摘要：空天地一體化智慧農(nóng)業(yè)服務(wù)與管理平臺(tái)融合北斗定位技術(shù)和高分遙感技術(shù)，通過(guò)實(shí)時(shí)接收北斗定位數(shù)據(jù)和定時(shí)接收衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)、病蟲害和氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)旱情監(jiān)測(cè)和灌溉用水管理等應(yīng)用，從而為農(nóng)作物估產(chǎn)、病蟲害預(yù)防、水肥藥的變量噴施提供決策。

　　關(guān)鍵詞：北斗定位;高分遙感;農(nóng)業(yè)服務(wù);管理平臺(tái)

　　0　引言

　　當(dāng)前，北斗系統(tǒng)在農(nóng)機(jī)化領(lǐng)域規(guī)模化應(yīng)用，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛導(dǎo)航[1-2]，二是農(nóng)機(jī)精準(zhǔn)作業(yè)調(diào)度的應(yīng)用。農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)可應(yīng)用在拖拉機(jī)、收割機(jī)、插秧機(jī)、地面植保機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械上，可覆蓋耕、種、管、收全農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛技術(shù)可實(shí)現(xiàn)±2.5cm的作業(yè)精度，從而提高土地利用率，降低勞動(dòng)生產(chǎn)成本，延長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間，解放農(nóng)機(jī)手的雙手。

　　農(nóng)機(jī)作業(yè)監(jiān)管主要包括深松作業(yè)監(jiān)管、秸稈還田作業(yè)監(jiān)管、農(nóng)機(jī)化管理監(jiān)管。通過(guò)北斗遠(yuǎn)程智能終端，實(shí)時(shí)上傳位置、時(shí)間、農(nóng)機(jī)狀態(tài)和油耗等信息至天地一體化智慧農(nóng)業(yè)服務(wù)與管理平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)實(shí)時(shí)位置監(jiān)視、歷史軌跡回放、作業(yè)面積統(tǒng)計(jì)、農(nóng)機(jī)狀態(tài)管理、農(nóng)機(jī)管理調(diào)度以及加油配送服務(wù)、租賃服務(wù)等。高分遙感影像在農(nóng)業(yè)遙感中的應(yīng)用主要表現(xiàn)為利用不同光譜和空間分辨率影像采集農(nóng)田及其環(huán)境信息[3]。

　　包括農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)信息遙感普查、耕地面積及分布遙感監(jiān)測(cè)、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施遙感監(jiān)測(cè)、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)遙感監(jiān)測(cè)、農(nóng)作物種植面積遙感監(jiān)測(cè)、土壤肥力遙感監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)工程項(xiàng)目遙感監(jiān)測(cè)等。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和高分衛(wèi)星遙感系統(tǒng)作為空間信息基礎(chǔ)設(shè)施，是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的重要技術(shù)支撐，是發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。以衛(wèi)星遙感、地理信息技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，是促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的有效途徑。

　　1　論述部分

　　1.1　系統(tǒng)架構(gòu)

　　空天地一體化智慧農(nóng)業(yè)服務(wù)與管理平臺(tái)主要由感知層、傳輸層、支撐層和應(yīng)用層組成。感知層為整個(gè)項(xiàng)目提供整個(gè)平臺(tái)運(yùn)行的軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施和平臺(tái)運(yùn)行所需及產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)支撐。主要包括北斗網(wǎng)絡(luò)RTK基準(zhǔn)站獲取的北斗定位數(shù)據(jù)、高分影像數(shù)據(jù)、精準(zhǔn)作業(yè)農(nóng)機(jī)以及北斗終端等;傳輸層針對(duì)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)對(duì)北斗數(shù)據(jù)和高分遙感數(shù)據(jù)的接入、處理、管理以及共享分發(fā)的功能需求，提供共用數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)共享分發(fā)和時(shí)空可視化等能力;支撐層主要集成精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)應(yīng)用的支撐算法，主要包括離線計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、微服務(wù)架構(gòu)、圖像識(shí)別、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能AI、傳感器融合、融合通信等算法模型;應(yīng)用層為整個(gè)項(xiàng)目運(yùn)行的核心層，主要包括北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)、北斗農(nóng)機(jī)精準(zhǔn)作業(yè)與服務(wù)系統(tǒng)、農(nóng)作物遙感監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)等。

　　1.2　系統(tǒng)功能

　　北斗地基導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)功能：通過(guò)基準(zhǔn)站向差分?jǐn)?shù)據(jù)處理服務(wù)中心發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理服務(wù)中心處理后，形成區(qū)域高精度差分?jǐn)?shù)據(jù)，通過(guò)地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)播發(fā)，為北斗農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛儀、北斗農(nóng)機(jī)遠(yuǎn)程智能終端、植保無(wú)人機(jī)等高精度定位終端提供實(shí)時(shí)導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)。北斗農(nóng)機(jī)精準(zhǔn)作業(yè)與服務(wù)系統(tǒng)：提供農(nóng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的接收處理、農(nóng)機(jī)精準(zhǔn)作業(yè)管理、農(nóng)機(jī)作業(yè)量的計(jì)算、農(nóng)機(jī)補(bǔ)助信息管理、農(nóng)機(jī)加油服務(wù)、農(nóng)機(jī)作業(yè)租賃服務(wù)等功能。

