摘要：空天地一體化智慧農業服務與管理平臺融合北斗定位技術和高分遙感技術，通過實時接收北斗定位數據和定時接收衛星遙感數據，實現農作物的長勢監測、病蟲害和氣象災害監測、農業旱情監測和灌溉用水管理等應用，從而為農作物估產、病蟲害預防、水肥藥的變量噴施提供決策。

　　關鍵詞：北斗定位;高分遙感;農業服務;管理平臺

　　0　引言

　　當前，北斗系統在農機化領域規模化應用，主要體現在兩個方面：一是農機自動駕駛導航[1-2]，二是農機精準作業調度的應用。農機自動駕駛系統可應用在拖拉機、收割機、插秧機、地面植保機等農業機械上，可覆蓋耕、種、管、收全農業生產過程。農機自動駕駛技術可實現±2.5cm的作業精度，從而提高土地利用率，降低勞動生產成本，延長作業時間，解放農機手的雙手。

　　農機作業監管主要包括深松作業監管、秸稈還田作業監管、農機化管理監管。通過北斗遠程智能終端，實時上傳位置、時間、農機狀態和油耗等信息至天地一體化智慧農業服務與管理平臺，可實現農機實時位置監視、歷史軌跡回放、作業面積統計、農機狀態管理、農機管理調度以及加油配送服務、租賃服務等。高分遙感影像在農業遙感中的應用主要表現為利用不同光譜和空間分辨率影像采集農田及其環境信息[3]。

　　包括農業基礎信息遙感普查、耕地面積及分布遙感監測、農田基礎設施遙感監測、高標準農田建設遙感監測、農作物種植面積遙感監測、土壤肥力遙感監測、農業工程項目遙感監測等。衛星導航系統和高分衛星遙感系統作為空間信息基礎設施，是精準農業的重要技術支撐，是發展現代農業和實現農業可持續發展的關鍵技術。以衛星遙感、地理信息技術等現代信息技術改造傳統農業，是促進現代農業發展的有效途徑。

　　1　論述部分

　　1.1　系統架構

　　空天地一體化智慧農業服務與管理平臺主要由感知層、傳輸層、支撐層和應用層組成。感知層為整個項目提供整個平臺運行的軟硬件基礎設施和平臺運行所需及產生的各類數據支撐。主要包括北斗網絡RTK基準站獲取的北斗定位數據、高分影像數據、精準作業農機以及北斗終端等;傳輸層針對精準農業對北斗數據和高分遙感數據的接入、處理、管理以及共享分發的功能需求，提供共用數據接入、數據管理、數據處理、數據共享分發和時空可視化等能力;支撐層主要集成精準農業應用的支撐算法，主要包括離線計算、機器學習、微服務架構、圖像識別、大數據技術、人工智能AI、傳感器融合、融合通信等算法模型;應用層為整個項目運行的核心層，主要包括北斗地基增強系統、北斗農機精準作業與服務系統、農作物遙感監測管理系統等。

　　1.2　系統功能

　　北斗地基導航增強系統功能：通過基準站向差分數據處理服務中心發送實時數據流，經過數據處理服務中心處理后，形成區域高精度差分數據，通過地面移動通信網絡播發，為北斗農機自動駕駛儀、北斗農機遠程智能終端、植保無人機等高精度定位終端提供實時導航增強信號。北斗農機精準作業與服務系統：提供農機狀態監控數據的接收處理、農機精準作業管理、農機作業量的計算、農機補助信息管理、農機加油服務、農機作業租賃服務等功能。

　　農作物遙感監測管理系統：提供農用地分類提取、特色農作物分類提取、地圖可視化綜合判讀、病蟲害監測、綜合統計分析、長勢指標監測、寒潮前期氣候評估、寒潮預報、凍害預警、凍害災情監測、長勢評價、異常點識別、歷史對比、專題報告模板制作、專題報告模板管理、專題報告快速生成等模塊，為掌握區域內作物的種植長勢情況提供技術支撐，并實現對當地特色農產品的高影響農業災害監測的功能。

　　1.3　子系統方案

　　1.3.1　北斗地基增強系統

　　北斗地基增強系統，是在一定的農業作業范圍內，建立由若干個連續運行的北斗基準站、數據通信鏈路、數據處理服務中心和用戶終端構成的局域網絡，綜合應用衛星導航定位技術、計算機技術、數據通信和互聯網(LAN/WAN)技術進行實時差分改正信息解算，實時地向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動地提供經過檢驗的不同類型的衛星導航信號觀測值(載波相位、偽距)、各種改正數、狀態信息等。

