通過實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位,北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了更加精準(zhǔn)的可能。這一國(guó)之重器在我國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域“落地生根”的背后,是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)走向智能化、科技化、現(xiàn)代化的典型探索,也是我國(guó)自力更生在高水平科技領(lǐng)域不斷突破的生動(dòng)體現(xiàn)。
山東巨野農(nóng)民種蘿卜的視頻火了——
“采用裝載北斗導(dǎo)航自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)的播種機(jī),8小時(shí)可播種40畝,百米誤差僅2厘米。如果用人工播種,同樣8小時(shí),五六個(gè)人僅可播種兩畝地。”巨野縣龍堌鎮(zhèn)土碼頭農(nóng)場(chǎng)主鄧海英說。
不僅是高精度種蘿卜,自動(dòng)規(guī)劃插秧路線、玉米籽粒機(jī)收……搭載北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱“北斗系統(tǒng)”)的農(nóng)業(yè)機(jī)械,正馳騁在全國(guó)各地的農(nóng)田里。特別是今年,我國(guó)糧食生產(chǎn)在經(jīng)歷極端天氣等考驗(yàn)后,實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)豐收,北斗系統(tǒng)便是背后的“法寶”之一。
作為我國(guó)自主建設(shè)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),北斗系統(tǒng)是GPS、GLONASS之后,第三個(gè)成熟的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。自2012年北斗二號(hào)建成后,北斗系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到了規(guī)?;茝V,截至2022年6月底,農(nóng)業(yè)已累計(jì)應(yīng)用北斗設(shè)備近100萬臺(tái)/套。
全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在大田精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用。吳才聰制圖
北斗系統(tǒng)在我國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域“落地生根”的背后,是這個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)走向智能化、科技化、現(xiàn)代化的典型探索,也是我國(guó)自力更生在高水平科技領(lǐng)域不斷突破的生動(dòng)體現(xiàn)。近年來,隨著北斗產(chǎn)品加速進(jìn)入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,通過厘米級(jí)定位和控制,這一國(guó)之重器為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了更加精準(zhǔn)的可能。
一顆“中子”撞地球
時(shí)間回?fù)艿?0年前,河北省沽源縣豐泰種植合作社負(fù)責(zé)人張志貴開始承包土地種植馬鈴薯。然而,每年春播時(shí)節(jié),1600多畝的地讓他犯了難。為趕在雨季之前完成播種,必須每天耕作上百畝,兩周連軸作業(yè),才能保證完成任務(wù)。
最讓張志貴頭疼的是開農(nóng)機(jī)的司機(jī)。“之前都是插上旗桿,用劃印器在地上劃線,機(jī)手瞄著紅旗壓著白線開,彎曲、并線等問題是常有的。農(nóng)忙時(shí),花高價(jià)都不一定能請(qǐng)到好司機(jī)。”張志貴回憶那些年,高昂的人工成本,加上市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng),一年到頭也掙不了幾個(gè)錢。
如今,北斗導(dǎo)航自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)幫了張志貴大忙——只需按照步驟提前設(shè)置好程序,農(nóng)機(jī)即可按照期望的路徑自動(dòng)駕駛,無需全程掌控方向盤,只需在轉(zhuǎn)彎時(shí)打打方向盤。“一次性就可以完成播種、起壟、開溝、施肥、鋪設(shè)膜下滴灌帶和膜上筑土等多道工序,駕駛員還可以隨時(shí)下車查看播種情況。”張志貴笑著告訴記者,“與傳統(tǒng)人工點(diǎn)播相比,機(jī)械化播種播量均勻,一畝地能比之前多種兩行土豆,每畝地能增產(chǎn)10%。”
河北省沽源縣豐泰種植合作社內(nèi),裝有北斗導(dǎo)航自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)的播種機(jī)正是在播種土豆。 受訪者供圖
事實(shí)上,衛(wèi)星導(dǎo)航最初是為軍事服務(wù),20世紀(jì)90年代以來開始向民用領(lǐng)域開放。從2009年啟動(dòng)研發(fā)的北斗三號(hào)系統(tǒng),應(yīng)用場(chǎng)景除提供定位、授時(shí)、導(dǎo)航和短報(bào)文通信等基本服務(wù),還具備精密單點(diǎn)定位、地基增強(qiáng)等多種特色服務(wù)能力,為其融入農(nóng)業(yè)領(lǐng)域提供了基本條件。
