【摘要】精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是一種現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)理念，就是將最先進(jìn)的科技應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，從而達(dá)到科學(xué)合理利用農(nóng)業(yè)資源、提高農(nóng)作物產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本、減少環(huán)境污染、提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目的。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的標(biāo)志，高精度定位是其可行的關(guān)鍵。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，可滿足精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的高精度定位等要求，是我國(guó)未來(lái)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展的核心部分。

　　【關(guān)鍵詞】北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)；應(yīng)用模式；定位精度

　　1引言

　　精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)（PrecisionAgriculture）是一種基于信息和知識(shí)管理的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)綜合應(yīng)用全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)、地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感技術(shù)（RS）和自動(dòng)化控制等先進(jìn)技術(shù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中[1,2]。利用現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，精細(xì)準(zhǔn)確的開(kāi)展施肥、施藥等土壤管理及播種、收割等作物管理措施。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的目的是為了提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)的有效途徑。衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，可明顯提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量、降低成本。衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)可用于農(nóng)機(jī)引導(dǎo)、農(nóng)場(chǎng)規(guī)劃、田間測(cè)繪、土壤取樣、作物田間監(jiān)測(cè)、產(chǎn)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等[3]。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可提供無(wú)源定位服務(wù)，為農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能控制提供導(dǎo)航定位信息。將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，可充分利用農(nóng)業(yè)資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

　　2衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用概況

　　在20世紀(jì)80年代，美國(guó)提出了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的構(gòu)想。1994年，美國(guó)在農(nóng)機(jī)上裝備GPS指導(dǎo)施肥，減少了化肥總的用量，同時(shí)在農(nóng)作物產(chǎn)量上大規(guī)模提高。歐洲等國(guó)家在農(nóng)機(jī)上裝備GPS用來(lái)實(shí)現(xiàn)小麥、玉米等農(nóng)作物的收割、播種、運(yùn)輸方面等工作。美國(guó)、歐洲等國(guó)家在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的成功使得在荷蘭、日本等國(guó)家相繼開(kāi)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的工作，并基于GPS導(dǎo)航定位研制相應(yīng)的自動(dòng)化農(nóng)機(jī)。中國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展起步較晚，但在國(guó)家“863”計(jì)劃等重大專項(xiàng)的支持下，中國(guó)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域取得了較快發(fā)展。我國(guó)主要集中在將衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)機(jī)引導(dǎo)方面，如將衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用于無(wú)人駕駛拖拉機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)等。

　　3精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)對(duì)定位精度的要求

　　農(nóng)田作業(yè)對(duì)定位精度有一定的要求，這主要是取決與農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)精度的要求。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)要求根據(jù)農(nóng)田單元的差異進(jìn)行精準(zhǔn)播種、施肥、灌溉、防治病害等。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航定位精度的需求與作物種類和作業(yè)方式高度相關(guān)，但隨著定位性能的提升投入成本也迅速增加。不同的農(nóng)機(jī)作業(yè)，需要不同的定位精度。自動(dòng)化駕駛、變量播種、土地整理需要厘米級(jí)定位精度；信息采集、變量控制、產(chǎn)量監(jiān)控、作業(yè)統(tǒng)計(jì)需要分米級(jí)定位精度；農(nóng)機(jī)監(jiān)控、調(diào)度導(dǎo)航、作業(yè)監(jiān)測(cè)等只需要米級(jí)定位精度[4]。

　　4北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）

　　北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)是中國(guó)正在實(shí)施的自主發(fā)展、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是繼美國(guó)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GPS）和俄羅斯全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLONASS）之后第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、運(yùn)控段、和用戶段組成，它旨在建成技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，推動(dòng)衛(wèi)星導(dǎo)航在國(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)的廣泛應(yīng)用。

　　4.1空間段

　　空間星座包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星，GEO衛(wèi)星分別定點(diǎn)于東經(jīng)：58.75°E、80°E、110.5°E、140°E和160°E，Non-GEO衛(wèi)星由27顆中地球軌道（MEO）衛(wèi)星和3顆傾斜地球同步軌道（IGSO）衛(wèi)星組成[5]。

