北斗系统不是先建系统再来应用,而是边建系统边推动应用。而通过应用北斗系统,为多年来中国“三农”领域中“谁来种地,怎么种地”的问题,提供了新的解决思路
文|《财经》记者 焦建
编辑|苏琦
“北斗相关产品已出口120余个国家和地区,向亿级以上用户提供服务,基于北斗的国土测绘、精准农业、数字施工、智慧港口等已在东盟、南亚、东欧、西亚、非洲成功应用。”
8月3日上午,中国卫星导航系统管理办公室主任、北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其在国务院新闻办公室举行的新闻发布会上介绍称。
在此之前的7月31日,中国北斗三号全球卫星导航系统(下简称“北斗三号系统”)正式开通。这个由中国自主建设的系统,成为继美国GPS等系统后另一个能为全球提供高质量导航定位服务的系统。
卫星导航最初是为军事服务,但随着技术体系的成熟和生产成本降低,卫星导航开始转向民用领域。从2009年开始启动研发的北斗三号系统虽名为“导航”,其应用场景除提供定位、授时、导航基本服务,其还具备精密定位、短报文通信、地基增强等多种特色服务能力,也就具备了与交通运输、农林牧渔等传统行业融合的基础条件。
按照近年来的趋势,农业是除了车辆导航和位置服务外最重要的行业应用,其应用比率一般高于测绘、海洋和航空。以北斗三号系统在精准农业领域的应用为例:播种、无人机、植保、收割……其应用场景“朋友圈”正在不断增加之中。
简言之,通过在农业领域应用北斗三号系统,为多年来中国“三农”领域中“谁来种地,怎么种地”的问题,提供了新的解决思路。
厘米级精度的实用意义
精准农业技术(Precision Agriculture),是现代农业生产的一种支撑性技术。究其核心,是以卫星导航为主的空间信息技术(高精度定位等)为支撑,将相关技术渗透到各个生产环节(土壤及作物监测、农机定位与自动作业等),通过定点、定时、定量地精准控制农资施用,在尽可能保护生态环境同时,提高农业产出及效益。
针对精准农业的要求,全球的卫星导航系统衍生出了主要服务于农业的空间段和应用段。前者的区别主要在于提供的定位服务精度不同,后者则往往以特定的农业生产需求为导向,有针对性地提供不同领域的终端产品。
近年来,随着精准农业技术的不断发展演变,对其核心支撑的定位精度要求(实现分米级至厘米级)不断提高的同时,亦对降低成本提出了要求。
2000年建成的第一代北斗系统,由三颗卫星提供区域内的定位服务,在海上定位可达到二三十米的精度,短报文通信功能一次可发送60个汉字。北斗三号系统开通后,可向全球用户提供米级、亚米级、分米级,甚至厘米级精度的定位和导航增强服务。
按照相关公开资料显示:北斗三号系统基于30颗卫星满星座运行并开通全球服务,具备导航定位和通信数传两大功能,面向全球范围提供定位导航授时、全球短报文通信和国际搜救服务;在中国及周边地区提供星基增强、地基增强、精密单点定位和区域短报文通信服务。全球服务可用性99%以上,实测导航定位精度达到2-3米。
这样的定位精度,在车辆、船舶交通等领域已够用,但在一些精度要求更高的行业仍有欠缺。而北斗三号系统亦提供高精度服务,可将精度提升至实时厘米级,后处理可以达到毫米级(需要增强系统的辅助。增强系统分为地基和星基两种,分别以地面站和卫星为载体)。
随着北斗卫星信号、北斗终端产品近年来加速进入农业生产领域,通过实现厘米级的定位,农业生产的一系列场景就有了更加精准的可能,例如灌溉、喷药、土地勘测、地理信息采集、农机信息化作业智能调度、农机自动驾驶精细耕种等。
“农业生产的一系列复杂场景要实现机械化、数字化,对农机的要求高,对定位的要求也高。以简单一个采收甘蔗为例,为什么人工成本已经不低的情况下机械化采收还是进展不快?就是因为技术上达不到,想用也用不了。因此每年还得找外来劳动力采收一部分甘蔗,尤其是在山地等复杂地形中生长的甘蔗。”广西崇左的一位农机人士对《财经》记者指出,“精准农业尤其要重视用新技术提升农业装备的设计、制造水平以及使用管理水平。需要时一分不少,不要时一分不多。”
在精准农业中,北斗三号系统的应用场景可被分为“面”与“点”等不同场景。前者指精准病虫害防治和灌溉、农业资源的普查和规划等几个方面,例如近年来通过植保无人机喷洒农业,就属于这一领域。以无人机喷洒为例,因为可以避免重喷、漏喷等现象,每亩地用拖拉机作业的费用为25至30元左右,用无人机作业只需要不足20元;后者则聚焦于智能化农业机械控制领域,以点突破,将定位与液压控制、电子控制以及传感器技术相结合,进而不断提升农业作业自动化水平,进而实现作业后的田块接行准确,播行直、密度精确、出苗整齐。