“北斗就像一顆‘中子’,撞到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,會(huì)產(chǎn)生裂變。”中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院北斗團(tuán)隊(duì)牽頭人、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)機(jī)作業(yè)監(jiān)測(cè)與大數(shù)據(jù)應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、中國(guó)農(nóng)機(jī)工業(yè)協(xié)會(huì)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備分會(huì)秘書長(zhǎng)吳才聰介紹,北斗系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)中觸發(fā)了鏈?zhǔn)椒磻?yīng),促成了首個(gè)規(guī)?;瘧?yīng)用的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)。
基于北斗系統(tǒng)的自動(dòng)輔助駕駛技術(shù)應(yīng)用在田間作業(yè)機(jī)械上,可以保證實(shí)施起壟、播種、噴藥、收獲等作業(yè)的交接行精度,避免作業(yè)重疊或遺漏,從而大大提高作業(yè)精度。
剛剛過去的采棉季,利用裝上北斗系統(tǒng)的采棉機(jī)進(jìn)行機(jī)械化采摘,已經(jīng)不是新鮮事。在新疆各區(qū)棉花種植區(qū)里,在年初播種行距固定的情況下,裝有北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的采棉機(jī),按照規(guī)劃好的行進(jìn)路線作業(yè),能夠做到精準(zhǔn)采摘。
新疆庫(kù)爾勒普惠鄉(xiāng)的棉花種植戶劉四雷經(jīng)營(yíng)著400畝棉花地。“以前人工采棉需要40至45天,現(xiàn)在用上了裝有自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)的采棉機(jī),1天1夜就可以采完。之前人工采,成本兩塊多一公斤,機(jī)采一公斤只需4毛多,平均每畝地能節(jié)省700多元,落花率也大幅降低。”劉四雷告訴記者,按照傳統(tǒng)種植模式,管理400畝棉花地需要5個(gè)人,而現(xiàn)在2個(gè)人就可以高效管理農(nóng)田。
在新疆庫(kù)爾勒普惠鄉(xiāng),裝有北斗導(dǎo)航自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)的播種機(jī)正在播種玉米。 受訪者供圖
北斗導(dǎo)航自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)的應(yīng)用,不僅能實(shí)現(xiàn)節(jié)本增效,也使種田更加輕松。
“在車?yán)锩?,都有喝茶的時(shí)間。”劉四雷說,以前是男同志開車,一天下來全身是土,又臟又累。這兩年隨著北斗導(dǎo)航的普及和拖拉機(jī)的升級(jí)換代,女司機(jī)也可以坐在車?yán)锔筛蓛魞舻馗苫睢?/div>
北大荒集團(tuán)黑龍江勝利農(nóng)場(chǎng)內(nèi),裝有北斗導(dǎo)航自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)的無人植保機(jī)正在農(nóng)田內(nèi)打藥。 受訪者供圖
中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室主任冉其承介紹,剛剛過去的“三秋”時(shí)節(jié),基于北斗系統(tǒng)的植保無人機(jī)、自動(dòng)駕駛拖拉機(jī)、播種機(jī)、收割機(jī)等,廣泛應(yīng)用在北京、河北、河南、山東、浙江、江蘇、黑龍江、甘肅等地,在秋收、秋種中發(fā)揮了重要作用。北斗正成為農(nóng)民實(shí)打?qū)嵉呢S收“金鑰匙”。
±2.5厘米
“畢竟是農(nóng)業(yè)生產(chǎn),一厘米、兩厘米的差別放到大田里,播種時(shí)多一顆還是少一顆,累計(jì)下來就是百分之幾的差別,要求其實(shí)也不低。”提到為什么使用北斗導(dǎo)航自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng),劉四雷如此說道。
近年來,隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展,對(duì)其核心支撐的定位精度要求也不斷提高。而使用北斗自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)后的農(nóng)機(jī),1000米內(nèi)的誤差僅有±2.5厘米。
±2.5厘米是什么概念?當(dāng)時(shí),在新疆最優(yōu)秀的農(nóng)機(jī)手,作業(yè)精度是10厘米左右,北斗自動(dòng)導(dǎo)航的精準(zhǔn)度提高了3倍;而普通手機(jī)和車載導(dǎo)航的精度是5到10米。
但是,北斗系統(tǒng)只能提供導(dǎo)航信號(hào),厘米級(jí)甚至毫米級(jí)精準(zhǔn)導(dǎo)航是怎么實(shí)現(xiàn)的?
