北斗卫星导航系统在农业领域上的发展现状分析

郑 巍，黄盛杰，陈 智

（江苏省农业机械试验鉴定站，江苏 南京 210017）

1 北斗卫星导航系统简介

北斗卫星导航系统（BDS）是由中国独立建造和运营的卫星导航系统，着眼于国家安全以及经济和社会发展需要，意在为全球用户提供全天候、全天时、高精度定位、导航和授时服务的重要国家空间基础设施。

上个世纪末，我国开始了探索适合本国国情卫星导航系统的发展道路，并逐步形成了三步走的发展战略：到2000年底，北斗一号系统建成，能为国内提供服务；到2012年底，北斗二号系统建成，能为亚太地区提供服务；在2020年前，建立北斗全球体系，为全球提供服务。在2035年前，建立和完善更普及、更集成、更智能的集成时空系统。

随着北斗系统建设和服务能力的发展，相关产品已广泛应用于交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报、测绘地理信息、森林防火、通信时统、电力调度、救灾减灾、应急搜救等领域，逐步渗透到人类社会生产和人们生活的方方面面，为全球经济和社会发展注入新的活力。

2 BDS 系统在农业方面的应用

2.1 应用于土壤环境勘察

农作物种植前需要对农田种植环境进行检测，对土壤环境进行技术勘察，并且根据相关技术参数做好农作物种植方案的选择。以往人工方式的勘察活动，结果准确率得不到保障。基于BDS 系统的应用，准确获取采样位置信息，将化验后的土壤肥力信息与位置信息结合，获得土壤肥力分布图，实现对拟种植土地土壤环境的检测与分析，收集土壤中水分、营养物质以及化学结构信息，为农作物选择与种植提供数据保障。

2.2 应用于作物成长监控

农业生产中，农作物成长周期较长，其生长情况受到天气条件、土壤、水源以及施肥量等多种因素影响。在此过程中，针对农作物进行必要监控，强化种植过程管理工作，具有重要意义和价值。然而，传统工作模式下，人工监测方式存在管理不足、监视工作效率低等问题。而BDS 系统的应用，可利用卫星定位技术发现目标农作物，期间利用传感器装置传递农作物生长、病虫害信息。提升对农作物成长环境的技术监控，并对生产管理决策提供技术支撑。

2.3 应用于无人驾驶拖拉机

借助远程操控系统可以对农业机械远程控制，进行现场无人驾驶操作。其基本工作原理是利用BDS 的定位技术和安装在拖拉机上的摄像机实时收集相关数据，以便控制中心的技术人员可以实时掌握情况，然后进行对应的操作。通过安装在车辆上的BDS，可以将农田划分为数据网格以严格按照既定程序进行精确耕种，以实现无人操作的数字精确作业[1]。这种农机的应用大大提高了耕作效率，减少了劳动者的工作量。同时，可以高质量的保证耕种质量。此种农机还可以选择在夜间工作，同时减少能源消耗和肥料使用量。

2.4 应用于农业航空上

BDS 还可以应用于农业航空上，基本原理是根据不同区域的差异，施用恰到好处的农药和化肥。当农用飞机到达指定作业区域时，BDS 系统会对该作业区域的基本信息做分析并传递到控制中心，然后做精准定位和自动导航，按照BDS 系统发出的作业命令，对指定区域喷洒药物。BDS 技术和农业航空的深度融合极大的促进了国内农业机械领域的快速发展。这一技术一方面可以节省劳动力，缩减劳动时间，另一方面不浪费农药和化肥，大大降低了农业生产成本。

2.5 应用于收割机与播种机

发达国家已经很早的使用GPS 技术于农业机械之中，在国外已经具有成熟的GPS 技术应用于收割机和播种机。目前国内BDS 技术的发展水平还处于起步阶段，距离国际发展水平还有一定差距。其技术原理是在相关传感器配合下使用BDS 技术把农田数字化处理并进行农田分区。通过数据中心的计算得到整个农田的农作物产量和其他相关数据，以获得产量分布图。然后利用以上分析结果自动获得机械的相关参数，如收割速度、脱粒进料量等，从而制定出最佳的收割计划，实现收割质量和效率的优化。以上过程可以通过计算机技术开发相应软件做到智能控制。在具体使用中，采用按需分配的基本依据，并配置合理的机械设备，确保耕地科学合理地运行。同时，对于有间距要求的秧苗移栽播种和标准化种植，精度可以达到厘米水平，能够达到很好的播种效果，均匀性、播种深度都很好[2]，从而提高农作物对阳光的利用效率，获得最科学的种植技术。

2.6 应用于农机管理

传统农机作业监控工作效率较低，对于现代化技术的应用能力不够，农田作业机械化发展水平将受到限制，并且以往农机作业监控技术集约化程度也不够。基于BDS 系统的应用，有利于农田作业监控能力提升。技术应用中，如农业机械导航感知单元，安装在农业机械上的摄像头、耕深传感器等，可实现对农田现场作业质量监控，通过后台算法可实现对农业机械作业面积的统计与计算。例如，可以全面掌握每台机器的具体位置及其当前的工作状况，并且可以通过计算机分析和汇总有关整个机器使用的相关数据，获得机器在作业区域的工作距离和工作时间后根据油耗和机械损耗的程度在合适的位置布置加油站和养护站。这样，既可以保证机械作业的可靠性，技术人员也可以知道故障农业机械的位置。此外，配备BDS 系统的农机还可以在实现自身的安全保护，例如自动报警功能和车锁功能，其原理与普通车辆相同，控制中心可以设置行驶速度警报值。一旦机械行驶超速，超速信息会立即传递到控制中心，控制中心可以及时调整农机距离[3]。当这一技术应用于飞机上时，可以控制飞机和作物之间以及飞机与飞机之间的安全飞行间距。通过这种技术的数字化控制，可以对飞机的每一个动作进行标准化定位，实现速度的控制与安全性的控制。甚至在大雾天气情况下，可以实现自动盲降，极大地提高飞行的安全和作业质量。

