北斗導航系統在農業領域的應用分析

楊杰

摘 要：目前，北斗導航系統已廣泛應用于各個領域中，比如軍事、農業、海洋漁業、水利工程、道路交通管理和地質監測等，均獲得了較好的應用效果。對北斗導航系統進行了概述，并分析了北斗導航系統在我國農業領域中的應用、不足等。

關鍵詞：北斗導航系統；農業領域；應用研究；自然資源

中圖分類號：P228.4 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.13.102

科技的發展推動了技術的更新。農業生產對自然資源的依賴程度較高，隨著農業物聯網、配方施肥等多種現代化農業管理模式的出現以及農業生產可持續發展體系的構建，衛星導航在農業生產中的應用將越來越廣泛。在農業領域中應用導航，是指將自動化控制技術與通信、導航相結合，利用現代化的監測系統和機械設備進行農業田間管理，根據農業區域作物的生長情況和具體的環境條件因地制宜地開展對施藥、施肥、播種和收割等的管理工作，以實現降低產業投入，提升作物質量、產量和保護生態環境的目的，從而更好地促進農業的可持續發展。

1 北斗導航系統的概述和建設

北斗導航系統是由2個地球同步衛星、1顆備份衛星、校準系統、中控系統和用戶終端五部分組成，主要工作原理為：通過中樞系統向2個地球同步衛星傳送詢問訊號，通過衛星上的轉發器在服務區域內向用戶廣播，用戶會對兩顆衛星中的1顆發送信號，作為響應，并將相關信號傳回2個衛星，地球同步衛星將接收到的衛星信號轉發給中樞系統，通過中樞系統對相關數據信息的處理可完成用戶的定位服務工作。

北斗導航系統最先出現于1983年，該系統的典型特點是衛星數量較少、區域性定位、全天候服務，且用戶終端設備較為簡單。分析北斗一號衛星系統的測試結果可發現，北斗導航系統可通過地球同步衛星為用戶提供較為穩定、準確的定位服務，并可通過較簡短的報文形式實現授時服務和通信。在第二代北斗導航系統建設時期，先后發射了4顆北斗衛星，北斗衛星的發射完善了我國衛星導航系統，使定位更為準確、兼容性更強、抗干擾能力更強、定位區域更廣，并完成了對亞太地區的覆蓋，已基本可滿足我國經濟發展、國防等眾多領域的需要。根據我國衛星導航系統的建設規劃，預計到2020年前后，北斗導航系統將擁有約35顆衛星，最終實現對全球范圍的覆蓋。

2 北斗導航系統在我國農業領域中的應用

北斗導航系統是擁有我國自主知識產權的衛星導航系統。隨著二代導航系統的應用和普及，在我國周邊地區實現定位服務已成為可能。此外，北斗衛星為我國農業的發展提供了重要的技術支撐。

2.1 北斗導航系統在農業領域應用的優勢

北斗衛星導航系統在我國農業領域中的優勢主要體現在以下2點：①具有較強的信號覆蓋能力。北斗系統特有的星座分布使北斗衛星更多的在東經84°～160°的區域內分布。隨著二代北斗系統建設的逐漸深入，北斗系統在我國各區域定位服務中將進一步體現其優越性。北斗系統在復雜地形和環境條件下也能占有較多的可用信號，可提供較為穩定的定位服務，可更好地為農業發展提供連續、穩定的定位服務，以滿足其對導航系統的需求。②定位精度較高。采用三頻定位，定位精準度大大提高。

2.2 在農業領域應用的主要模式

我國農業領域應用北斗導航系統的時候，需與我國的農業發展趨勢、現狀進行有效結合。受耕地分布、人口密度、經濟水平等因素的影響，我國農業領域各種先進技術的普及程度較低、技術推廣率較低、基地性的大型農耕用地較少，因此，自動化農機應用范圍相對較小，主要的操作工具和操作手段仍為人工。北斗衛星在精準農業中的應用模式主要有2種：①輔助作業應用。其是在中大型農田中應用精度較高的接收機體制。②無人作業應用。其是在大型農田或特大型農田中應用的差分定位體制。

無人作業模式中的地面設備具有北斗地基差分站（站內有自動化農機和北斗差分接收機）。通常情況下，1臺移動差分接收機能接收并處理數千米內的信號，也能使定位的精度大大提升。接收機主要負責對土壤、作物的監測定位；控制中心主要負責分析處理接收到的信息，進而生成決策。北斗差分站負責接收來自空間的差分信號和導航信號，并根據信號準確定位。比如自動化農機接收到控制中心信號后，根據相關的定位數據按照預定的規劃軌跡行進并完成相關作業任務，也可根據作業區域對自身的作業強度進行適當調整，比如作物播種密度、噴淋速率和流量等情況，并通過地面通信系統將地位信息實時傳遞到控制中心。

輔助作業模式中不含地面差分站，該模式中使用的接收機為高精度接收機，主要包括通信線路和控制中心，也可采取提前規劃作業的方式。該應用在土壤、作物監測中的精準度相對較低，但仍可從一定程度上滿足信息分析的要求。當采取提前規劃作業方式時，其對農機的作業任務實時調控能力相對較差，但在實際的應用中仍有較好的效果。圖1和圖2為北斗系統應用在輔助作業模式和無人作業模式中的流程圖。

2.3 北斗導航設備與自動化農機的有效整合

RTK定位技術在農業領域中的應用為自動化農機的使用提供了可能。自動化農機主要包括自主作業、自主駕駛。自主作業是指農機能在指定區域內完成規定強度和種類的作業任務；自主駕駛是指農機能按照規定的運動軌跡自主進行速度控制和運行。在實際作業中，要想實現北斗導航設備與自動化農機的有效整合，就需要實現精準定位、自動駕駛、變量控制和有效通信等眾多環節。北斗導航系統可通過RTK接收機進行高精準度定位，可為農機的正常作業和運行提供重要的位置信息；可通過北斗RDSS通信進行管理中心與農機之間的信息交換；可通過RTK多天線技術獲得重要的測量數據，為農機設備的自動控制提供重要測量信息。

3 北斗導航系統中存在的不足

雖然北斗導航系統在我國的應用中獲得了較好的發展，具有明顯的技術優勢，但應用過程中仍存在一定的缺陷和不足，比如系統的推廣和使用受到某些因素的制約，在某些領域中尚未推廣使用。具體體現在終端設備的研發較為落后，嚴重滯后于導航系統的發展進程，原因為終端設備的芯片研制成本較高、難度較大，且研發起步較晚。目前，由于國家對系統應用和開發的激勵力度不足，導致應用領域較小、資源嚴重浪費。因此，需要不斷改進和完善，加大激勵力度，加快該系統在各領域中的應用。

4 結束語

北斗衛星導航系統的實際應用大大提升了我國信息化建設的水平，其在農業領域中的應用實現了自動化農田管理工作，開啟了農業生產的新模式。農業領域中應用北斗系統能合理控制對作物的播種、施肥、灌溉、收割等工作，有效減少了人力支出，更好地提高了農業生產的效率。隨著北斗導航系統建設的不斷完善，系統的功能和性能也在不斷完善和提升，該系統在各個領域中的應用也加快了北斗導航系統的完善進程。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕

Abstract： At present， the Beidou navigation system has been widely used in various fields， such as military， agriculture， fishery， water conservancy project， road traffic management and geological monitoring， good results were obtained. The Beidou navigation system is summarized， and the application and shortage of Beidou navigation system in the field of agriculture in China are analyzed.

Key words： Beidou navigation system； agricultural field； application research； natural resources