先來看一下北斗自動(dòng)導(dǎo)航設(shè)備的工作原理——在導(dǎo)航終端中設(shè)定導(dǎo)航線,通過拖拉機(jī)上安裝的前輪轉(zhuǎn)角傳感器、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)、慣性測(cè)量單元,來獲取拖拉機(jī)的實(shí)時(shí)位置、速度、姿態(tài),并計(jì)算拖拉機(jī)與預(yù)設(shè)導(dǎo)航線的偏離距離和偏離航向,再通過導(dǎo)航控制器計(jì)算前輪轉(zhuǎn)角,并向拖拉機(jī)的自動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)發(fā)送控制信號(hào),實(shí)時(shí)修正拖拉機(jī)的行駛方向。
北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)就相當(dāng)于導(dǎo)航設(shè)備的“大腦”,是自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)的核心部件。也就是說,每臺(tái)終端設(shè)備想要實(shí)現(xiàn)定位,就要靠接收機(jī)內(nèi)的定位板卡來進(jìn)行計(jì)算和處理。
2022年9月22日,在上海土是寶數(shù)字農(nóng)場(chǎng),智能變量噴霧機(jī)器人利用“中國(guó)移動(dòng)5G+北斗高精度定位”,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)規(guī)劃的農(nóng)機(jī)作業(yè)范圍。 新華社記者 王翔 攝
但在北斗系統(tǒng)應(yīng)用之初,定位板卡卻面臨著受制于人的境地。
“時(shí)至2011年,我國(guó)定位導(dǎo)航板卡90%以上被國(guó)外企業(yè)占據(jù)。”上海司南總經(jīng)理王昌告訴記者,當(dāng)年,國(guó)內(nèi)導(dǎo)航型板卡是200元一片,而進(jìn)口的高精度定位板卡價(jià)格在2萬至3萬元一片。“所以當(dāng)時(shí),國(guó)外高精度板卡比國(guó)內(nèi)導(dǎo)航型板卡定位精度高了100倍,技術(shù)門檻也高了100倍,成本高了100倍,售價(jià)也高了100倍。”
糧食安全要抓在自己手上,核心技術(shù)也要牢牢抓在自己手上。在北斗系統(tǒng)應(yīng)用之初,以司南導(dǎo)航為代表的導(dǎo)航企業(yè)加大自主研發(fā)力度,攻克了一個(gè)個(gè)技術(shù)難關(guān),實(shí)現(xiàn)了高精度板卡的自主可控。“當(dāng)前,高精度板卡的價(jià)格不止攔腰對(duì)折,甚至低至2折、1折,現(xiàn)在邁向了千元級(jí)別,功耗也越來越低。”王昌說。
由于農(nóng)業(yè)作業(yè)的特殊性,除要求路徑跟蹤精度達(dá)到±2.5厘米外,對(duì)信號(hào)的可靠性也有著較高的要求。
“信號(hào)中斷后,農(nóng)機(jī)將無法保持厘米級(jí)的定位精度,針對(duì)棉花等對(duì)作業(yè)精度要求較高的作物,只能停止作業(yè),會(huì)耽誤農(nóng)時(shí)。”千尋位置解決方案經(jīng)理胡冰冰告訴記者,全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位時(shí),因衛(wèi)星、大氣層和用戶端三個(gè)方面的綜合誤差影響,單點(diǎn)定位的誤差在5-10米,不能滿足精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的需求。“通過增強(qiáng)系統(tǒng)將誤差計(jì)算出來,發(fā)送給用戶終端,用戶終端把誤差消除后,定位的精度就可以提高。”
然而,在北斗系統(tǒng)應(yīng)用之初,農(nóng)機(jī)手都是自己購(gòu)買移動(dòng)基站進(jìn)行差分定位。胡冰冰介紹,當(dāng)時(shí),僅新疆石河子就建了接近130個(gè)固定式小基站。但是,由于無人協(xié)調(diào)電臺(tái)發(fā)射頻率,造成了非常嚴(yán)重的信號(hào)干擾,一旦接入別人的基站,就會(huì)導(dǎo)致坐標(biāo)不統(tǒng)一,拖拉機(jī)就會(huì)走歪。“就像很多人在群里喊話,一旦嗓門大了,就會(huì)把別人的電臺(tái)壓制。”