3 BDS 系统应用存在的问题

尽管BDS 系统在农业机械领域的应用具有许多优势，例如精确定位、导航、实时数据统计以及作业质量与产量的实时监测，但是由于受许多现实情况的限制，卫星定位技术在中国农业机械发展上仍然有很多问题[4]。

3.1 地区差异大

我国的耕地面积较大，不同地区的农业用地存在的地形地貌也有着很大的差异，除了北方平原地区的农业耕地大面积相连接以外，剩余地区由于地形不平、地块面积小等问题，并不适合大规模农机作业，同时受到土壤、气候、海拔等因素的影响，许多农机不能使用。这些原因导致农业机械自动化程度、种类、型号等方面存在很大差别，不利于BDS 系统的广泛普及。

3.2 技术难度高、人才少

卫星定位技术属于高新技术，所涉及的知识面非常广泛，所依托的技术层面和科学类别也很多，因此单独应用于农业机械的卫星定位技术的研发存在着较多的问题，由于现阶段对农机卫星的重视度不够高、研发经费非常有限、相关科研团队和从业人员比较少、农机卫星行业利润低等因素，都大大限制了农机卫星定位技术的发展。

3.3 安装、使用费用高

尽管我国的BDS 系统已经研发成功，并且已经基本完成全球布网，但目前的应用范围还是相对较小，在农业机械上的使用刚刚开始。并且卫星定位系统的安装和使用成本高，许多农场和农村家庭负担不起这一费用，这在一定程度上限制了BDS 技术的推广。

3.4 农民使用有一定困难

BDS 系统涉及物联网技术、传感器技术、计算机技术，必须要经过专业的培训才能操作和使用。农民要学习和使用BDS 系统具有一定的难度，对于系统出现问题的处理能力较弱，而专门BDS 技术服务的专业人员较少，服务水平参差不齐。

3.5 卫星定位产品参差不齐

目前，我国市场上用于农机的卫星定位产品存在功能不完善、品种单一、质量不足等问题，国内相关产品生产公司不注重技术自主研发，一味地仿造国外先进产品，在技术先进程度、开发能力上有很大不足。

4 BDS 系统发展趋势

中国是农业生产大国，随着农业机械化的快速发展，卫星定位技术对农业机械化的重要性愈发凸显，在一定程度上影响着农业机械化的未来发展方向。利用卫星定位技术对农机进行导航定位已经可以在一定程度上提高农机的工作效率和运行质量，还可以减轻农机驾驶员的工作强度，但DBS 系统的发展和应用是非常广泛的，其实际的应用价值远远不止于此。

4.1 向具有高适应能力发展

相比于其他由于农业机械的恶劣工作环境，这要求导航系统具有较高的适应性，以应对不同情况下的农业机械操作，例如在卫星信号干扰的情况下，更先进的分析技术或视觉导航技术可确保农业机械可以在信号较弱的区域行驶。再例如，当农业机械在预定路线行驶中遇到意外情况时，需要调整行驶路线，或者需要改变行驶路线，要求导航系统及时设计新的工作路线以确保农业作业的可靠性。农机卫星定位传感器需要具有一定的适应性，可以应付噪声、气候、地理环境等因素的干扰，以适应农机工作的复杂环境，确保农机工作效率。

4.2 向更实用方向发展

卫星定位技术将更实际地指导农业机械的发展，近年来，也成功开发了用于蔬菜和水果的自动收割机器人。在BDS 定位和导航的控制下，农业机械正朝着无人驾驶和自动收割迈进。比如在平原地区大面积的连接田地，采用BDS 技术呈图，再利用相关处理技术配合标准化农业，得出农田的整体数据情况，知道农田土壤的相关生化指标（湿度、温度、化学成分、排水沟等），其技术在农业气象上也是可以很好运用的，比如监测、天气预警等，对指导农业生产有巨大的实际价值，比如可以在播种、收获、灌溉等易于实现农业机械自动化的作业环境中起到相当大的作用。

5 结 语

综上所述，在农业领域生产与管理中，需要加强北斗全球定位导航技术的应用，并且对传感技术以及现代化智能网络信息技术的应用发展趋势进行研究，为农业生产技术进步与发展贡献主要力量。同时，相关技术的应用，也促使了农业现代化、智能化发展，对提升生产效率、作业质量将产生重要影响。从而实现我国的农业生产大发展。让我国农业逐步迈向农业现代化、智能化，为将来的农业技术发展提供坚强的技术后盾。与此同时，在提高农机效率的时候还应该考虑在我国的普及程度，以及操作难度。在未来的农业发展中应该大力培养农业技术人才，建立与之配套的服务系统。