北斗上天,智慧农业提速,大田精准作业、海洋渔业多场景应用

作者:廖芬 2020-07-15 09:07

今年6月23日,北斗全球组网最后一颗卫星发射成功,至此北斗三号全球卫星导航系统星座部署全面完成,这也预示着下游应用市场即将进入高速发展期。


现下,多省市“三夏”工作也宣布告捷。在“三夏”生产关键时期,田间地头除了农人的身影,在北斗导航定位的基础上,传统农机化身无人驾驶“神机”作业更是一道风景线。有北斗导航加持,农民种地难度降低,农业生产节本增效,由全程机械化向智能化发展的农业生产新场景加速落地。


据各省、区公布的农机补贴机具受益人公示数据显示,2019年上半年,有26个省份地区开展农机购置补贴公示工作,其中10个省份地区有农业用北斗终端补贴销量数据。2019年北斗导航农机自动驾驶系统销量近5900台,使用中央农机购置补贴资金1.18亿元,实现销售额3.59亿元。政策支持下,农机市场焕发出新活力。


北斗导航在农业领域应用广泛:无人驾驶、无人机植保、变量施肥、土地整理


北斗卫星导航系统是我国自主研制,具有导航、定位、授时与短报文功能的全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,简称GNSS)。发展具有中国特色的现代农业,离不开我国自主建设的北斗系统。北斗在农业领域的应用广泛,包含农机自动驾驶导航系统及应用、无人机植保应用、变量施肥和土地整理应用。


首先,北斗导航在农业领域的应用已经从单纯提供定位信息,发展成为将卫星导航定位与液压控制、电子控制以及传感器技术相结合,进而实现农业作业的全程自动化。农机通过内置定位板卡获取北斗导航系统的位置信息后,便如同有了智能“大脑”,即使驾驶室内没有农机手,车辆依然可以笔直前行,精准收割。显然,农机自动驾驶导航系统及应用具有极大的效益:


第一,减少重叠和遗漏,让农机作业更加精准,可以有效提高土地利用率和农资利用率;

第二,加快作业速度和进行夜间作业,可以实现24小时作业,提高作业效率;

第三,降低驾驶技能要求,减轻驾驶员劳动强度,有效提高田间作业的舒适度;

第四,按既定的规划作业,可以有效提高作业质量和改善作物生长环境;

第五,促进农机农艺融合,实现人工驾驶难以实现的作业方式;

第六,提升农机智能化控制水平,充分发挥高精度卫星导航定位应用优势。


在今年的麦收季,得益于北斗导航系统,山东莱西的诸多收割机实现了无人驾驶。6月上旬,莱西市已在1000余台农业机械上安装了北斗导航系统,广泛应用于小麦收割、灭茬、深松耕地、无人机植保等多个领域。北斗导航系统不仅提高了作业效率和质量,也让部分作业过程纳入监管平台。如通过在灭茬机上安装北斗导航设备,可在后台查看每台灭茬机的作业轨迹和灭茬效果。


无人驾驶玉米精量播种机作业演示现场 图源:潇湘晨报.jpg

无人驾驶玉米精量播种机作业演示现场 图源:潇湘晨报


随着智能化农机的应用,河北“三夏”作业进程也随之加快。截至6月11日16时,全市已收获161.6万亩,占任务数36.7%。其中,赵县借助北斗导航系统,已完成小麦收获41.6万亩,占任务数71.8%,收获进度在全市各县(市、区)排名领先。


其次,北斗导航在土地整理应用上也发挥着独特的作用。基于卫星定位的土地整理方法,首先根据农田大小和形状,确定GNSS基准站的放置位置,然后驾驶拖拉机,利用流动站快速、精确地绘制场地地势图,作为平整土地的铲、填图,并据此启动平地机组进行平整作业。


最后,北斗导航在土壤养分分析和上季产量监控的基础上,可以根据目标产量要求,制定施肥处方图。GNSS接收机为变量施肥提供实时位置,据此从施肥作业处方图中查询各种养分的施用量,进而向变量施肥控制液压阀或电机输出控制指令,达到按需控化肥用量的目的。


总之,北斗导航系统已广泛应用于土地深松、起垄播种、作物收割、无人机植保等多个领域,应用足迹遍布大江南北,北京、黑龙江、辽宁、新疆、山西、湖北、江苏、上海、浙江等省市逐渐享受到北斗带来的农业机械自动化的利好。农机购置补贴公示数据显示,从北斗导航农机自动驾驶系统的地区销量分布来看,销量前三的地区是新疆兵团、新疆和黑龙江农垦地区。