近年來,我國(guó)創(chuàng)新提出建設(shè)地基增強(qiáng)系統(tǒng),通過在全國(guó)范圍內(nèi)建設(shè)地基增強(qiáng)系統(tǒng)和北斗系統(tǒng)匹配融合。2016年,國(guó)家北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)“全國(guó)一張網(wǎng)”正式投入運(yùn)行,開始提供實(shí)時(shí)厘米級(jí)、后處理毫米級(jí)的高精度定位服務(wù)。2018年,千尋位置發(fā)布“星地一體”高精度時(shí)空服務(wù),進(jìn)一步增強(qiáng)服務(wù)的性能和覆蓋范圍。
盆景還是森林?
盡管如此,北斗導(dǎo)航自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)的推廣并沒有想象的順利。
第一代自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng),通過液壓閥控制油路的方式驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向,從而達(dá)到自動(dòng)駕駛的目的。“由于液壓改造要將油路拆開,插入很多油管,改造難度比較大,安裝時(shí)間很長(zhǎng),對(duì)工作人員要求較高。”上海司南產(chǎn)品經(jīng)理張冬冬告訴記者,雖然液壓改造后系統(tǒng)控制效率高一些,但是對(duì)于后端來說更加復(fù)雜,故障率也相對(duì)較高。
除此之外,高昂的成本,也成了自動(dòng)輔助駕駛大規(guī)模推廣的阻力。
“普通農(nóng)民對(duì)新技術(shù)的抵觸情緒比較大,況且當(dāng)時(shí)的成本很高,一套自動(dòng)駕駛設(shè)備通常要賣到十余萬元,價(jià)格相當(dāng)于一臺(tái)中馬力段拖拉機(jī)的價(jià)格,個(gè)體農(nóng)民很少有愿意嘗試的。”張冬冬說,在北斗系統(tǒng)應(yīng)用之初,所使用的高精度技術(shù)和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)都從國(guó)外引進(jìn),在液壓自動(dòng)轉(zhuǎn)向推廣的三四年間,銷量在每年1000臺(tái)左右,很難實(shí)現(xiàn)突破。
最初打開局面是在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)。過去每到棉花采摘季,便有河南、四川等地百萬采棉隊(duì)浩浩蕩蕩去新疆務(wù)工,近年來這個(gè)數(shù)字已銳減近一半。“這些年,內(nèi)陸省份工資和生活水平都提高了,年輕人不愿干這體力活,包吃包住一天350塊錢,都難請(qǐng)到人。”王昌表示,用北斗自動(dòng)導(dǎo)航的農(nóng)機(jī)在農(nóng)村有著更現(xiàn)實(shí)的需求。
“我們的業(yè)務(wù)員帶著產(chǎn)品前往團(tuán)場(chǎng)農(nóng)機(jī)科和農(nóng)機(jī)推廣站挨個(gè)走訪,先做實(shí)驗(yàn)測(cè)試,然后再小批量采購(gòu),大概花了一兩年的時(shí)間,兵團(tuán)內(nèi)部就認(rèn)可了這個(gè)產(chǎn)品。”張冬冬回憶道。隨著團(tuán)場(chǎng)的批量使用,自動(dòng)導(dǎo)航就在新疆遍地開花了。黑龍江也是先從國(guó)營(yíng)農(nóng)墾集團(tuán)推廣到普通農(nóng)戶。
國(guó)家層面的支持從2013年開啟。在北斗二號(hào)系統(tǒng)建成并提供區(qū)域服務(wù)之際,為促進(jìn)我國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備發(fā)展和北斗系統(tǒng)農(nóng)業(yè)應(yīng)用,財(cái)政部、原農(nóng)業(yè)部在國(guó)家農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼目錄中,增加了“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)設(shè)備”小類,對(duì)“農(nóng)業(yè)用北斗終端(含漁船用)”進(jìn)行補(bǔ)貼,為北斗系統(tǒng)開始在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域“落地生根”提供了助力。2014年,國(guó)家發(fā)改委啟動(dòng)的新疆兵團(tuán)第八師石河子市北斗系統(tǒng)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用示范工程項(xiàng)目,在陳學(xué)庚院士的指導(dǎo)下,對(duì)國(guó)產(chǎn)北斗農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的規(guī)模化應(yīng)用起到了至關(guān)重要的作用。
