董力伟

（北京卫星导航生产力促进中心，北京 100084）

1 引言

所谓精准农业（Precisio n Agriculture）又称精细农业、精确农业、精准农作，是一种基于信息和知识管理的现代农业生产系统。精准农业采用3S（GPS，GIS和RS）等高新技术与现代农业技术相结合，对农机、农资、农作实施精确定时、定位、定量控制的现代化农业生产技术，可最大限度地提高农业生产力，是实现优质、高产、低耗和环保的可持续发展农业的有效途径。

精准农业是在农业机械化、农业信息化和农业现代化的发展大潮下兴起的。随着城镇化和工业化发展，发达国家在20世纪后半期基本进入到农业机械化阶段，而在21世纪，农业信息化已经成为全球性农业潮流，是农业现代化的根本标志与重要保证。以信息技术为代表的高新技术支撑现代农业发展，已成为全球农业发展的热点与新的增长点。传统农业采用统一的耕作、播种、施肥、喷药等农艺措施对耕地进行生产管理，存在农业生产成本高、作物产量和经济效益低以及污染环境等诸多问题。现代化农业的发展要求农业从粗放低效型向集约高效型发展，为了实现这一转变和从根本上解决传统农业存在的一系列问题，精准农业于20世纪90年代初在国际农业领域被倡导且得到了迅速发展。精准农业是质量效益型农业，以优质高效为目标，追求以最少投入获得优质高产。

目前，美国在精准农业研究与应用领域处于国际领先地位。近年来，我国很多科研院所也开始了精准农业相关方面的研究，在黑龙江农垦和新疆生产建设兵团也开始应用，但在精准农业的理论与实践研究上还处于刚刚起步阶段。因此，了解目前国内外精准农业研究现状以及国内精准农业存在的问题，对研究和促进国内精准农业的发展具有极其重要的作用。

2 国外精准农业的发展现状

美国是精准农业发展最早的国家，于20世纪80年代初提出精准农业的理念和设想，90年代首先在美国和加拿大实现产业化应用，目前部分技术和设备已经成熟和成型，且取得了很大经济效益，但尚未形成系统，仍处于研究发展阶段。精准农业是在发达国家大规模经营和机械化操作条件下发展起来的，目前已在世界许多国家展开了研究和应用实践。例如英国、德国、荷兰、法国、澳大利亚、巴西、意大利、新西兰、俄罗斯、日本、韩国等国家。

目前，发达国家农业精准控制技术主要包括三个方面：

（1）对农机行驶路线的精准控制，主要是卫星导航农机自动驾驶产品，利用卫星导航定位技术和农机自动驾驶技术，精确控制农机的行驶路径，误差在厘米级，保证了农田的起垄、播种、施肥、喷药、灌溉，以及收割的重复性作业，即使在夜间也能正常作业，大大提高了农田作业效率和效果。由于采用了自动驾驶技术，降低了对驾驶技能的要求，减轻了驾驶员工作疲劳。

（2）对农具的精准控制，主要是农具的变量作业控制产品，如对播种、施肥、喷灌等农具的孔道控制和流量控制。在农业作业实施中，通过长期监测，利用传感器采集农田的土壤墒情、作物长势、病虫害分布、历史产量等信息，结合卫星定位数据进行分析和计算，生成农田状态分布图谱，有针对性的对每一块农田进行精细化作业管理，发掘农田的最大潜力，同时减少农资的投入，在一定程度上降低了对环境的污染。

（3）面向农业组织的综合管理方案。卫星导航农机自动驾驶产品在精准农业上的应用最为广泛，全球有多个厂商提供农机自动驾驶产品，包括Novariant，Trimble，Hemisphere，Topcon，Leica等。农机自动驾驶产品的组成可分为两部分：卫星导航定位设备和自动驾驶控制设备，针对不同应用需求，产品的组合方式也多种多样。