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北斗导航在农业领域的应用 资料来源:北斗卫星导航系统


北斗导航为现代农业迈进精准智能领域提供了有力保障,标志着精准农业在成熟性、可靠性等方面迈上了一个新台阶。


北斗导航新兴技术意义重大:提升农业自动化、精确化水平和整体生产效率


北斗无人驾驶、高精度定位导航、系统监管等一系列新兴技术,让起垄播种、土地深松、作物收割、秸秆还田等农业生产工序更简单,从而节省出更多人力、物力和财力。中国卫星导航系统管理办公室数据显示,与传统农机相比,北斗卫星导航自动驾驶拖拉机,依托智能技术保障作业质量、提高作业效率,单台农机日均作业量较人工驾驶多出30%。


北斗卫星导航系统的精准度已达到厘米级。搭载北斗定位系统的无人驾驶收割机,在技术人员设定好数据后,机械即可实现全程无人驾驶自动导航收割,还可以根据设定轨迹进行自动掉头,智能识别、躲避障碍物,收割规范,作业误差精度可以控制在±2.5厘米以内,确保颗粒归仓。但若是人工驾驶,排除人工疲劳因素,误差精度能保证在10厘米以内就是较理想状态了。传统收割机每小时收割面积10多亩,在无人驾驶模式下,每天可以收割小麦150亩左右。


欧洲卫星导航局的《GNSS市场报告》指出,农业是除了车辆导航和大众位置服务外最为重要的行业应用,其应用比率已高于测绘、海洋和航空。北斗系统与精准农业的关系,是相互需要,也是相互促进。通过应用北斗导航技术,不仅可以提高农业机械的自动化与精确化作业水平,提升农业行业的整体生产效率,还可以有效保障中国粮食生产的安全。当然,国内也有不少基于北斗技术,服务于精准农业的创新企业,比如江苏北斗农机、珈和科技等。


创新力量齐聚——国内涉及北斗技术的智慧农业公司盘点


北斗技术应用于农业大体分为两个阵营,其一是科研体系(如中科院、农科院遥感所),其二是创新企业(如江苏北斗农机、珈和科技等)。这两者之间又有很深的渊源,创新企业的创始人和核心团队大多来自科研体系,有多年的技术和应用研究经验。


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国内涉及北斗技术的智慧农业公司信息盘点(未列入企业请与我们联系)


下面我们就其中一些公司和北斗技术关联产品作简要介绍。


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一、极飞科技——植保无人机领航者

极飞科技是国内最早研发和制造民用无人机的企业之一,于2013年开始专注农业领域。2015年,极飞科技发布第一款植保无人机;2016年,极飞地理团队为超过15万架次植保无人机提供RTK精准导航服务;2017年3月,发布首款智能测绘无人机C2000,采用自主研发的飞控系统,实现全自主航线飞行及高精度地图自动采集;2019年,推出JetSeed智能播撒系统。


早在2017年,极飞科技就已在新疆、河南、湖北、江苏等20个省份提供植保无人机服务,成立极飞学院为培养植保无人机操作员设立的培训机构,通过线上学习考核后进行线下培训合格后获取植保无人机操作许可证,为大范围推广植保无人机提供操作员保障。极飞科技通过构建无人化智慧农业生态,让农业进入自动化、精准高效的4.0时代。


截至2020年1月1日,以北斗卫星导航系统为基础,极飞投入大量成本在中国架设了2300多个RTK(Real-time kinematic,实时动态)导航基站,覆盖超过35000个农村,构建了全球规模最大的高精度农田导航网络,推动生产方式变革。


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二、海上鲜——海上互联网移动平台


海上鲜成立于2015年,由国家重点人才计划专家叶宁创办,是国内一家“北斗+互联网+渔业”的一站式渔业综合服务平台,总部位于宁波,现有员工150余人。海上鲜作为国家高新技术企业,致力于对传统渔业进行升级改造,为解决行业痛点创造重要价值,推动渔业产业互联网高质、快速地向前发展,形成一个完整的生态系统和交易闭环。


海上鲜目前已在海南、广西、广东、福建、浙江、上海、江苏、山东、辽宁和吉林等40多个地区4万余艘船上覆盖了“海上Wi-Fi”通信终端设备,平台累计交易额超200亿元。