各類補(bǔ)貼算下來,一套設(shè)備只要三四萬元,農(nóng)民也能夠接受。在聽說有購(gòu)置補(bǔ)貼后,張志貴當(dāng)機(jī)立斷,購(gòu)入了第一臺(tái)自動(dòng)導(dǎo)航設(shè)備,“當(dāng)時(shí)雇一個(gè)熟練機(jī)手每天的工資是500元左右,用了導(dǎo)航后,對(duì)機(jī)手的要求低了,雇用機(jī)手的成本也在降,一臺(tái)自動(dòng)導(dǎo)航設(shè)備的成本兩三年就能收回。”
更大的驚喜來自2015年。國(guó)內(nèi)一批導(dǎo)航企業(yè)和主機(jī)企業(yè),通過自主研制北斗農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航和輔助駕駛系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化的突破——用電機(jī)控制代替了液壓控制,北斗自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)開始向規(guī)模化邁進(jìn)。
“新系統(tǒng)在執(zhí)行機(jī)構(gòu)和算法方面做了改進(jìn),把電機(jī)加裝在原車的方向盤上,改動(dòng)小了,安裝快了。”張冬冬介紹,從2015年開始,整個(gè)行業(yè)的銷量基本都在翻番增長(zhǎng),加上近幾年國(guó)產(chǎn)化速度加快,設(shè)備售價(jià)從之前的十余萬元降到了一萬多元,只有之前的十分之一。“2021年開始每年銷量都在2萬臺(tái)以上,2022年接近5萬臺(tái)。”
隨著土地流轉(zhuǎn)與農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼等政策的持續(xù)實(shí)施、農(nóng)機(jī)社會(huì)化服務(wù)體系的逐步建立,為北斗在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的快速推廣提供了助力。“可以明顯地感受到老百姓對(duì)北斗導(dǎo)航自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)接受度逐年增高,有些地區(qū)還出現(xiàn)了農(nóng)機(jī)不配置自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng),下地沒活兒干的現(xiàn)象。”上海聯(lián)適導(dǎo)航董事長(zhǎng)馬飛告訴記者。
不過,在安裝上,后裝和前裝問題還困擾著業(yè)界。多年來,北斗導(dǎo)航自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)的安裝,大多數(shù)都是在購(gòu)買農(nóng)機(jī)后,相應(yīng)的問題也隨之日益凸顯,例如后裝的安全性、兼容性和可靠性等難以得到有效保障。不少主機(jī)企業(yè)聯(lián)合導(dǎo)航企業(yè)和科研院所的辦法是:發(fā)展后裝應(yīng)用的同時(shí),不斷探索自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)前裝應(yīng)用。
“北斗系統(tǒng)的應(yīng)用只受想象力限制”
“十年前,搞北斗的人還不太清楚北斗在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域有什么應(yīng)用,而搞農(nóng)業(yè)的人卻只知道用GPS。”吳才聰認(rèn)為,在北斗系統(tǒng)應(yīng)用之初,技術(shù)和應(yīng)用場(chǎng)景之間還存在著鴻溝,但如今,這個(gè)鴻溝正在被填平。
《2022中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》數(shù)據(jù)顯示,在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,全國(guó)已有將北斗終端作為標(biāo)準(zhǔn)配置的農(nóng)機(jī)企業(yè)45家,安裝農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)超過10萬臺(tái),安裝農(nóng)機(jī)定位、作業(yè)監(jiān)測(cè)等遠(yuǎn)程運(yùn)維終端超過45萬臺(tái)/套,全國(guó)接入國(guó)家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)綜合數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)的農(nóng)機(jī)裝備達(dá)到25.8萬臺(tái),實(shí)現(xiàn)了跨企業(yè)農(nóng)機(jī)作業(yè)數(shù)據(jù)整合,水稻、小麥、玉米等主糧作物收獲和拖拉機(jī)作業(yè)的24小時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。
