新疆兵团精准农业发展与北斗卫星导航技术的应用

　　摘要：精准农业是信息技术与农业生产相结合的一种精细农业。新疆兵团农业生产采用规模化生产，具备良好的机械化和信息化条件，在选种、播种、施肥、灌溉、田间检测、收获环节持续推广精准农业技术。在精准农业中卫星导航技术主要应用于智能化农业机械控制、精准病虫防治和灌溉、农田资源的普查和规划。北斗卫星导航技术已在新疆兵团精准农业中得到应用，依托北斗卫星导航与位置服务平台、地基增强系统，为基层农机管理部门、采棉机公司和农机合作组织提供作业农机实时信息服务，具有定位精度高、作业标准高、适应能力强的特点。拖拉机自动驾驶技术在新疆兵团广泛应用于播种、喷施除草剂、苗期化控和植保、喷施脱叶催熟剂、受灾棉田重新播种、中耕施肥作业、残膜回收、分层施肥、棉花测产、采棉机实时监控等农业过程，生产实践证明具有良好的经济、社会和生态效益。对比试验的结果表明，在棉花生育期的主要阶段，采用精准对行分层施肥技术棉田的主要指标具有一定优势。新疆兵团在精准农业的方面应注意两点：一是用信息化技术提升精准农业装备的设计和制造水平;二是用信息化技术提高农业机械化的管理水平。提出建议如下：加强政策引导，加快人才培养步伐，加大科研力度，建立完善的用户服务体系，拓宽应用领域，强化新疆兵团的辐射带动作用。

　　关键词：北斗;精准农业;卫星导航;拖拉机自动驾驶;应用

　　精准农业是信息技术与农业生产全面结合的一种精细农业，是以实现农业高产、优质、高效为目的的现代农业生产模式和技术体系，是以信息技术为支撑，根据空间变异，定位、定时、定量的实施一整套现代化农事操作与管理的系统[1]。一般由以下10个系统组成：全球定位系统、农田信息采集系统、农田遥感监测系统、农田地理信息系统、农业专家系统、智能化农机具系统、环境监测系统、系统集成、网络化管理系统和培训系统[2]。我国新疆于20世纪末开始进行精准农业技术试验示范[3]，目前部分成果如水肥一体化管理技术、GIS支持下的精耕细作技术已在新疆兵团较大面积应用[4]。

　　1新疆兵团精准农业发展现状

　　新疆兵团创立之初就为全面实现农业机械化提供了良好的生产条件，农田土地平整、集中连片、设施完备、农电配套、抗灾能力强，通过近20年的发展，目前实现了现代化农业生产和经营方式的相结合，生产的农牧产品产量高、质量好、商品率高[5]，同时，农机作业实现标准化管理，达到了高效率、高标准要求，正逐步向自动化、智能化、服务一体化方向发展[6]。新疆兵团为稳步推进精准农业发展，以农业机械化和节水灌溉为突破口，加快农业结构优化升级，已全面实现粮食、油料主要作物的机械化，并建成全国最大的节水灌溉基地和商品棉基地。2014年，新疆兵团农业综合机械化率达到93%，棉花耕、种机械化率达到95%以上，机械化收获面积超过43.3万hm2，农机管理标准化团场达到85%。高新节水灌溉面积达到65.3万hm2，成为全国最大的节水农业灌溉区[7]。

　　2精准农业中的卫星导航技术

　　卫星导航技术是20世纪70-80年开始发展起来的，主要作用是用于定位、导航和授时[9]。该技术以导航卫星为参照物，用户使用接收机测量到三颗卫星的距离，利用三球交汇原理，确定当前位置和目标位置，并参照地理、环境信息(测绘)，修正航线、方向和速度，达到预定目的[10]。目前较为成熟的全球卫星导航系统主要包括美国GPS、俄罗斯GLONASS、中国北斗和欧盟Galileo。其中，GPS系统建设最早，于1973年起步，1995年维持全运行能力;GLONASS系统与1975年起步，1996年建成;2005年恢复完善。欧洲2000年启动Galileo系统建设，计划2020年建成。我国于1994年启动北斗卫星导航试验系统建设，2004年启动北斗卫星导航系统建设，计划2020年形成全球无源服务能力[11]。

　　北斗卫星导航技术在新疆兵团精准农业中的应用北斗卫星导航技术已在新疆兵团精准农业中得到应用，各师局先后建成了大型农机的远程监控调度系统，并投入运行。北斗卫星导航与位置服务平台、地基增强系统能为各团场农机管理部门、采棉机公司和农机合作组织提供作业农机实时信息服务。通过该系统可以准确获取当前作业机具的实时位置，跟踪显示当前农机的作业情况，准确获取作业面积、主油耗等相关数据，并能观看农机作业实时作业画面，监控作业质量，提高农机作业服务的效率，降低服务成本[29]，具有远程电视电话会议、远程农机指挥调度、远程农机作业质量监控等信息化服务功能[30]。

　　3.1北斗导航拖拉机自动驾驶技术的主要特点

　　北斗导航拖拉机自动驾驶系统是利用北斗卫星的定位信号来设计车辆的行驶轨迹，在车辆作业过程中综合车辆的位置信息、姿态信息、航向角信息、传感器信息，通过控制液压系统，最终实现拖拉机的转向按照设计路径行驶。生产实践表明，北斗导航自动驾驶系统与人工作业相比具有以下明显特点：(1)定位精度高。北斗导航可以为农用机具提供实时的位置信息，保证有较高的行走精度。(2)作业标准高。北斗导航系统可以有效监测农作物产量分布、土壤成分和性质分布，做到合理施肥、播种和喷洒农药，降低成本，增加产量，提高效益。