“说像米上刻字、丝绸上绣花有些夸张了,毕竟是农业生产。但一厘米、两厘米的差别放到大田里,播种时多一颗还是少一颗,累计下来就是百分之几的差别,要求其实也并不低。”前述农机人士如此形容。
此外,北斗三号系统所具有的“短报文”功能,则为其在实现田间肥力、墒情、苗情、杂草及病虫害监测及信息采集处理的实时监控方面找到了新的应用可能。而所谓“短报文”,意思是通过北斗三号系统实现双向通信。用户可在没有移动网络的地区(海洋、沙漠及偏远地区等)中,既通过该系统进行定位,还可以发送120个字的信息。按照业界的相关解释,“这是把通信和导航很好融合在一起的系统。”
近年来,通过对北斗系统应用场景的不断探索,中国农业生产精细化水平的不断提升,亦找到了一系列新的方向,例如农机作业监管、农产品智能配送、农业信息服务等领域。
在更为整体的应用层面,农业农村部则在2019年的十大引领性农业技术中,引入了由南京农业大学智慧农业研究院进行的“北斗导航支持下的智慧麦作技术”,其主要研究内容就包括北斗导航支持下的小麦无人播种收获技术、无人机支持下的小麦精确施肥喷药技术,以及物联网支持下小麦智慧灌溉技术。有望实现小麦耕、种、管、收全过程的精确化、智慧化管理。
 “朋友圈”不断扩大

按照业内基本公认的一种说法:北斗不是先建系统再来应用,而是边建系统边推动应用。近年来,随着体系的不断完善,北斗系统正朝着军民融合的方向发展。
2016年,北斗被正式列入国家战略性新兴产业、国家信息化“十三五”发展规划中;2017年,北斗在以农业、交通运输为代表的示范工程得到大力推广。
按照中国卫星导航定位协会发布的《2020中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》相关数据显示:随着“北斗+”和“+北斗”应用的深入推进,中国卫星导航专利全球第一。2019年中国卫星导航与位置服务产业总体产值达3450亿元,较2018年增长14.4%,北斗系统相关产业加速发展。
北斗系统与精准农业的关系,是相互需要,也是相互促进。因北斗系统可在另一层维度上为粮食安全提供保障,在中国倡导“藏粮于地、藏粮于技”力促农业高质量发展的背景下,亦随着近年来土地流转与农机购置补贴等政策的持续实施、农机社会化服务体系的逐步建立,为上述技术应用在中国的快速发展提供了助力。
从政策层面来看:2017年时,中央“一号文件”已指出:要强化农业科技推广,“实施智慧农业工程,推进农业物联网试验示范和农业装备智能化”;与此同时,2017年7月8日,国务院《新一代人工智能发展规划》中指出:发展智能农业,开展天空地一体化的智能农业信息遥感监测网络;2018年,中央“一号文件”再次提出:要大力发展数字农业,实施智慧农业工程,推进物联网试验示范和遥感技术应用。
2020年2月,农业农村部、中央网络安全和信息化委员会办公室联合印发《数字农业农村发展规划(2019-2025年)》中也特别提出:要利用北斗系统等高科技手段,服务国家数字农业农村发展。
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,中国有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。时至2020年,购置相关农机仍有补贴。以湖南省为例,如采购相关农用北斗米级(亚米级)作业质量监测终端,则可每台获得中央财政补贴900元。
从产业层面来看:除了广东深圳、东莞等地的无人机企业近年来大规模地进入植保等农用领域,基于北斗技术服务于精准农业的创新性企业,近年来也在中国国内不断涌现。将北斗系统应用于农业体系,大致可分为科研体系与企业体系,后者的创始人与创始团队往往具有科研背景。
冉承其也在前述新闻发布会上介绍称:10年来中国卫星导航与位置服务产业总体产值年均增长20%以上,2019年达到3450亿元,2020年有望超过4000亿元。目前,北斗相关产品已出口120余个国家和地区。基于北斗的国土测绘、精准农业、数字施工、智慧港口等已在东盟、南亚、东欧、西亚、非洲应用。
据《财经》记者获悉:东盟是中国在北斗卫星导航领域开展全球合作的重要区域。近年来,中国-东盟北斗科技城、中国-东盟卫星导航国际合作联盟、中国-东盟北斗智能产业园、中国-东盟北斗/GNSS(南宁)中心等合作项目和机构,已在相继落地。
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责编 | 刘思言 siyanliu@caijing.com.cn
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