隨著北斗產(chǎn)品加速進(jìn)入農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,通過厘米級(jí)定位和精準(zhǔn)控制,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一系列場(chǎng)景有了更加精準(zhǔn)的可能,其應(yīng)用場(chǎng)景“朋友圈”正在不斷增加之中。
搭載北斗導(dǎo)航自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)的農(nóng)機(jī)已能適應(yīng)不同場(chǎng)景、不同地形。農(nóng)忙時(shí)節(jié),不論是平原、丘陵,還是高原地帶、極寒區(qū)域,從水稻機(jī)械直播、玉米籽粒機(jī)收到油菜全程機(jī)械化,4000多種我國(guó)自主研制的農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備,馳騁在不同類型的農(nóng)田上。
近年來,通過對(duì)北斗系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景的不斷探索,我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細(xì)化水平不斷提升,亦找到了一系列新的應(yīng)用方向,遙感、無人機(jī)噴藥、作業(yè)質(zhì)量監(jiān)測(cè)等都有著北斗深耕的身影。此外,北斗系統(tǒng)也逐漸成為農(nóng)業(yè)相關(guān)補(bǔ)貼發(fā)放的重要技術(shù)基礎(chǔ),諸如土地深松補(bǔ)貼發(fā)放是基于北斗系統(tǒng)和相關(guān)傳感器監(jiān)測(cè)作業(yè)面積和作業(yè)質(zhì)量實(shí)現(xiàn)的。
北大荒集團(tuán)黑龍江勝利農(nóng)場(chǎng)內(nèi),裝有北斗導(dǎo)航自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)的無人植保機(jī)正在農(nóng)田內(nèi)打藥。 受訪者供圖
“以前我需要每天去很多地方統(tǒng)計(jì)車輛使用,現(xiàn)在足不出戶,看著監(jiān)控中心的大屏幕,就能知道每一天農(nóng)機(jī)車在什么位置作業(yè)。有了農(nóng)機(jī)信息化管理調(diào)度系統(tǒng),可以隨時(shí)了解農(nóng)機(jī)的具體使用情況。”新疆生產(chǎn)兵團(tuán)一師二團(tuán)的農(nóng)機(jī)管理人員曾在接受采訪時(shí)感慨,有了北斗系統(tǒng),不知不覺還催生了農(nóng)機(jī)作業(yè)、組織和管理關(guān)系方式的變革。
基于農(nóng)機(jī)作業(yè)大數(shù)據(jù),還可以整體掌握麥?zhǔn)者M(jìn)度。在今年麥?zhǔn)占荆?萬多臺(tái)安裝了北斗系統(tǒng)的小麥聯(lián)合收割機(jī),就用工作軌跡,在我國(guó)農(nóng)田上畫出了一幅從南到北“追逐”豐收的熱力圖。
“就像孫家棟院士說的,北斗的應(yīng)用只受想象力的限制。”王昌認(rèn)為,其實(shí)北斗本身不是一個(gè)行業(yè),而是“北斗+”,隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)走向高度智能化、智慧化,北斗將深度改變更多領(lǐng)域。按照近年來的趨勢(shì),農(nóng)業(yè)成了除車輛導(dǎo)航和位置服務(wù)外最重要的應(yīng)用行業(yè)。“其實(shí)沒有一個(gè)是真正特別賺錢的企業(yè),都是在投入期。”王昌表示北斗的行業(yè)應(yīng)用還未到爆發(fā)期,有著廣闊前景。
