北斗精准农业解决方案

北斗精准农业解决方案

一、精准农业现状

我国是一个农业大国，又是一个自然灾害多发的国家，农作物种植在全国范围内都非常广泛，农业信息化，智慧化是国民经济和社会信息化的重要组成部分，是农业发展的必然阶段，是新时期农业和农村发展的一项重要任务，是实现国民生计的大事。以农业信息化带动农业现代化，对于促进国民经济和社会持续、协调发展具有重大意义。进一步加强农业信息化建设，通过信息技术改造传统农业、装备现代农业，通过信息服务实现小农户生产大市场的对接，已经成为农业发展的一项重要任务。

精准农业是当今世界农业发展的新潮流，是由信息技术支持的、根据空间变异定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与管理的系统，其基本涵义是根据作物生长的土壤性状，调节对作物的投入，即一方面查清田块内部的土壤性状与生产力空间变异，另一方面确定农作物的生产目标，进行定位的“系统诊断、优化配方、技术组装、科学管理”，调动土壤生产力，以最少的或最节省的投入达到同等收入或更高的收入，并改善环境，高效地利用各类农业资源，取得更好经济效益和环境效益。

精准农业在我国还处于起始阶段，但精准农业的理念和技术投入应用，已经显示出很多优越性，可以省种、省工，提高水肥的利用率，增加经济收入，精准农业技术将在现代农业管理和技术上发挥重要的作用。用精准农业技术理论与原则改造传统农业，发展中国精准农业技术，是未来农业发展的重要趋势。

二、精准农业的体系结构

1．全球定位系统

精准农业广泛采用了全球定位系统用于信息获取和实施的准确定位。为了提高精度广泛采用了“差分校正全球卫星定位技术”。它的特点是定位精度高，根据不同的目的可自由选择不同精度的全球定位系统。

2．地理信息系统GIS

精准农业离不开GIS的技术支持，它是构成农作物精准管理空间信息数据库的有力工具，田间信息通过GIS系统予以表达和处理，是精准农业实施的重要。

3．遥感系统RS

遥感技术是精准农业田间信息获取的关键技术，为精准农业提供农田小区内作物生长环境、生长状况和空间变异信息的技术要求。

4、作物生产管理专家决策系统

它的核心内容是用于提供作物生长过程模拟、投入产出分析与模拟的模型库；支持作物生产管理的数据资源的数据库；作物生产管理知识、经验的集合知识库；基于数据、模型、知识库的推理程序；人机交互界面程序等。

5、田间肥力、墒情、苗情、杂草及病虫害监测及信息采集处理技术设备。

6、自动农业机械驾驶技术。如带产量传感器及小区产量生成图的收获机械；自动控制精密播种、施肥、喷药机械等等。

近几年来，美国、欧洲一些技术先进的农场在精细农业方面已经进入普及规模的实施阶段。有的农场将遥测传感器装置、北斗仪器、微型计算机以及化肥、杀虫剂等全都装在拖拉

机上，在拖拉机田间行驶的同时，由传感器获取作物生长状态信息，北斗给出精确定位，计算机软件系统将事先存贮在地理信息系统中与该地块的土壤、作物品种以及本生长阶段完成的耕作措施等有关参数调出，运行快速诊断决策模型，给出灌溉、施肥、杀虫、除草配方，就地采取耕作措施，整个过程基本是自动完成的。

三、方案设计

本方案是以北斗地基增强系统为核心，围绕C0RS系统，建立农场信息化监控中心、农场GIS信息采集终端、农场变量信息采集终端、农场农机导航及自动化系统、农场农机监控系统等一系列农场位置信息服务体系。

3.1农场CORS系统

C0RS系统作为系统的核心，是农场位置综合服务系统的基础数据提供者，建设完成后，该系统要保持连续运行，系统稳定性尤为重要：永久参考站系统是某一区域范围内建立若干个连续运行参考站，通过网络互联，构成新—代的网络化GNSS综合服务系统，不仅可以向各级测绘用户提供高精度、连续的空间基准，也可向导航、时间、灾害防治等部门提供各种数据服务。CORS的建设，可为农场的各个行业如工程建设、农机导航、交通监控甚至环境保护、抢险救灾等提供迅速可靠的信息服务，满足各行业的位置信息需求。

CORS系统将是现代卫星定位、计算机网络、数字通讯等技术进行多方位，多领域应用的综合集成解决方案，系统主要包括以下几个子系统：

1、参考站网子系统

2、数据处理与管理中心

3、数据通信网络子系统

4、用户服务子系统

CORS的建设原则是：

(1)在满足系统技术要求的条件下，最合理的分布基准站，实现最大范围的覆盖；

(2)有利于系统总体目标的实现及系统分阶段建设：

(3)采用目前最先进、最完善的GNSS基准站网建站技术：

(4)系统结构应该体现简洁、适用、操作简单和低成本运行；

(5)利用目前国内外先进的通信技术，尽量采用公共通讯网络统一频点、统一标准、统一管理，以节约资源，提高效率

(6)系统兼顾目前及今后的发展

3.2监控及数据处理中心

监控及数据处理中心由大屏幕视频系统、中心服务器、各系统数据处理器及相关软件组成。多屏视频系统适用于多屏的拼接，是一套性能强大的高端图像处理系统。它能够在不同的屏幕上显示各自不同的画面，又可共同组合一幅大画面，既可以在多个显示终端上同时示多个动态画面，用于同时显示不同的场景，也可以将多个显示终端组合成为一个大的终端来显示超大、超宽画面。

