分析、產(chǎn)量預(yù)測(cè)、種植格局分析水平，切實(shí)保證我國(guó)糧食安全。通過項(xiàng)目的實(shí)施，能夠有效解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中長(zhǎng)期存在的過量投入、管理粗放等問題，通過示范基地進(jìn)行產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)和模式的推廣復(fù)制，提高農(nóng)業(yè)精細(xì)化水平，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的綠色、生態(tài)、可持續(xù)發(fā)展。