采集數(shù)據(jù)、模型決策和精準(zhǔn)執(zhí)行是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的“三部曲”。農(nóng)機(jī)上裝了北斗,就能知道位置,進(jìn)而遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)工況和作業(yè)質(zhì)量,最終評(píng)估這些指標(biāo)以便決策。不過從數(shù)據(jù)采集到?jīng)Q策,再到執(zhí)行,北斗系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)應(yīng)用上還有很長(zhǎng)的路要走。
俄羅斯自然科學(xué)院外籍院士、新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)教授艾克拜爾·伊拉洪舉例,“北斗系統(tǒng)+傳感器”能提供草原覆蓋面積、草原長(zhǎng)勢(shì)、土壤裸露情況的基礎(chǔ)信息,但在區(qū)別草原物種、追蹤物質(zhì)流動(dòng)、分析養(yǎng)分循環(huán),根據(jù)土壤輻射形狀鑒別土壤類型、土壤性狀、土壤污染程度等方面的相關(guān)技術(shù)還有待提高。
“地區(qū)差異大,受到土壤、氣候、海拔等因素的影響和干擾,不利于北斗助力精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的推廣應(yīng)用。此外,技術(shù)難度較大且人才匱乏,會(huì)進(jìn)一步限制和影響北斗系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展。”艾克拜爾·伊拉洪認(rèn)為,在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域北斗系統(tǒng)的推廣還存在一些待突破的瓶頸。
就像建高鐵要重鋪軌道
“高鐵能在綠皮火車的軌道上跑嗎?就像高鐵需要建立新的路基、軌道一樣,北斗農(nóng)業(yè)應(yīng)用的爆發(fā)關(guān)鍵在于能否建立起一整套智慧農(nóng)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)體系。”吳才聰拿北斗無人駕駛系統(tǒng)舉例,即使擁有性能穩(wěn)定的無人拖拉機(jī),但如果機(jī)庫(kù)、機(jī)耕道及農(nóng)田的標(biāo)準(zhǔn)化改造沒有跟上,也實(shí)現(xiàn)不了高效率,“就像讓高鐵列車在綠皮火車軌道上一樣跑不出高速度”。
今年秋收季,廣東高州絲苗米省級(jí)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園核心區(qū)內(nèi),基于建設(shè)的北斗無人農(nóng)場(chǎng),實(shí)現(xiàn)了絲苗米耕、種、管、收全程機(jī)械化:裝有北斗終端的無人駕駛收割機(jī)自動(dòng)駛?cè)氲咎?,按照科研人員規(guī)劃好的路徑開始收割,待收割機(jī)裝滿稻谷后便向無人運(yùn)糧車發(fā)送接糧信號(hào),無人運(yùn)糧車自動(dòng)行駛至無人駕駛收割機(jī)旁邊,精準(zhǔn)將收割機(jī)中的稻谷轉(zhuǎn)運(yùn)至道路邊卡車上。
我國(guó)北斗系統(tǒng)既重視系統(tǒng)建設(shè),也注重應(yīng)用推廣,可以說是邊建設(shè)、邊推廣。隨著北斗系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)合不斷深入,“北斗+農(nóng)業(yè)”在實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化的同時(shí),正朝著無人農(nóng)場(chǎng)的方向發(fā)展。
“發(fā)展無人化技術(shù)是一個(gè)必然的趨勢(shì),但無人化并不是完全沒有人,而是立足智能化,面向無人化,發(fā)展少人化,要根據(jù)我國(guó)實(shí)際需求的階段,通過信息技術(shù)將人逐步置換出來。”吳才聰介紹。
我國(guó)農(nóng)業(yè)從業(yè)人員正在經(jīng)歷老齡化過程,通過北斗系統(tǒng)高精度應(yīng)用,能夠?yàn)槎嗄陙砦覈?guó)三農(nóng)領(lǐng)域中“誰來種地,怎么種地”的問題,提供一種新的答題思路。