海上鲜旗下有北斗微互联网系统,一代海上WIFI通信设备,二代海上WIFI通信设备,一站式渔业综合服务平台、溯源系统、海洋大数据、业务管理系统等等近30项软件专利产品。


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三、北斗农机——实现多维度农机的信息化功能


江苏北斗农机专注于为农机大数据、农业大数据提供相关产品平台的一体化服务,其依托母公司“江苏北斗卫星应用产业研究院”优势资源,已在“互联网+智慧农机”及精准信息农业行业领域发展中成为国内知名的高新技术企业,是国内首批且唯一一家两款终端同时进入农业部深松作业远程监测系统目录的企业。


其以感知、传输、服务、应用基本框架创造的北斗农机核心产品“北斗智能信息终端”装备了无线机具识别、摄像头、显示器、姿态传感器,目前产品已覆盖拖拉机、水稻插秧机、收割机、植保机、打捆机、深松机、铧犁机等多种机型,并通过无线机具识别,使终端不需要调试就能够准确迅速地识别挂载的机具类型,实现北斗定位、作业监控、数据挖掘分析、实时测亩、农机调度、信息管理多维度农机的信息化功能。


他山之石——国外卫星导航系统下的智慧农业


国内智能化农机近年来有了较大发展,但总体上还处于研发阶段,与国外发达国家相比还有较大差距。目前欧、美、日等发达国家农业不仅已基本实现全面机械化,而且智能化农机应用也具有相当高的水平。美国在20世纪90年代中期,就将卫星导航系统安装在农业机械上,从而开启了农业机械高科技、高性能、智能化的先河。总部位于美国伊利诺依州莫林市的约翰迪尔就是将导航技术在内的各类高新技术应用到农机领域的典型代表。


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约翰迪尔——打造农业机械制造化的智能管理系统


1837年,铁匠约翰•迪尔(John Deere)创造出世界上首台耕地时不会粘连泥土的钢犁。这个创新产品获得了巨大商业成功,由此起家,约翰•迪尔创立了以自己命名的公司。发展至今,约翰迪尔是全球农业、林业、工程、草坪景观工程、灌溉设备领域的领先供应商。


约翰迪尔8R系列拖拉机 图源:约翰迪尔官网.jpg

约翰迪尔8R系列拖拉机 图源:约翰迪尔官网


约翰迪尔通过大量收购创新企业在精准农业领域布局,此外自身也研发了大量智能化的大型农业机械和配套应用,比如AutoTrac自动导航系统,通过卫星定位和导航,能够大幅提高作业自动化率和精度,减少农业投入品的使用。约翰迪尔的精准农业技术平台提供一系列产品和服务,如信号接收器、导航设备、田间监测设备、信号基站、水肥管理设备等。通过“硬件+软件+服务”的方式开拓市场,提供不同等级的硬件投入和服务,差异化满足不同农户的需求。


约翰迪尔中国区总经理郎云在首届(2019)全球高端制造业大会介绍了约翰迪尔的两套智能设备应用管理系统:精准农业系统和现场施工管理系统(Worksad)。“精准农业”通过高度的人机交互、以及大规模集成的机械设备,更大限度地提高农业从业者的作业效率;Worksad则可通过协同施工现场不同机器的作业,通过远程监控、远程数据分析,预判设备故障,提前采取措施,减少设备运行的宕机时间,最大效度地保障工程施工。


作为一家拥有180多年历史的农业机械和工程机械制造商,约翰迪尔在机械领域也积累了丰富的经验。2019年10月30日,约翰迪尔全线农业设备解决方案登陆了2019中国国际农业机械展览会。未来通过智能管理系统,所有设备数据能实现共享,转单兵作战模式为联合工作站模式,集中管理和控制,让作业效率最大化。


小结


在当前倡导“藏粮于地、藏粮于技” 力促农业高质量发展的背景下,前沿技术在农业领域的应用非常关键,北斗导航作为我国具有自主知识产权的导航系统,与农业的结合点广阔,能够发展出新技术、新模式、新应用,提高我国农业智能化水平,提升我国农业在全球的竞争力。


政策支持、资本助推、行业创新生态活跃,可以预见的是,一段时期内,我们陆续能够看到更多应用北斗技术的机械、装备等飞驰在祖国辽阔大地。


注:文中如果涉及35斗记者采访的数据,均由受访者提供并确认。

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