北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)在農(nóng)機(jī)上的應(yīng)用

?

北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)在農(nóng)機(jī)上的應(yīng)用

北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)已成為大勢(shì)所趨。本文介紹了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展情況及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、精細(xì)農(nóng)業(yè)的應(yīng)用情況，對(duì)國(guó)內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用做了展望。

1　北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1衛(wèi)星定位原理和差分原理、北斗定位關(guān)鍵技術(shù)

1.1.1衛(wèi)星定位（GNSS）原理就是利用4顆衛(wèi)星測(cè)時(shí)與測(cè)距進(jìn)行定位。用戶(hù)利用手中的GNSS接收機(jī)接收衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行解算而得到定位結(jié)果。定位誤差在10 m內(nèi)。在這一定位過(guò)程中，有三部分誤差，與衛(wèi)星有關(guān)的誤差、與傳播途徑有關(guān)的誤差、與接收設(shè)備有關(guān)的誤差。利用差分技術(shù)，可以完全消除第一類(lèi)誤差和大部分第二類(lèi)誤差。

1.1.2差分原理（DGNSS）將一臺(tái)GNSS接收機(jī)安置在基準(zhǔn)站上進(jìn)行觀測(cè)。根據(jù)基準(zhǔn)站已知精密坐標(biāo)，計(jì)算出基準(zhǔn)站到衛(wèi)星的距離改正數(shù)，并由基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)將這一數(shù)據(jù)發(fā)送出去。用戶(hù)接收機(jī)在進(jìn)行GNSS觀測(cè)的同時(shí)，也接收到基準(zhǔn)站發(fā)出的改正數(shù)，并對(duì)其定位結(jié)果進(jìn)行改正，從而提高定位精度。定位誤差在2.5 m以?xún)?nèi)。利用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制（RTK）技術(shù)可以將誤差降到1cm以?xún)?nèi)。

1.2北斗農(nóng)用差分增強(qiáng)技術(shù)與基礎(chǔ)設(shè)施、北斗農(nóng)機(jī)導(dǎo)航定位終端分類(lèi)與實(shí)例、北斗農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛導(dǎo)航技術(shù)與應(yīng)用等

1.2.1北斗導(dǎo)航定位精度10 m，測(cè)速精度10 ns，免費(fèi)開(kāi)放服務(wù)。應(yīng)用技術(shù)成熟，可以為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化提供技術(shù)支撐?，F(xiàn)階段衛(wèi)星定位應(yīng)用高精度主要技術(shù)是差分系統(tǒng)，分兩種星基差分，地基差分系統(tǒng)。地基差分分為單基站（RTK、DGNSS），多基站（網(wǎng)絡(luò)RTK、CORS），星基差分（SBAS：WAAS、MAAS），從國(guó)外應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)美國(guó)農(nóng)民以WAAS和CORS自建為主，國(guó)內(nèi)從單基準(zhǔn)站為主。WAAS精度40 cm免費(fèi)國(guó)內(nèi)信號(hào)不能用誤差太大，個(gè)人RTK：精度2 cm自費(fèi)，偽距差分（DGNSS、DGPS）亞米級(jí)距離100 km以?xún)?nèi)付費(fèi)距離15 km以?xún)?nèi)，北斗系統(tǒng)沒(méi)有星基差分，目前主要應(yīng)用于農(nóng)機(jī)導(dǎo)航作業(yè)。

1.2.2北斗農(nóng)機(jī)定位終端，應(yīng)用于農(nóng)機(jī)結(jié)合桌面地理信息系統(tǒng)（GIS）、導(dǎo)航、定位、農(nóng)機(jī)投入、土壤采樣管理、作物偵測(cè)、產(chǎn)量影響分析等，可以與田間數(shù)據(jù)采集辦公室軟件同步。

1.2.3AgLeader天寶互聯(lián)農(nóng)場(chǎng)管理系統(tǒng)，由此可見(jiàn)，定位導(dǎo)航技術(shù)與農(nóng)場(chǎng)GIS系統(tǒng)和現(xiàn)代化管理已經(jīng)在國(guó)外成為一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本業(yè)態(tài)。

1.2.4農(nóng)用拖拉機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)安裝分前裝和后裝兩種，前裝即在拖拉機(jī)出廠前裝好導(dǎo)航系統(tǒng)，后裝即拖拉機(jī)在出廠后再安裝導(dǎo)航系統(tǒng)，目前我國(guó)拖拉機(jī)以后裝為主。

1.3國(guó)外導(dǎo)航設(shè)備在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用情況。2012～2013年我國(guó)黑龍江墾區(qū)農(nóng)機(jī)推廣產(chǎn)品目錄中，GPS自動(dòng)導(dǎo)航和駕駛系統(tǒng)全部是國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品，包括美國(guó)大寶（Trimble）公司、日木拓普康（Topcon）公司、加拿大半球（Heimisphere）公司、瑞士徠卡（Leica）等，而且產(chǎn)品價(jià)格昂貴，產(chǎn)品報(bào)價(jià)在每臺(tái)（套）15萬(wàn)～20萬(wàn)元，農(nóng)墾系統(tǒng)的批量采購(gòu)指導(dǎo)價(jià)也達(dá)11.4萬(wàn)元。在配套應(yīng)用上，上述公司大部分與進(jìn)口大馬力拖拉機(jī)配合使用，2012年年銷(xiāo)量1 500多臺(tái)，產(chǎn)值超過(guò)1.5億元，其中大寶公司800多臺(tái)、拓普康公司200多臺(tái)、半球公司150多臺(tái)，位居前三位。而國(guó)產(chǎn)大馬力拖拉機(jī)、播種機(jī)、收割機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械在黑龍江每年2萬(wàn)臺(tái)的市場(chǎng)卻無(wú)人問(wèn)津。自主研制高精度自動(dòng)導(dǎo)航和駕駛系統(tǒng)產(chǎn)品迫在眉睫。

2　國(guó)內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用展望

2.1以導(dǎo)航（GNSS）、遙感（RS）、地理信息（GIS）為核心的3S技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)由宏觀農(nóng)業(yè)研究發(fā)展到精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究階段。國(guó)外成熟經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，但是鑒于中國(guó)的實(shí)際國(guó)情，我們可以吸收再創(chuàng)新發(fā)展適合本地區(qū)的應(yīng)用技術(shù)。

2.2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概念的核心是定位+通訊。這兩種技術(shù)都已發(fā)展成熟，適用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。關(guān)鍵問(wèn)題是集成在一塊電路板或芯片上，方便設(shè)計(jì)農(nóng)業(yè)專(zhuān)用設(shè)備的研發(fā)。

2.3農(nóng)機(jī)或土壤檢測(cè)的定位數(shù)據(jù)與其他屬性數(shù)據(jù)組合技術(shù)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用基礎(chǔ)。

2.4河北省農(nóng)業(yè)正經(jīng)歷由分散趨于集中過(guò)程，在這一過(guò)程中應(yīng)用3S技術(shù)實(shí)施從規(guī)劃到實(shí)踐的一體化解決方案是農(nóng)業(yè)技術(shù)現(xiàn)代化的一種正在經(jīng)歷的歷史階段，應(yīng)用3S技術(shù)“量身定做”規(guī)劃圖，應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)實(shí)施的農(nóng)藝方案，應(yīng)用農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)的收益評(píng)估，是適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)需要的一種設(shè)想。

050051河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息與經(jīng)濟(jì)研究所王新棟