但無人農(nóng)場(chǎng)的建設(shè)并非一蹴而就。吳才聰認(rèn)為,要從總體上去把握無人農(nóng)場(chǎng)發(fā)展的趨勢(shì),發(fā)展的規(guī)劃,要站在整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的角度,從全場(chǎng)景、全流程、全地形、全天候的角度去制定整個(gè)無人化農(nóng)機(jī)技術(shù)、農(nóng)機(jī)作業(yè)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)體系。不僅要考慮田內(nèi),還要考慮機(jī)庫(kù)、機(jī)耕道和農(nóng)田全場(chǎng)景。在做農(nóng)機(jī)的無人化改造的時(shí)候,同時(shí)還要考慮到無人耕地、無人播種、無人打藥等“耕種管收”生產(chǎn)全流程。
“空間信息技術(shù)服務(wù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)還需要提高精度、可靠性和并發(fā)性。”中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所吳文斌在技術(shù)方面提出建議,未來要打通數(shù)據(jù)鏈路,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和更新。進(jìn)一步提升農(nóng)業(yè)智能感知和觀測(cè)能力,推進(jìn)農(nóng)業(yè)衛(wèi)星的研制,尤其是要提升天空地感知能力,形成多層次的觀測(cè)平臺(tái),建立高中低分辨率并舉、光學(xué)和微波相結(jié)合的對(duì)地觀測(cè)體系。提升衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品與加工處理能力,實(shí)現(xiàn)多星多傳感影像數(shù)據(jù)的協(xié)同處理,保障衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的及時(shí)、可靠供應(yīng)。
除了產(chǎn)品和技術(shù),配套的軟件和服務(wù)也得跟上。“進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代,不能光賣拖拉機(jī),還應(yīng)做好軟件服務(wù)。”吳才聰回憶起在美國(guó)調(diào)研的經(jīng)歷,在美國(guó),約翰迪爾公司賣拖拉機(jī)時(shí),會(huì)提供給顧客一個(gè)數(shù)據(jù)平臺(tái)賬戶,農(nóng)場(chǎng)主手持鼠標(biāo),就可以在遙感圖上把他家的農(nóng)田圈出來,還能回看GPS的軌跡,掌握耕地、播種的實(shí)時(shí)情況?;氐街袊?guó),他在多個(gè)場(chǎng)合建議國(guó)內(nèi)企業(yè)搭建與農(nóng)機(jī)配套的數(shù)據(jù)平臺(tái),讓合作社能通過軟件平臺(tái)管理農(nóng)田、作物、機(jī)器和人員。
如今,“北斗+農(nóng)業(yè)”應(yīng)用已經(jīng)走出國(guó)門,面向更多的國(guó)家提供服務(wù)。12月10日,“一帶一路”精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)國(guó)際合作聯(lián)盟倡議書(2022)發(fā)布,倡議書從開展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)合作、推動(dòng)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)應(yīng)用合作、拓展“衛(wèi)星應(yīng)用+智慧農(nóng)業(yè)”合作等方面發(fā)出號(hào)召,旨在希望通過各方共同努力,促進(jìn)“一帶一路”沿線國(guó)家和地區(qū)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。
在匈牙利,裝有北斗自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的農(nóng)機(jī),正在給苗圃草。 受訪者供圖
今年,國(guó)務(wù)院新聞辦公室發(fā)布了《新時(shí)代的中國(guó)北斗》白皮書。白皮書中指出,面向未來,中國(guó)將建設(shè)技術(shù)更先進(jìn)、功能更強(qiáng)大、服務(wù)更優(yōu)質(zhì)的北斗系統(tǒng),建成更加泛在、更加融合、更加智能的綜合時(shí)空體系,提供高彈性、高智能、高精度、高安全的定位導(dǎo)航授時(shí)服務(wù),更好惠及民生福祉、服務(wù)人類發(fā)展進(jìn)步。(單位:中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所 )
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