基于北斗高分应用系统的数字农业建设

张 锐

(山西省信息产业技术研究院有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

国家对北斗卫星导航、高分遥感产业高度重视，发布多项政策引导，推动北斗高分的快速发展。在《国家卫星导航产业中长期发展规划》政策的推动下，北斗产业链逐步完善，应用领域不断拓展，卫星导航市场规模逐步扩大。卫星应用产业是国家的战略新兴产业，具有科技含量高、经济效益好、增长速度快、辐射带动广、资源高效利用的特点。

我国土地肥沃，集中连片，农机保有量高，机械化程度高，具有农业生产良好的自然资源及条件。但是农业机械分布分散，个体农户无法快速获取代耕、代作服务，农机车主无法高效利用农业机械资源，两者之间存在信息不对称问题，间接影响了双方利益，同时要对农作物的生长情况进行持续和阶段性的监测，监测内容主要包括灾害监测(旱灾、涝灾、虫灾、雹灾)、作物长势、作物产量等，以便进行农作物灾害防治及灾害受灾评估，保证粮食产量。

基于上述分析需要建立农机社会化服务平台，通过“终端+平台+服务”的方式对接农事服务方和广大农户的作业需求，打通供需双方信息屏障，实现农事服务的供需匹配。同时，对农业机械的作业质量进行有效监管，实现代耕作业面积自动量算，提供农机作业标准决策依据，规范农机社会化服务行为，保护广大农户利益。

1 系统总体设计

针对我国数字农业建设需求，结合各省市现状及特点，选取山东省开展应用示范，示范区具有耕地资源集中，农机集中管理、农机保有量高、农业机械化率高等优点，具备北斗终端及农机信息化管理应用示范的良好条件，充分发挥北斗和高分遥感资源及技术优势开展北斗卫星应用的示范，通过农机智能化改造和高分遥感监测，提升农机利用率、作业效率及作业质量，实现农机信息化，提高农情监测辅助决策支持，形成区域示范效果[1]。

通过在顶层与山东省相关企业共同进行平台的部署应用和数据互联互通，全面服务于各区域农业信息化建设。在区域示范的基础上进行复制推广，进而提升山东省的农业生产效率、作业的精细化水平，提升农情辅助决策支持能力，带动农机社会化服务业发展，形成数字农业长期运营服务新模式，实现农业的绿色、生态、可持续发展[2-4]。示范区共计应用示范北斗农机终端6000余台，其中包含北斗农机定位终端5000台，北斗农机自动驾驶终端400台，北斗变量喷药农机终端300台，北斗手持智能终端300台，可形成区域示范效果，构建农机大数据应用。

数字农业北斗高分应用系统通过接入北斗高分综合信息平台的空间信息服务、高分遥感服务及平台二次开发接口实现系统的研发和业务应用的开展。数字农业北斗高分应用系统包含农机管理及调度子系统、高分遥感农情监测子系统和农机社会化服务子系统[5]。

农机管理及调度子系统面向的用户为省农业农村厅建设的农机管理系统以外的农垦用户及地方用户，不与省农业农村厅建设的农机管理系统冲突，而且农机管理及调度子系统可开放数据接口，向省农业农村厅提供农机共享数据，便于省农业农村厅形成涵盖地方和农垦的全方位的统筹监管，图1为系统组成图。

图1 农机管理及调度子系统组成

农机管理及调度子系统由农机调度、农机监控、基础信息管理和作业统计组成。其中农机调度中的功能包括创建任务单、任务单管理和质量标准管理。

创建任务单：当有作业任务时，根据需求实现对农机作业调度任务。包括根据需求选择待作业农田地块，通过设置作业类型、作业时间、作业限制条件、选择配套农机和农机具，给农机手下发作业任务，并进行任务单人工确认，确认后对农机作业的状态进行监控。

任务单管理：可以通过任务单管理查询当前任务状态，包括待作业任务单、正在作业任务单、完成作业任务单。同时，可以根据农机手姓名、地块信息、作业完成时间条件查询历史任务单。

