北斗导航在农业上的应用

周思妤 王伟华

摘要：近些年，北斗导航在农业生产中已经有了广泛的应用，对农业的进步和农业生产方式的转变有着极大的推动作用。本文对北斗导航在农机自动驾驶，精确播种，变量施肥喷药，农业信息监测几个方面上应用的现状进行了介绍。同时本文对北斗系统与多传感器的融合技术，北斗大数据云平台技术做出了展望。

关键词：北斗;农业;自动驾驶;信息检测;云平台

2020年7月，北斗三号全球卫星导航系统（BDS）组网完成，标志着北斗卫星导航正式进入全球化服务行列。北斗系统可全天候全天时的提供精密授时、定位以及短报文通信服务，目前已成功应用于多种领域[1]。我国是农业大国，农业是国家经济发展、社会安定的基础，而近年来随着工业化进程的快速发展和人口老龄化问题的加剧，技术密集型农业日益成为研究的热点。北斗导航系统在农业中应用广泛，本文将着重从以下几个方面来介绍。

1.北斗导航在农机自动驾驶的应用

北斗导航农机自动驾驶系统可广泛应用于播种、除草、耕地、铺膜、植保等农田重复性工作。

张叶茂[2]依托福田雷沃M1000-D拖拉機，运用自适应模糊控制策略对农机路径导航系统进行了研究，结果表明，农机自动导航控制系统运用模糊控制算法策略能够快速地跟踪预设路径。熊斌等[3]设计了一种基于北斗卫星导航系统的施药机自动导航控制系统，控制系统针对果园地形特点将施药机的运动学模型和纯追踪模型相结合，对导航路径规划进行了优化。

2.北斗导航在播种中的应用

提高播种精度，控制播种深度与间距，是北斗导航与精准农业结合的重要领域[4]。

张爱民等设计了一种折叠式采棉精量播种机，利用北斗导航系统使排肥速度与行进速度一致，保证了出苗率。丁幼春等使用高精度北斗定位模块与电子罗盘进行导航，运用免疫PID控制算法，设计了一种履带式油菜播种机的导航控制器。其系统组成如图1所示。其定位圆概率精度可达2 cm。

3.北斗导航在变量施肥喷药中的应用

根据农作物生长的区域差异性进行变量施肥喷药，不仅可以节省物料成本，而且有益于生态环境的保护。

张明宇等研究了一种基于ARM反馈的变量喷药控制系统。系统使用北斗导航系统测量车速，喷药时喷嘴的流量和压力等信息通过CAN总线传输至控制器，以脉冲宽度调制的控制方式调节比例电动调节阀的开闭量，实现了喷药量根据作业行驶速度的自动跟踪变化。郁云等研究了一种基于北斗导航和多媒体图像处理的智能施肥机测量系统，同时在其基础上设计了测量作物覆盖率的系统，并且进行了试验。

4.北斗导航在农业信息监测中的应用

农田信息是开展精准农业的重要支持，北斗导航系统的应用与推广可以加速实现信息监测的数字化。

于泓博]等研发了基于北斗的农田环境监测系统。该系统由Zig Bee协议节点使用簇状拓扑结构进行组合形成网络，每个节点搭配农田土壤的湿度、空气的温度以及空气质量PM2.5等各类传感器进行信息监测与采集，监测数据与北斗导航系统的定位信息组合后，再通过嵌入式系统进行处理和显示，实现了农田环境的实时监测。

郑一力等设计了可对无手机信号的林区进行实时监测的信息系统。可实现林区土壤、光照、大气和植物等多种信息的实时监测，数据经过汇总以后还可进行大数据分析。

5.结论与展望

北斗导航系统在农业生产中的应用极大的促进了农业自动化的发展，但是，要实现无人化、智能化农业，还有很长的路要走，未来需要从以下两个方面实现突破。

（1）农业装备智能感知技术与北斗定位相结合：机器视觉与北斗定位相结合，可提高定位的可靠性和准确度，可用于农用机械的高精度定位、农作物的产量预测以及农业病虫害的诊断等方面;遥感技术、光谱技术与北斗定位相结合可以为土壤类型、土壤肥力特性、水分、作物生长发育状况、病虫草害及农作物产量等田间信息采样和决策方案的田间实施提供准确的空间位置信息。

（2）建立与机器学习相结合的北斗云平台：在北斗导航定位的辅助下，在各种类的农机作业中加入机器学习模块，积累作业数据并传入云平台，通过整理分析得出最佳的作业条件与参数，再将得出的这些参数反过来应用于农业生产中，从而实现耕、播、管、运、收、贮等一系列作业的自动的参数调整，实现高水平智能化、无人化农业。

参考文献：

[1]Yang Y，Xu Y，Li J.Progress and performance evaluation of BeiDou global navigation satellite system：Data analysis based on BDS-3 demonstration system[J].SCIENCE CHINA Earth Sciences，2018，61（5）：614-624.

[2]张叶茂.基于模糊控制的农机自动导航控制系统研究[J].江苏农业科学，2017，第45卷（17）：241-245.

[3]熊斌，张俊雄，曲峰，等.基于BDS的果园施药机自动导航控制系统[J].农业机械学报，2017，48（2）：45-50.

[4]王浩，郝凤琦，董振振，等.基于北斗定位的小麦播种机控制系统优化[J].农机化研究，2019，41（10）：31-34，39.