北斗卫星导航系统在农业工程中的发展应用

      现阶段,北斗卫星导航系统(下文简称北斗系统)已开始在农业工程领域逐步得到运用。加速农业技术革新,促进作业机械化、技术集成化,推进农业现代化进程等已成为必然趋势。笔者针对北斗系统及其在农业机械中的应用、前景等展开论述。

1 北斗系统概述及运用现状

1.1 北斗系统的基本概述

北斗系统是由我国独立研发的全世界定位及通讯系统,它同俄罗斯的格洛纳斯、欧盟的伽利略系统以及美国的 GPS 系统并列成为世界四大导 航定位系统。其能够在世界范围内任何时候给用户提供稳定可靠、高精确度的定位、导航、授时服务,同时拥有短讯通信功能。该系统由空间端、地面端及用户端三大部分构成,系统具体作业流程:(1)中心管控系统对分属卫星发出询问讯号, 经由转发器对服务区域内的用户进行广播。卫星 获取到响应讯号后传输回中心控制系统。中心系统接收并解调用户传输的讯号,再按照他们的申请作出及时的数据操作。(2)中央控制系统由储存在电子设备内部的智能化地形图搜索到用户的高程值,最终将计算得出的用户三维坐标经加 密处理后传输至用户。

1.2 北斗系统在农业机械方面的运用现状

北斗系统在农机定位终端获得了一定的应用,该系统在结合 GIS 系统、定位导航、农机投 放、土地采样数据、产量影响剖析等的基础上, 和田间数据收集软件同步。农用拖拉机自动定位系统细分为前装及后装两类,前者在拖拉机出厂前边装备了导航定位系统,后者为拖拉机出厂后 完成相应系统装配,国内农用拖拉机以后装为主。我国东北地区 GPS 自动导航定位及驾驶系统等多为进口产品,价格不菲。在每年新增大马力农用 拖拉机、收割机以及播种机等超过 3 万台的国内 市场却鲜见配备导航定位系统。国内独立研发高 精度驾驶系统及导航定位系统产品迫在眉睫。

2 北斗系统在农业机械方面的发展及具体运用剖析

2.1 在收割机及播种机上的运用

在欧美等发达国家,GPS 应用于联合播种机 和收割机等已有数年,构建起了十分成熟、完善 的作业模式。中国的北斗系统能够替代 GPS。联合收割机获取作物的基本原理为借助定位技术以 及产量传感器,取得各个农田地块、区域的作物 产量布局,然后将数据进行必要的处理,生成产量分图。通过农作物产量布局图,能够控制收割 速率、脱粒喂入量等,目的是为获取最优收割效 益。在农田进行收割操作过程中,不妨依照按需 投入准则分布投入,以保障借助系统作业方式收获农作物,同时又能够保证插秧机、播种机等机 械保持较高精度,使播种技术更加精准节约。同 时,农作物在农田里得以最优布局,增强农作物对光照等的利用率和转化率。

2.2 在农业航空方面的运用

北斗系统在航空作业过程中,借助 SSM 程 序框架,对各个区域需要的农药、肥料等用量进 行实时的变量喷洒,在农用飞机抵达作业单元时, 此系统把信息用图像传输至控制平面,并使得作业地点准确定位同自动导航实现精准施药与喷洒 对接。北斗系统和农业航空二者的融合是农业机 械的发展与延伸,其优势是省时省力又不耽误农 时,并且能够实现一系列地面机械难以驾驭的项目,节省农药、化肥等,降低成本。

2.3 在农机管理方面的运用

将北斗系统装置安装于农业机械,农机位置信息便可在短短几秒内自动发送至中心站,中心 系统全天候对农业机械的位置、方向、状态等进 行监控,进而实施数据采集与科学分析。除此之 外,还可以在耗油量较大、故障较集中位置构建加油站和维修站,从而能够保证农机作业稳定性, 也有助于配备北斗系统接收器的人员准确寻找损 坏的农业机械。另外,北斗系统装置还能准确、 实时地完成农机自动报警与锁车功能。

在农用飞机上最关键的是保证农用飞机间或农作物之间拥有足够的安全距离。借助北斗系统 的准确定位与测速优势,能够及时判断飞机所处 的瞬时地点,有效保持安全距离,甚至在大雾等 恶劣气候条件下,也能完成自动盲降操作,在很大程度上提升飞行的稳定性和安全性。

2.4 在无人驾驶拖拉机中的运用

通常所说的无人驾驶拖拉机即为由固定操作站管理的一种农业机械。为其装配北斗系统之后, 拖拉机上的摄像机将输送回来的画面投映到监视 器,操作者观看屏幕便能对远处的拖拉机进行导航控制,车载计算机储存田间的数字化地图。借助这一系统,可以按照直线及设定路线的轨迹行驶,展开各项任务,并借助自动导航定位降低驾驶者的工作强度及难度,增强作业水平,尤其是 当夜间作业时能够展现出更大的优越性,节省燃料,降低成本。

3 北斗系统的发展前景和展望

北斗系统除了在农业机械方面的运用拥有极大潜力外,在精准农业当中更是可以发挥巨大的 效用:借助系统生成的图像信息结合精准农业, 寻找出土壤湿度、成分、排水沟位置等,并可以 计算得出最优化的种植方案以及所需的农药、肥料用量。此外,北斗系统还可以被运用到农业气 象的监测中,提升天气预警能力,选取最适宜的 种植时节,防止耽误农时。

现阶段,北斗系统借助授权拥有行业背景的系统运营商开展商业运营,正在慢慢构建起自身 的领域优势。与此同时,北斗定位装置替代 GPS 装配到农业机械上,是今后我国完成自主化、现代化进程的必然结果,突破 GPS 对国内农机导航 定位的垄断局面,进一步提升我国农业产业化布 局、农业信息的保密性与安全性,国内现代化农业的发展未来不再依赖他国,如果其他国家对中 国导航定位技术实施封锁手段,我们也同样可以 从容不迫地应对,在此方面拥有至关重要的战略 意义。从今年开始,北斗系统拥有全球覆盖能力,面向全球提供公共服务,必将进一步带动国内社 会经济、科学技术等的全方位发展。

4 结语

在对北斗系统进行概述的基础上,进一步对北斗系统在农业播种机与收割机、无人驾驶拖拉 机、农业航空以及农业机械管理等方面的具体应 用进行了详细论述,最后对北斗系统未来的发展 进行了展望,希望通过本文的论述对今后此方面的研究工作提供参考与借鉴。