　　1)系統數據流北斗農業區域增強系統數據流可分為系統級數據流和應用級數據流兩類。系統級數據流(如圖2所示)是北斗農業區域增強系統為提供高精度定位信息服務而產生的數據流，為北斗農業區域增強系統發揮空間信息服務基礎設施的作用提供支撐，能夠作為基礎數據服務平臺，支持不同行業、不同領域的多種應用;應用級數據流是專門針對精準農業領域需求而設計的數據流，能夠將北斗農業區域增強系統高精度定位信息結合到精準農業具體應用場景中，為農業信息化建設提供服務。

　　2)接口協議根據不同使用場景，北斗區域增強系統采用的傳輸協議如下：①RTCM協議基準站發送給數據處理服務中心的原始觀測數據，以及數據處理服務中心播發給流動站接收機的差分改正數據采用RTCM3.2協議格式，包含北斗的數據格式設計。②NMEA協議流動站接收機上傳給數據處理服務中心的用戶概略位置，以及流動站接收機發送給農機控制系統的高精度定位解算結果采用NMEA0183協議格式。③自定義協議基準站接收機發送給數據處理服務中心的設備狀態信息、數據處理服務中心發送給基準站接收機的設備配置命令、流動站接收機上傳給數據處理服務中心的服務請求信息、數據處理服務中心發送給流動站接收機的地塊基準點坐標信息，以及流動站接收機發送給農機控制系統的軌跡線標定數據均采用自定義協議格式。

　　3)接口關系

　　1.3.2　北斗農機精準作業與服務子系統

　　通過基于北斗定位技術的農機自動駕駛儀、遠程智能終端，實時監測農機位置信息、運轉狀態信息、油耗信息，對現有農機實現信息化遠程監管，可對農機實現數據關聯接收、精準作業操控、作業信息核算、加油服務、作業租賃、售后服務、農機補助信息管理等。

　　1.3.3　農作物遙感監測管理子系統

　　遙感衛星具有覆蓋能力強、重訪周期短、獲取成本相對低等特點，對大面積農業生產調查、評價、監測和管理具有獨特的優勢。近年來農業遙感在長時間序列作物長勢動態監測、農作物種類識別、田間精細農業信息獲取等關鍵技術方面取得了較大突破。

　　我國東北地區現代農業物質基礎設施建設不斷加強，農業機械總動力持續增長，集約程度高、種植面積大，基本實現規模化、機械化種植，適合利用衛星遙感開展農業監測和管理工作。綜合利用高分辨率小型敏捷光學成像衛星、0.5m分辨率光學影像等衛星數據，以及無人機數據、北斗導航定位數據，結合高光譜、紋理、幾何特征等提取分析技術，實現內蒙古特色農作物的長勢周期化監測。基于衛星遙感數據，對農作物進行識別，獲取農作物地塊的邊界，基于農作物地塊的邊界和坐標系統統計每個地塊的面積。

　　結合調查數據獲得農作物地塊的權屬，得到每一戶農作物地塊的位置和面積。利用多期遙感數據，分別獲取不同生長階段農作物的長勢，與此同時采集各個時期的樣點數據，通過模型獲得農作物的生長變化過程，評估作物的災害信息。利用農機作業的軌跡、作業面積和收割獲得的產量，獲得作業區的平均畝產量。基于遙感和樣點獲得的農作物生長過程，結合測產數據、氣象數據、農機獲得的平均畝產量和歷史產量建立遙感估算模型，用遙感估產模型估測每一區域的畝產量。讓專家評審小組，根據作物的品種、作物播種期、作物收割期和遙感估測產量獲得畝產量。

　　2　結束語

　　針對現代農業農作物的長勢與農業災害監測需求，集成北斗導航定位、遙感、通信等技術，建成以北斗導航數據與軍民高分數據融合應用為主體，面向農機監控管理、作物長勢監測、農業植保管理的區域特色農業監測應用系統，為農作物長勢監測、氣象災害監測、病蟲害監測、無人機打藥管理、農機態勢監測和農作物節水灌溉提供技術手段。后續構建軍民兩用協同精密定位網絡，發展大中型北斗農機裝備應用，建設精準農業業務運行系統，在促進示范區現代農業發展水平和屯墾戍邊能力、提升農機化行業主管部門管理水平、保障國家糧食安全戰略的同時，提升軍隊快速精準定位能力，擴大和完善北斗星地聯合增強系統覆蓋范圍和北斗連續監測評估能力。

　　參考文獻：

　　[1]　何成龍.北斗導航系統在我國精準農業中的應用[J].衛星應用，2014(12)：24-27.

　　[2]　沈劍波，王應寬北斗導航與精準農業在新疆棉花種植中的典型應用[J].農業工程技術，2019，39(36)：31-33.

　　[3]　李敏，趙庚星，李百紅.基于遙感的鄉鎮級棉花面積提取與長勢監測研究[J].山東農業大學學報(自然科學版)，2011，42(4)：533-538.

　　作者：李巖1，張雯雯1，姜飛2