北斗高精度位置服务在精准农业中的应用

分类：论文范文 发表时间：2021-12-02 09:53

　　摘要:北斗卫星导航定位技术是精准农业的重要技术支撑。随着精准农业技术的不断发展，对定位精度的要求不断提高，基于北斗高精度位置服务的精准农业应用应运而生。本文针对国内精准农业发展的现状和需求，探索了北斗高精度位置服务在精准农业中的应用思路和方案。

　　关键词:北斗;高精度定位;精准农业

　　当前，北斗卫星导航系统已完成区域系统的组网建设，正式对外提供区域导航、定位和授时服务［1-3］。大力发展北斗卫星导航产业，国内多个省市建成北斗地基增强系统，能够对外提供北斗高精度位置服务，并陆续开展高精度位置服务在现代农业、自动驾驶、无人机等民用领域的应用［4-5］。随着北斗技术的不断发展成熟，市场上陆续推出拥有自主知识产权的北斗高精度产品，覆盖芯片、模块、智能终端到服务平台，能够支持北斗、GPS和GLONASS，为不同应用场景和终端提供高精度应用方案［6-8］。

　　1服务分析

　　北斗高精度位置服务在精准农业中的应用主要体现在高精度定位、农业专题数据、服务平台和系统集成等方面。

　　1．1定位服务

　　北斗地基增强系统作为精准农业应用辅助系统，提供不同精度类型的差分数据，实现米级至厘米级高精度定位。通过高精度定位，获取农机准确定位、服务站点位置等，应用于分析和调度决策。

　　1．2数据要求

　　近年来，全国范围内开展农村土地承包经营权确权登记颁证工作，以第二次全国土地调查成果为基础，着重查清地块的面积、四至和空间位置，建设农村土地承包经营权数据库，引导农村土地集约化经营。地块数据是农业专题地图重点突出内容，与影像图、其他来源的图件资料进行拼合，结合高精度导航地图，能够编制得到高精度农业专题地图，作为农机全自动化作业、智能生产的基础。

　　1．3服务平台

　　基于北斗地基增强系统能够搭建高精度位置服务平台，面向终端提供高精度位置服务，终端通过平台进行身份认证，能够减少设备误连，便于设备管理，提高作业效率;终端与平台连接获取精准实时位置，结合农业专业地图服务进行分析处理，实现精准测量、驾驶导航等应用。

　　1．4系统集成

　　农机服务组织规模越来越大，管理的人员、机具、作业地块越来越多，农机供需匹配不合理、调度方式粗放等问题日益突出，自动驾驶技术的缺乏造成农机无法进行夜间作业，往往错失最佳播种或收割时间，造成严重的损失。集成农机智能化调度系统、自动驾驶精细耕种系统等辅助业务系统，利用北斗高精度位置服务，实时、准确、直观地掌控农机手的作业进度、操作状态、作业面积等现状，并按照就近原则合理调配所需的农机具类型、数量，制定最佳作业方案，实现农机作业过程的优化配置。

　　2应用实践

　　2．1位置服务

　　北斗地基增强系统能够为农业应用提供北斗高精度位置服务。在小范围内，可以自己架设基站或建设基站网。固定基站适用于作业区域相对稳定不变的用户，基站在架设后可以连续24小时运行。移动基站适合经常跨区域作业的用户，可以架设在所作业的区域，通过电台或网络方式播发基站数据。多基站系统适合作业区域稳定、面积较大且自动驾驶车辆经常跨区作业的情况。目前，国内大部分省市都具备北斗地基增强系统，直接接入获取高精度位置数据可以明显减少架站成本。

　　2．2数据应用

　　2．2．1地块数据

　　地块数据主要包括田间地块划分、农田区块的高程信息、农田作物类型、农田所属权、农机保障点分布信息，为农机调度、精细耕种等提供数据支撑。地块数据编辑以影像图为底图(如图1所示)，首先通过目视解译方法，将区域内的基本地物要素矢量化，完成基础要素的转绘;其次判读区分出田埂和地块，选取高于一定宽度的田埂进行勾绘，再进行地块合并，依据田埂、道路和地块的其余边界划分一个地块单元，勾绘出其边界范围;最后进行影像镶嵌，减少地图的冗余度，简化图层，便于用户管理和图层控制。

　　2．2．2导航数据

　　导航数据主要指基础路网数据(如图2所示)，如农田间的路径、交叉口等，包含拓扑连接，用于路径导航规划，为农机自动驾驶、精准导航等提供数据支撑。导航数据制作是在影像道路矢量化的基础上，进一步构建道路要素图层网络数据集。

　　2．3终端应用

　　农机终端智能化信息化作业是精准农业应用重要部分(如图4所示)。高精度定位终端通过连接高精度位置服务平台，获取精确的位置信息给农机，再结合农业机械精准控制终端、显示控制终端，共同实现农机的自动驾驶和精细耕种等。农业机械精准控制终端包括控制器、角度传感器、液压阀。控制器是自动驾驶系统中机械控制的中枢部件，接收和处理液压阀和角度传感器采集反馈的数据，对液压阀发送控制指令，以达到农机自动驾驶的目的。角度传感器主要是接收农机前轮的转向信号，判断农机的前进反向，反馈到控制器，控制器根据实时的角度信息给液压阀发送控制指令。液压阀是具体控制农机机械部件运动的部件，液压阀通过接受控制器的指令，改变液压助力，推动相关的农机部件运动，以实现对农机的自动控制。

　　自动驾驶系统指示农机自动作业的终端即显示控制终端，该终端内置一个完整的操作系统，以农业专题地图作为应用底图，利用高精度定位数据，实现精确导航、测田测亩等，再预装自动驾驶控制软件，可以实现自动驾驶作业。

　　2．4系统建设

　　农机智能化调度系统能够用于各省市县级农机局对所辖农机的管理，实现农机实时监控、农机调度、农机供求等(如图5所示)。

　　自动驾驶精细耕种系统集卫星接收、定位控制于一体，生产过程中，农机根据自动驾驶系统设计好的路线行驶，农机生产者控制拖拉机的转向部件，驱动拖拉机进行农业生产作业，自动系统支持显示器显示和北斗基准站数据控制功能，可以实现农田信息的自动采集、作业路径的自动规划、作业行间距的精准控制、规划夜间作业以及自动驾驶。

　　3总结

　　北斗高精度位置服务结合高精度导航地图、农业专题地图，接入农机智能化调度系统、自动驾驶精细耕种系统等辅助业务系统，通过精准控制农机终端，实现精准测量、精确导航、自动驾驶、规划引导等作业，提高作业精度，符合农业集约化经营要求，对精准农业发展具有积极意义。

　　参考文献:

　　［1］卫星导航系统管理办公室．北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件(2．0版)［Ｒ］．北京:卫星导航系统管理办公室，2013．

　　［2］SUNFP，LIUS．ＲesearchandProgressofBeidouSatelliteNavigationSystem［J］．ScienceChina(InformationSciences)，2012，55(12):2899-2907．

　　［3］YANGQiangwen．BeiDouNavigationSatelliteSystemConstructionandApplication［J］．AerospaceChina，2013，14(1):10-14．

　　［4］温婷．北斗地基增强系统投入运行千寻位置建设全国“一张网”［N］．上海证券报，2016-05-20006．

　　王海涛1，2，张丹2

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