　　3.2北斗卫星导航拖拉机自动驾驶技术的应用

　　(1)应用在播种作业中，播行直、接行准解决了采棉机采净率的提高问题。棉田连接行的准确性是影响采棉机采净率关键因素，结行误差超过5cm，就会对采棉机的采净率产生影响。该技术应用在棉花播种作业中，能一次完成铺膜、铺管、播种作业，1000m播行垂直误差2-3cm，有效解决了播种作业中出现的“播不直、接不上茬”的难题。(2)应用在整地前喷洒除草剂作业中，可确保接行准，不重不漏。在卫星导航拖拉机自动驾驶系统出现前，少数认真的单位，在整地前喷洒除草剂，要求机车组规划作业区，保证打药喷雾机行走位置准确，作业机组要多配2个人，增加了作业成本。拖拉机安装自动驾驶系统后，路线可根据作业幅宽设定，并实现自动驾驶，避免漏喷和重喷，作业效果大幅提升，减少农药投入，节约成本，降低污染。

　　4精准农业技术发展趋势和示范推广的建议

　　4.1技术发展趋势

　　随着新疆兵团精准农业面积持续增加，针对棉花精量播种卫星导航自动驾驶的装备、机具不断涌现，但其他作物及后续田间作业的自动驾驶系统的应用仍然亟待示范与推广应用。新疆兵团棉花播种面积近60万hm2，玉米、番茄、甜菜等中耕作物面积26.67余万hm2，每80hm2播种面积配一台作业机组，卫星导航自动驾驶系统需求量超过10000套。新疆自治区中耕作物面积超过兵团2倍，仅自动驾驶系统一项总需求量至少30000套。滴灌节水技术在新疆兵团精准农业中的全面应用是重大创新。滴灌节水技术是从以色列引进的，器材价格昂贵，在中国大田作物种植中无法大面积使用。新疆兵团通过引进、试验、再创新，攻克低成本器材和装备的研究开发难题，形成服务体系，大面积应用大田作物，应用规模达到世界笫一。之后依托空间信息系统实时监控条田间轮灌区土壤含水率数据，实施自动化灌溉，逐步将滴灌节水技术向智能化、水肥一体化、远程操作控制方向发展，节水效果能明显提高。新疆兵团在精准农业的发展方面应特别关注以下二个方面：一是用信息化技术提升精准农业装备的设计和制造水平;包括各种智能控制技术、农业机械导航及自动作业技术，提高农业机械的作业性能和作业质量;二是用信息化技术提高农业机械化的管理水平，包括农机作业的远程监控与调度，提高农业机械的利用效率和效益[36]。

　　4.2示范推广的建议

　　4.2.1加强政策引导卫星导航技术在精准农业的发展需要国家强有力的支持，应强化国家和地方政府补贴充分向卫星自动导航系统倾斜，而北斗导航系统是国家重点推广项目，自动驾驶系统必须具备北斗卫星导航功能。同时，新技术的推广要逐步进行，先进行试验示范，再逐年铺开[37-39]。

　　4.2.2加快人才培养步伐积极扶持教育和服务机构发展，分层次进行技术理论和实践培训，先对农机管理人员和专业技术人员，再在农机化示范基地建设中进行实际培训，逐步扩大培训范围，加快对机操作人员以及导航技术服务人员的培养，加强精准农业技术的培训。

　　参考文献：

　　[1]汪懋华“.精细农业”发展与工程技术创新[J].农业工程学报，1999，15(1)：1-8.WangMH.DevelopmentofPrecisionAgricultureandInnovationofEngineeringTechnologies[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),1999，15(1)：1-8.

　　[2]张辉，张永江，杨易.美国、加拿大精准农业发展实践及启示[J].世界农业，2018(1)：175-178.ZhangH,ZhangYJ,YangY.ThepracticeandEnlightenmentofPrecisionAgricultureDevelopmentintheUnitedStatesandCanada[J].Worldagriculture,2018(1)：175-178.

　　[3]温佳伟，黄金柏，徐乐.日本精准农业发展现状与展望[J].中国农机化学报，2014，35(2)：337-340.WenJW,HuangJB,XuL.ProspectsandcurrentstatusofprecisionagricultureinJapan[J].JournalofChineseAgriculturalMechanization,2014,35(2):337-340.

　　[4]林海，胡锡宁，肖光顺，等.新疆精准农业的发展策略[J].新疆农业大学学报，2002，25(3)：83-86.LinH,HuXN,XiaoGS,etal.DevelopmentMeasureofPrecisionAgricultureinXinjiang[J].JournalofXinjiangAgriculturalUniversity,2002,25(3):83-86.

　　[5]陈学庚，赵岩.新疆兵团农业机械化现状与发展趋势[J].华东交通大学学报，2015，32(2)：1-7.ChenXG,ZhaoY.CurrentSituationandDevelopmentTrendofAgriculturalMechanizationinXinjiangCorps.JournalofEastChinaJiaotongUniversity,2015，32(2)：1-7

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