　　農(nóng)作物遙感監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)：提供農(nóng)用地分類提取、特色農(nóng)作物分類提取、地圖可視化綜合判讀、病蟲害監(jiān)測(cè)、綜合統(tǒng)計(jì)分析、長(zhǎng)勢(shì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)、寒潮前期氣候評(píng)估、寒潮預(yù)報(bào)、凍害預(yù)警、凍害災(zāi)情監(jiān)測(cè)、長(zhǎng)勢(shì)評(píng)價(jià)、異常點(diǎn)識(shí)別、歷史對(duì)比、專題報(bào)告模板制作、專題報(bào)告模板管理、專題報(bào)告快速生成等模塊，為掌握區(qū)域內(nèi)作物的種植長(zhǎng)勢(shì)情況提供技術(shù)支撐，并實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)?shù)靥厣�農(nóng)產(chǎn)品的高影響農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的功能。

　　1.3　子系統(tǒng)方案

　　1.3.1　北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)

　　北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)，是在一定的農(nóng)業(yè)作業(yè)范圍內(nèi)，建立由若干個(gè)連續(xù)運(yùn)行的北斗基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)通信鏈路、數(shù)據(jù)處理服務(wù)中心和用戶終端構(gòu)成的局域網(wǎng)絡(luò)，綜合應(yīng)用衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)(LAN/WAN)技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)差分改正信息解算，實(shí)時(shí)地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動(dòng)地提供經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的不同類型的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)觀測(cè)值(載波相位、偽距)、各種改正數(shù)、狀態(tài)信息等。

　　1)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流北斗農(nóng)業(yè)區(qū)域增強(qiáng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流可分為系統(tǒng)級(jí)數(shù)據(jù)流和應(yīng)用級(jí)數(shù)據(jù)流兩類。系統(tǒng)級(jí)數(shù)據(jù)流(如圖2所示)是北斗農(nóng)業(yè)區(qū)域增強(qiáng)系統(tǒng)為提供高精度定位信息服務(wù)而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流，為北斗農(nóng)業(yè)區(qū)域增強(qiáng)系統(tǒng)發(fā)揮空間信息服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施的作用提供支撐，能夠作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，支持不同行業(yè)、不同領(lǐng)域的多種應(yīng)用;應(yīng)用級(jí)數(shù)據(jù)流是專門針對(duì)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域需求而設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)流，能夠?qū)⒈倍忿r(nóng)業(yè)區(qū)域增強(qiáng)系統(tǒng)高精度定位信息結(jié)合到精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)具體應(yīng)用場(chǎng)景中，為農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)提供服務(wù)。

　　2)接口協(xié)議根據(jù)不同使用場(chǎng)景，北斗區(qū)域增強(qiáng)系統(tǒng)采用的傳輸協(xié)議如下：①RTCM協(xié)議基準(zhǔn)站發(fā)送給數(shù)據(jù)處理服務(wù)中心的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)，以及數(shù)據(jù)處理服務(wù)中心播發(fā)給流動(dòng)站接收機(jī)的差分改正數(shù)據(jù)采用RTCM3.2協(xié)議格式，包含北斗的數(shù)據(jù)格式設(shè)計(jì)。②NMEA協(xié)議流動(dòng)站接收機(jī)上傳給數(shù)據(jù)處理服務(wù)中心的用戶概略位置，以及流動(dòng)站接收機(jī)發(fā)送給農(nóng)機(jī)控制系統(tǒng)的高精度定位解算結(jié)果采用NMEA0183協(xié)議格式。③自定義協(xié)議基準(zhǔn)站接收機(jī)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理服務(wù)中心的設(shè)備狀態(tài)信息、數(shù)據(jù)處理服務(wù)中心發(fā)送給基準(zhǔn)站接收機(jī)的設(shè)備配置命令、流動(dòng)站接收機(jī)上傳給數(shù)據(jù)處理服務(wù)中心的服務(wù)請(qǐng)求信息、數(shù)據(jù)處理服務(wù)中心發(fā)送給流動(dòng)站接收機(jī)的地塊基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)信息，以及流動(dòng)站接收機(jī)發(fā)送給農(nóng)機(jī)控制系統(tǒng)的軌跡線標(biāo)定數(shù)據(jù)均采用自定義協(xié)議格式。

　　3)接口關(guān)系

　　1.3.2　北斗農(nóng)機(jī)精準(zhǔn)作業(yè)與服務(wù)子系統(tǒng)