卫星导航定位设备采用载波相位测量技术，有效提高了卫星定位精度，保证了农田作业的年重复精度。用户可根据不同的作业精度要求，选择合适的卫星导航定位设备。

自动驾驶控制设备的功能是保证作业的农机按照规划的路径行驶，根据作业的要求，可以要求农机沿直线行驶、圆周行驶、特定曲线行驶、智能障碍避让行驶，以及在有效地块内自动规划路径行驶。自动驾驶控制设备根据农机当前的位置和姿态，结合导航规划路径分析和计算行驶轨迹误差，通过控制农机转向系统，及时修正农机的航向。自动驾驶控制设备对农机的控制方式可分机械式控制、液压式控制和CAN总线控制三种，每种控制方式有各自的特点，适用于不同的农机车型和应用场合。

从全球的发展现状看，美国、加拿大、英国在施肥上的应用最为成熟，基本进入商业用途。日本主要着眼于涉及信息采集的传感器和涉及农业机械的自动控制等方面的研究。精准农业还广泛用于林业生产，主要涉及到施肥、精量播种、病虫害防治、收获作业和水分管理等有关领域。目前，除少数国家外，精准农业在全球尚未大规模部署，主要原因是其关键技术开发尚未在实用价值上产生突破，信息采集技术以及费用比较昂贵等原因，但目前国际上对精准农业技术的发展潜力及应用前景有了广泛共识，将其作为发展农业高新技术应用的重要内容，称其为可持续发展农业的重要途径。

3 我国精准农业的发展现状

我国作为一个农业大国，精准农业却是一个新兴概念，直到20世纪90年代才开始了精准农业方面的研究。在北京、陕西、黑龙江、新疆、内蒙古等地建立起一定规模的试验区，但总体上仍处于试验示范和孕育发展阶段。在技术水平、经营管理和经济效益等方面，我国的精准农业与发达国家相比仍存在很大差距，而且还面临技术支持不足、信息收集系统不全、专家系统不完善、精准程度不高、应用条件不成熟等状况。特别是在高精度农业机械精密控制系统产品方面，长期依赖进口产品，严重制约了我国精细农业的发展。

在2012～2013年我国黑龙江垦区农机推广产品目录中，GPS自动导航和驾驶系统全部是国外进口产品，包括美国天宝（Trimble）公司、日本拓普康（Topcon）公司、加拿大半球（Heimisphere）公司、瑞士徕卡（Leica）等，而且产品价格昂贵，产品报价在每台（套）15～20万元，农垦系统的批量采购指导价也达11.4万元。在配套应用上，上述公司大部分与进口大马力拖拉机配合使用，2012年年销量1500多台，产值超过1.5亿元，其中天宝公司800多台、拓普康公司200多台、半球公司150多台，位居前三位。而国产大马力拖拉机、播种机、收割机等农业机械在黑龙江每年2万台的市场却无人问津。自主研制高精度自动导航和驾驶系统产品迫在眉睫。

目前，国内的农机精准控制产品主要是卫星导航农机自动驾驶系统，普遍采用RTK技术，农机车辆导航定位误差小于5cm，能满足农田起垄、播种、施肥、喷灌的重复性作业精度要求，但所用设备全部为上述国外品牌。

Trimble产品由于进入市场较早，占有市场份额50%以上。其产品特点是在农场建立CORS基站，利用移动通信网络传输差分数据。以上方式有两点优势：一是能够实现Trimble在黑龙江大部分农场实现CORS布局，形成自己的差分CORS网。二是流动站接入公共网络，能够实现数据回传功能。基于以上两点优势，Trimble为后期的农业信息化平台建立奠定了基础。存在不足之处：由于移动通信信号的覆盖不可靠，部分偏远的农田无法使用RTK，或者农场的临时停电导致基站无法正常工作，影响作业效率。

