GPS技术在农业领域中的应用

阙宗海
（广西测绘产品质量监督检验站）

1、概 述
　　GPS全球定位系统，是1973年12月由美国的陆海空三军联合研制出的卫星导航系统：NAVSTAR/GPS。该系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性（陆地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能。能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。它是英文“Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System”的缩写，意为利用卫星导航进行测时和测距，以构成全球卫星定位系统。它从根本上解决了人类在地球上的导航和定位问题，在军事和工农业等领域得到了广泛的应用。给导航和定位技术带来了巨大的变化。同样，GPS技术在土地资源调查，土地侵蚀调查，农作物估产与监测，灾害监测与评估等方面的应用也日趋广泛，将从为农业服务发展到直接参与农业生产的全过程，推动实现农业生产的信息化。
2、GPS原理
　　GPS系统包括三大部分：空间部分 — GPS卫星星座；地面控制部分 — 地面监控系统；用户设备部分 — GPS信号接收机。
　　前两部分由专门机构投资建立，维护和运行的，一旦工作，就昼夜不停地发送导航定位信息，可供无数用户免费共享。因此，世界各国的公司、研究机构陆续研制出各种类型的接收机。GPS接收机的种类众多，但其结构基本一致，可分为天线单元和接收单元两部分，如下图所示：

　　最开始的GPS精密定位服务的主要对象是美国军事部门和其他特许的部门。而标准定位的服务的对象是广大的民间用户。美国为了防止未经许可的用户把GPS用于军事目的（进行高精度实时动态定位），于1989年11月开始至1990年9月，进行“SA”（有选择可用性技术）和“AS”（反电子欺骗技术）的试验，并于1991年7月开始实施SA技术。针对美国政府采取的政策，一些学者致力于开发新的数据处理方法和软件，这一工作已取得了成效，目前用得最多的是差分技术。
　　差分GPS的基本做法是：将一台接收机安置在地面上作为基准点，其余接收机则分别安置在需要确定其位置的运动载体上。安置在已知点上的静止接收机最好能跟踪视场中所有的可见卫星，以便与所有的流动接收机均能实现同步观测。根据基准点的已知坐标即可求出定位结果的坐标改正数（位置差分法）或距离观测值的改正数（距离差分法）。差分GPS可分为单基准站差分、具有多个基准站的局部区域差分和广域差分三种类型。采用差分技术可以大大的提高用户的导航定位精度，可以达到厘米级甚至毫米级精度的静态相对定位，米级至亚米级精度的动态定位，亚米级至厘米级精度的速度测量和毫微级精度的时间测量。
3、GPS技术在农业中的应用
　　随着知识经济时代的到来，现代农业正走向大农业和机械化道路，大量采用飞机进行播种、除草、施肥等工作。如何使用精确的导航系统，使飞机作业准确投放、降低投资成本，也就变得十分重要了。采用差分GPS技术，配合遥感技术（RS）和地理信息系统（GIS）可以做到：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，节约费用、降低成本、达到增加产量提高效益的目的。
　　3.1 土壤养分分布调查
　　在播种之前，可用一种适用于在农田中运行的采样车辆按一定的要求在农田中采集土壤样品。车辆上配置有GPS接收机和计算机，计算机中配置地理信息系统软件。采集样品时，GPS接收机把样品采集点的位置精确地测定出来，将其输入计算机，计算机依据地理信息系统将采样点标定，绘出一幅土壤样品点位分布图。在作物生长期的管理中，利用遥感图象并结合GPS可绘出作物色彩变化图。利用GPS定位采集一定数量的土壤及作物样品进行分析，可以绘制出作物生长的不同时期的土壤含量的系列分布图。这样可以做到精确地对作物生长进行管理。
　　3.2 合理施肥，精确农业管理
　　利用飞机进行播种、施肥、除草等工作，成本投资是十分昂贵的，要降低成本，就要做到合理地布设航线和准确地引导飞机精确地作业。利用GPS差分定位技术进行飞机导航，可以使飞机在撒播和喷药施肥时减少横向重叠和减少转弯重叠，避免浪费，节约成本，还可以避免过多的用量影响农作物的生长。因为药物在夜间蒸发和漂移损失小，而夜间植物气孔是张开的，更容易吸收除草剂和肥料，提高除草和施肥效率。基于GPS全天候的特点，依靠差分GPS技术进行精密导航，在夜间进行喷施和田间作业，可以节省大量的农药和化肥。据国外介绍，利用差分GPS对飞机精密导航，估计会使投资降低50%。
　　3.3 监测作物产量
　　在联合收割机上配置计算机、产量监视器和GPS接收机，就构成了作物产量监视系统。对不同的农作物需配备不同的监视器。例如监视水稻产量的监视器，当收割水稻时，监视器记录下每块田的水稻产量，同时GPS接收机记录下该田所处位置，通过计算机最终绘制出一幅关于每块土地产量的产量分布图。通过和土壤养分含量分布图的综合分析，可以找出影响作物产量的相关因素，从而进行具体的田间施肥等管理工作。
4、结束语
　　总之，GPS技术应用前景十分可观的，在农业领域将发挥重要作用。在我国，尚需积极开展在农业中的应用研究以及相关设备的研制，特别在粮食大出产基地，大平原地区，利用大规模的机械化生产的地区，应当重视 GPS技术在农田作业和管理中的应用，这样可以有效的达到增加产量和提高效益的根本目的。