质量标准管理：不同农机作业有不同的标准规范，为保证农机作业的规范性，可通过该功能建立每项作业的质量标准，通过系统将作业标准发送给农机手。

农机监控功能包括农机位置监控、农机实时跟踪、历史轨迹回放和报警查询。农机位置监控：各类北斗农机终端接收北斗定位信息，通过无线通信网络定时上传数据到数据中心，数据中心能随时掌握区域内农机的分布及状态情况。农机实时跟踪：根据实际农机监管系统可通过选择车辆、跟踪时长、数据回传间隔来监控已选择农机的实时情况。历史轨迹回放：该功能提供了一种事后检查监督的手段，可查询农机已完成作业的历史轨迹及其作业过程中的参数。报警查询：根据农机作业标准，设定速度报警阈值，当农机作业速度超出设定范围，将实时提示报警信息，同时可按农机、地块等方式进行报警信息的查询。

作业统计功能包含了作业面积统计、作业质量统计和报警结果统计。作业面积统计：提供按地块、农机等多种面积统计方式，农业生产管理人员足不出户便可掌握农机作业整体和局部情况。作业质量统计：农机作业完成后，按地块、农机等统计方式进行作业质量的分析，并给出统计结果。报警结果统计：所有报警结果将进行统一的展示，农业生产管理者可按照报警类型对作业农机进行相应的管理。

高分遥感农情监测子系统利用高分遥感卫星资源，高效地获取到农业大面积农情信息，通过地面有线/无线网络的传输，由高分遥感农情监测子系统实现遥感数据的获取、处理与分析，实现农情遥感对农业灾害分析、种植格局、农作物长势、农作物产量预测等辅助决策的支持作用。实现根据病虫害监测结果与预测分析结果，利用北斗变量喷药农机终端实现按需定量农药喷洒，降低病虫害影响，减少农药对土壤和生态环境的影响。同时，可通过基于北斗卫星定位系统的专用北斗手持智能终端进行田间实地定标操作，便于验证和优化分析数据及分析结果。

农机社会化服务子系统为广大农户和车主、农机手之间提供农机资源共享服务平台。农机社会化服务子系统与农机管理及调度子系统共用北斗农机位置数据，实现作业农业机械位置的实时显示。有需求的用户可在农机社会化服务子系统发布作业需求；子系统还提供在线支付、在线沟通、信用评价等功能，为用户提供便捷的支付、沟通渠道。同时，支持面积自动量算，作业质量评估等功能，提高农机社会化服务的质量，保障农户和车主、农机手的切身利益。农机社会化服务分系统同时支持WEB端和移动端，更加便捷和实用。

2 效益分析

通过数字农业北斗高分应用系统，提高了农业生产的精细化水平和信息化水平，有效解决农业生产过程中长期存在的过量投入、管理粗放等问题，通过示范基地进行北斗系列产品、信息化系统、产业和模式的推广复制，提高农业精细化水平，促进农业的绿色、生态、可持续发展。通过系统的建设，帮助相关企业快速对接目标用户，通过北斗高精度定位产品的应用，提高作业过程的透明度，规范行业发展。将传统传感器生产、机械加工制造和北斗技术相融合，快速推出北斗农业用途的手持终端和农机终端，为传统终端生产企业、传感器集成企业快速转型提供条件。

3 总结

本文采用基于北斗卫星导航技术的农机终端对现有农机进行智能化改造，满足农机信息化、数字化管理需求，提升农机作业精细化程度，提高农机社会化服务能力。采用高分遥感农情监测技术对农作物进行生长过程空间动态监测，提高农业病虫害预测、灾害评估、长势分析、产量预测、种植格局分析水平，切实保证我国粮食安全。通过项目的实施，能够有效解决农业生产过程中长期存在的过量投入、管理粗放等问题，通过示范基地进行产品、产业和模式的推广复制，提高农业精细化水平，促进农业的绿色、生态、可持续发展。