Hemisphere产品主要在近2年内由合众思壮引进中国市场，市场份额约24%左右，其方案采用RTK定位技术，便携式基准站方便用户随车携带，适合在任何地形条件下使用，不受移动信号网络和农场供电的影响，用户反映效果好。Topcon产品进入中国市场较早，但主要在近期抢占份额较多，约占14%左右。Topcon采用机械式辅助驾驶设备，通过控制方向盘实现自动驾驶。该方案效果还未被证实。Leica产品国内市场份额约8%，市场推广力度较小；其他品牌占有市场份额约4%。

此外，制约我国精准农业发展的其他主要因素还包括：第一，地形条件复杂，农业机械化和集约化水平不高；第二，农业基础设施建设滞后，农业劳动力素质普遍不高；第三，信息技术和装备对农业支撑不够；第四，精准农业设备过高，现阶段经济效益不明显。

虽然我国的精准农业发展存在诸多困难，但农机精准控制涉及的相关技术基本成熟，其中如RTK技术、数据无线传输技术，导航路径规划技术，液压控制技术在相关行业中早已广泛应用。1998年，农业部在北京顺义建立了北方精准农业示范区；2000年，精准农业研究被列入国家863高技术计划，并在上海、北京等地进行精准农业的试验探索。截至目前，中国科学院、中国农业科学院、中国农业大学、北京市农林科学院、上海农科院、上海气象局等单位都对精准农业展开了研究，已在北京、河北、山东、上海、新疆等地建立了多个精准农业试验示范区。黑龙江作为我国农业发达地区，率先开始了农业信息化建设，到2012年底，已经在多个农场建立了精准农业试验示范区。基于GPS的农机精准控制产品在黑龙江垦区得到广泛应用，并取得了良好的效果。

党的十八大提出“工业化、城镇化、信息化、农业现代化”，并提出了“新四化同步推进”的要求。此外，国务院分别在2013年和2012年发布《中共中央国务院关于加快发展现代农业进一步增强农村发展活力的若干意见》、《关于加快推进农业科技创新持续增强农产品供给保障能力的若干意见》两个文件，都强调加强社会主义新农村建设工作，加快并且增强基础设施和能力建设，把发展现代农业作为着力点，推进“农业机械化、农业信息化、农业精细化”的“新三农”工作重点。“新三农”是农业现代化的重要内容，十八大提出的“农业现代化”和两个文件为我国精准农业给出了准确的发展定位和明确的发展方向。

4 我国精准农业的发展前景

无论从我国农业集约化较低的现状出发，还是从新的农业经营主体的蓬勃涌现，土地流转面积的持续增加，以及从近年来农机应用数量的快速增长，都可以看出我国农业机械化、信息化的紧迫形势和发展趋势，可以预见，我国精准农业应用市场潜力巨大。应根据我国农业发展所面临的资源环境问题，走具有中国特色的精准农业发展之路，实现我国农业的可持续发展。

家庭经营耕地流转面积持续增加，增速很快。据农业部统计，2012年底全国家庭经营耕地流转面积2.7亿亩，流入工商企业耕地面积为2800万亩，虽然对总量来说不是很大，但这个趋势发展很快，比2009年增加115%，占流转总面积的10.3%。资本进入农业，可以带来资金、技术以及农业经营新理念，一定程度上有利于农业现代化。

农机应用数量庞大，近年来增速很快。据不完全统计，2012年国内现有大中型拖拉机490万台，小麦联合收割机90万台，玉米收割机23.3万台，水稻插秧机50.7万台，大型农机产量连续6年保持20%以上的增速。2012年1～5月份，我国大中型拖拉机行业累计销量20.49万台，100马力以上产品全线大幅增长，其中100～130马力和160马力以上拖拉机增速均超过40%，增长势头较猛。玉米机和水稻机保持高速增长，自走式玉米收获机产销量分别为6784台和4108台，同比分别增长109.45%和164.01%，与之配套的自动导航和驾驶系统市场前景巨大。

随着高精度导航定位技术、自动驾驶技术、机械控制等方面的技术日益成熟，为卫星导航设备在大型农机控制上推广应用创造了基础条件和巨大的应用市场，使我国精细农业的发展拥有非常广阔的前景。■