　　通過(guò)基于北斗定位技術(shù)的農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛儀、遠(yuǎn)程智能終端，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)機(jī)位置信息、運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)信息、油耗信息，對(duì)現(xiàn)有農(nóng)機(jī)實(shí)現(xiàn)信息化遠(yuǎn)程監(jiān)管，可對(duì)農(nóng)機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)接收、精準(zhǔn)作業(yè)操控、作業(yè)信息核算、加油服務(wù)、作業(yè)租賃、售后服務(wù)、農(nóng)機(jī)補(bǔ)助信息管理等。

　　1.3.3　農(nóng)作物遙感監(jiān)測(cè)管理子系統(tǒng)

　　遙感衛(wèi)星具有覆蓋能力強(qiáng)、重訪周期短、獲取成本相對(duì)低等特點(diǎn)，對(duì)大面積農(nóng)業(yè)生產(chǎn)調(diào)查、評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)和管理具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)農(nóng)業(yè)遙感在長(zhǎng)時(shí)間序列作物長(zhǎng)勢(shì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、農(nóng)作物種類識(shí)別、田間精細(xì)農(nóng)業(yè)信息獲取等關(guān)鍵技術(shù)方面取得了較大突破。

　　我國(guó)東北地區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)物質(zhì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷加強(qiáng)，農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力持續(xù)增長(zhǎng)，集約程度高、種植面積大，基本實(shí)現(xiàn)規(guī)模化、機(jī)械化種植，適合利用衛(wèi)星遙感開展農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)和管理工作。綜合利用高分辨率小型敏捷光學(xué)成像衛(wèi)星、0.5m分辨率光學(xué)影像等衛(wèi)星數(shù)據(jù)，以及無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)、北斗導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)，結(jié)合高光譜、紋理、幾何特征等提取分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)蒙古特色農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)周期化監(jiān)測(cè)。基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行識(shí)別，獲取農(nóng)作物地塊的邊界，基于農(nóng)作物地塊的邊界和坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)每個(gè)地塊的面積。

　　結(jié)合調(diào)查數(shù)據(jù)獲得農(nóng)作物地塊的權(quán)屬，得到每一戶農(nóng)作物地塊的位置和面積。利用多期遙感數(shù)據(jù)，分別獲取不同生長(zhǎng)階段農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)，與此同時(shí)采集各個(gè)時(shí)期的樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過(guò)模型獲得農(nóng)作物的生長(zhǎng)變化過(guò)程，評(píng)估作物的災(zāi)害信息。利用農(nóng)機(jī)作業(yè)的軌跡、作業(yè)面積和收割獲得的產(chǎn)量，獲得作業(yè)區(qū)的平均畝產(chǎn)量。基于遙感和樣點(diǎn)獲得的農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程，結(jié)合測(cè)產(chǎn)數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、農(nóng)機(jī)獲得的平均畝產(chǎn)量和歷史產(chǎn)量建立遙感估算模型，用遙感估產(chǎn)模型估測(cè)每一區(qū)域的畝產(chǎn)量。讓專家評(píng)審小組，根據(jù)作物的品種、作物播種期、作物收割期和遙感估測(cè)產(chǎn)量獲得畝產(chǎn)量。

　　2　結(jié)束語(yǔ)

　　針對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)與農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)需求，集成北斗導(dǎo)航定位、遙感、通信等技術(shù)，建成以北斗導(dǎo)航數(shù)據(jù)與軍民高分?jǐn)?shù)據(jù)融合應(yīng)用為主體，面向農(nóng)機(jī)監(jiān)控管理、作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)植保管理的區(qū)域特色農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)應(yīng)用系統(tǒng)，為農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)、氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)、病蟲害監(jiān)測(cè)、無(wú)人機(jī)打藥管理、農(nóng)機(jī)態(tài)勢(shì)監(jiān)測(cè)和農(nóng)作物節(jié)水灌溉提供技術(shù)手段。后續(xù)構(gòu)建軍民兩用協(xié)同精密定位網(wǎng)絡(luò)，發(fā)展大中型北斗農(nóng)機(jī)裝備應(yīng)用，建設(shè)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)，在促進(jìn)示范區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展水平和屯墾戍邊能力、提升農(nóng)機(jī)化行業(yè)主管部門管理水平、保障國(guó)家糧食安全戰(zhàn)略的同時(shí)，提升軍隊(duì)快速精準(zhǔn)定位能力，擴(kuò)大和完善北斗星地聯(lián)合增強(qiáng)系統(tǒng)覆蓋范圍和北斗連續(xù)監(jiān)測(cè)評(píng)估能力。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]　何成龍.北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在我國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J].衛(wèi)星應(yīng)用，2014(12)：24-27.

　　[2]　沈劍波，王應(yīng)寬北斗導(dǎo)航與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在新疆棉花種植中的典型應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2019，39(36)：31-33.

　　[3]　李敏，趙庚星，李百紅.基于遙感的鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)棉花面積提取與長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)研究[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011，42(4)：533-538.

　　作者：李巖1，張?chǎng)��?，姜飛2