该系统主要用于大屏幕的拼接显示，依照配置的不同，最多可以同时支持8 屏幕的拼接，支持投影仪、液晶电视等显示设备。同时系统内置软件可播放DVD和各种视频文件。可将任意应用程序、视频画面，由占用一个屏幕扩展至占用两个或三个屏幕，视频叠加等。该系统可广泛应用于航天、公安、军队、交通、楼宇监控、以及电力、水利、矿山、油田、科研院校、国防等诸多领域。

3.3农机监控调度系统

农机车辆监控系统的设计目标是采用3G/4G等通信技术、北斗卫星定位系统、GIS技术、公用电话网技术和计算机网络等技术，建立一个以农场总控中心，兼容各分场分中心的综合北斗卫星定位监控指挥系统。具体如下：

(1)建设农场监控中心综合化北斗监控平台。可容全农场拖拉机、收割机、喷药机、出租车、各类特种车辆以及社会各种车辆，提供定位、调度、安防及多项信息服务；

(2)强大的准确定位、实时监控功能。迅速调配不同区域的车辆资源，提高整体协作效率，便于统计分析农机的油耗、作业面积、行使历程等数据；

(3)快速的维修机制，便于农场统一管理农机，将维修人员选择最合适的路径出工到现场，对农机进行维修。

(4)建立高速、高质量的以空间地理信息为背景的北斗车辆监控系统，在外部与指挥中心、指挥中心，分场之间以及各部门进行信息实时交换；

(5)提供多种监控方式，可加载农场的自有详细电子地图或遥感图，加载相应属性点，如水利设施、加油站信息等。

(6)高监控容量。系统设计监控中心平台容量应达到可容纳1万辆以上入网车辆。

北斗卫星定位系统

农机管理系统

3.4农机导航及自动化驾驶系统

随着农场大马力拖拉机的普及，农机导航和自动驾驶功能在大马力农机作业中发挥着重要的作用。鸿运伟业在农机自动化领域一方面引进国外进口的先进设备，一方面积极研发降低产品成本，组合出一套适合中国农场的农机导航和自动驾驶系统。

该系统是一套独具特色的、适合中国国情的精准农业解决方案，是由嵌入式软件技术、北斗高精度差分定位及惯性导航技术结合，依托北斗地基增强系统（CORS ），或便携式基站系统（RTK ），形成一套可以在农业作业中，指导农机手进行人工作业可达到厘米级精确的先进系统。

系统主要组成部分：

（1）高精度GNSS 天线

支持北斗等多星系统定位的高精度GNSS 天线

（2）农机手持导航显示器

采用高亮防眩光工业级显示器，在阳光强烈的野外环境可以清晰的辨认，防水防尘的设计也较普通消费类平板电脑等耐用。在按照设计好的路线、拖拉机尺寸行使时，显示屏可以很好的指导司机该如何行进和转弯，控制当前行进轨迹与上一轨迹的间距，从而减少了区域重复作业区域，降低了原料成本，提高了播种、施肥、收割等农业作业的效率。

（3）高精度差分基准站

其中北斗差分基准站可采用由农场C0RS 系统广播的差分数据担当，另外农机到农场以外的范围作业时候，还可采用便携式基站，通过基准站播放广播差分信号的实时动态测量（RTK)系统，通过无线电接收电台接收差分数据，并在流动站中进行处理，从而获得更高的定位结果。集成北斗主机接收机、天线、电台、微型控制计算机于一体，自动广播产品的特有差分格式，能实现流动站的快速初始化，主要方便之处是使用一台基准站可以同时向多个流动发送差分数据，从而节约成本，可以为系统提供厘米级的定位精度。

便携式基站

系统特点：

●依靠自主研发，注重成本控制，相对进口自动化驾驶设备，成本只有10%；

●实施成本低，运营维护非常简单，利于普及推广；

●安装简单快捷，对农机基本没有改动；

●技术先进，采用北斗等GNSS多星系统厘米级定位及惯性导航技术；

●超大尺寸、高亮防眩光显示屏，在阳光下清晰可见；

●车载电源供电，可保证设备长时间持续工作；

●软件指示清晰明了、操作简单易懂；

●软件将农机已耕作的线路做变色的处理，避免重复耕作；

●耕作过程可暂停操作，便于临时加装种子、化肥、农药等操作；

3.5农业植保无人机系统

高产高效：植保飞行平台运动的升力平台采用同轴式设计，工作效率要比单旋翼高出15 ～20%；在相同拉力和旋翼直径下，同轴双旋翼的诱导阻力比单旋翼低20%～30%，在减小体积的情况下，提供更大的载荷

生态安全：无人直升机自动飞控导航喷洒最大限度地减少了工作人员接触农药的时间，基本解除了农民背负喷雾器在炎炎烈日下作业农药中毒的威胁，保障了农民的生命安全。大面积的统防统治，也利于资源有效利用和环境保护。

优质效果：螺旋翼无人机，作业高度低，单位面积农作物药液覆盖密度高，药液雾滴从喷洒器喷出时被旋翼的向下气流加速形成气雾流，对农作物的穿透性强，飘失少，药液沉积量和药液覆盖率都优于常规。

灾害监测：利用高分辨率遥感数据和实时视频信息对农田、农作物所遭受的自然及病虫灾害进行快速动态采集，对灾情变化能够随时掌握。将遥感影像数据与实时监控相结合及病虫害的科学防御、处理信息，对灾情进行快速评估和决策快速响应，结合自然灾害的历史属性，尽量减少灾害造成的损失，挽救人民财产。