　　4.2運(yùn)控段

　　地面運(yùn)控段包括主控站、注入站和監(jiān)測(cè)站等若干地面站，三者共同完成對(duì)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的管理工作。主控站的主要任務(wù)包括收集注入站、監(jiān)測(cè)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行時(shí)間同步與衛(wèi)星時(shí)鐘偏差預(yù)報(bào)，完成導(dǎo)航電文的生產(chǎn)工作，向衛(wèi)星注入導(dǎo)航電文參數(shù)，完成任務(wù)規(guī)劃與調(diào)度，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)運(yùn)行管理與控制等。注入站的主要任務(wù)是接受來(lái)自主控站的導(dǎo)航電文信息，在主控站的調(diào)度下，完成導(dǎo)航電文的注入，與主控站交換數(shù)據(jù)等任務(wù)。監(jiān)測(cè)站的主要任務(wù)是跟蹤監(jiān)測(cè)導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，接受導(dǎo)航信號(hào)，發(fā)送給主控站，為導(dǎo)航電文的生成提供原始的觀測(cè)數(shù)據(jù)。

　　4.3用戶段

　　用戶系統(tǒng)段包括各類北斗用戶終端和與其它衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的接收機(jī)終端。用戶段主要指接收機(jī)終端，其主要任務(wù)是接受導(dǎo)航信號(hào)并利用偽隨機(jī)碼和載波取得偽距、載波相位、導(dǎo)航電文等信息，根據(jù)導(dǎo)航電文提供的衛(wèi)星信息計(jì)算接收機(jī)所處的位置。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)堅(jiān)持“三步走”發(fā)展倡議，第一步形成區(qū)域有源服務(wù)能力，第二步形成區(qū)域無(wú)源服務(wù)能力，第三步形成全球無(wú)源服務(wù)能力。完成建設(shè)后的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)、并具備短報(bào)文通信能力。

　　5北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用分析

　　5.1北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

　　北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是擁有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下三點(diǎn)：（1）信號(hào)覆蓋范圍廣。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的星座更多的分布在東經(jīng)84°~160°。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在信號(hào)收到遮蔽等惡劣條件下具有更多的可用信號(hào)，能更好的滿足這些地區(qū)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的有效性需求。（2）提供短報(bào)文通信能力。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)用戶使用北斗的短報(bào)文通信來(lái)進(jìn)行決策、狀態(tài)等信息的交流。（3）三頻定位，定位精度高。

　　5.2北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用模式

　　我國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的時(shí)候，需與我國(guó)的農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行有效的結(jié)合。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在我國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用主要有兩種應(yīng)用模式：（1）無(wú)人機(jī)作業(yè)應(yīng)用模式，適用與大型及特大型農(nóng)田中，采用差分定位體制；（2）輔助作業(yè)應(yīng)用模式，適用于大中型農(nóng)田中，采用高精度接收機(jī)機(jī)制[6]。無(wú)人機(jī)作業(yè)模式中的地面設(shè)備具有北斗地基差分站（站內(nèi)有自動(dòng)化農(nóng)機(jī)和北斗差分接收機(jī)）一般情況下，一臺(tái)移動(dòng)差分接收機(jī)可接受數(shù)千米內(nèi)的信號(hào)，定位精度大大的提高。移動(dòng)差分接收機(jī)主要負(fù)責(zé)對(duì)農(nóng)作物的監(jiān)測(cè)定位，并將定位信息發(fā)送至控制中心；控制中心在收到差分接收機(jī)的信息后處理觀測(cè)信息并生成決策；北斗差分站接受北斗導(dǎo)航信號(hào)，并根據(jù)信號(hào)定位自動(dòng)化農(nóng)機(jī)；自動(dòng)化農(nóng)機(jī)根據(jù)控制中心的不同任務(wù)決策做出適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)強(qiáng)度調(diào)整，如作物播種密度和噴灑流量等。其中無(wú)人機(jī)作業(yè)的應(yīng)用模式如圖1所示。

　　6總結(jié)

　　精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)可用于提高農(nóng)作物產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要的意義。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可為我國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支撐，且具備以下優(yōu)勢(shì)：（1）自主化，安全可靠。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采用安全可靠的高強(qiáng)度加密設(shè)計(jì)，提供北斗時(shí)和中國(guó)的CGCS2000大地坐標(biāo)的時(shí)空基準(zhǔn)，更適合國(guó)防、農(nóng)業(yè)、政府等關(guān)鍵部門應(yīng)用。（2）更高的性價(jià)比。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的三頻高精度定位能力和短報(bào)文通信能力性能達(dá)到甚至超過(guò)國(guó)外產(chǎn)品。將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，對(duì)于加速我國(guó)這樣的發(fā)展中國(guó)家實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化進(jìn)程、占領(lǐng)未來(lái)農(nóng)業(yè)科技競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)具有十分重要的意義。

　　References(參考文獻(xiàn)

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