农机+北斗，精准农业为颗粒归仓保驾护航
农机+北斗，精准农业为颗粒归仓保驾护航
事实上，从2012年北斗二号完成建设，北斗的应用场景便开始延伸至农业领域。北斗除了可以监测农机作业，也可以在自动驾驶领域起到关键作用。当农机遇到北斗，精准农业为大国粮仓增加了一层守护。北斗卫星导航系统工程总设计师杨长风曾说，北斗的应用只受限于想象力。那么，在十年发展过程中，北斗系统在我国农业领域具体的应用场景是怎样？如何发挥作用？未来，北斗将把农业引向怎样的远方？吴才聪在接受新京报记者采访过程中，将问题一一解答。
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吴才聪，中国农业大学信息与电气工程学院大数据系教授、博士生导师，农业农村部农机作业监测与大数据应用重点实验室主任，中国农机工业协会精准农业技术装备分会秘书长。新京报记者 田杰雄 摄
《麦收快讯》播报三年，高峰期一天处理6亿条数据
6月16日，吴才聪的团队发布了今年“三夏”期间的第24份《麦收快讯》。这一日，全国小麦机械化收获的重心已到达河北省保定市，近4万台装有北斗终端的联合收割机分布在河北中南部、江苏北部、山西南部等地。在收割机分布热点图上，晌午之前，落日之后，河北和江苏的部分区域依旧呈现出火红的一片，那是在躲避了灼热的日头之后，“麦客”们正陷入如火如荼的收获作业中。
6月15日，全国小麦机械化收获重心在河北省保定市。因今年河南遭遇“烂场雨”，从中心图中可以看到，同期，机收重心在河南南部和安徽之间反复。受访者供图
《麦收快讯》的发布进行到第三年，吴才聪已经不用像前两年那样，在每天晚上九点钟，把团队里的二十余位老师和学生召集在会议室，开一个多小时的调度会，去讨论、满足新需求，提升数据的处理速度。那时候，团队每隔两三天就会更新功能，展现更多的数据分析结果。因为许多“门槛”已经迈过，吴才聪说，这一年《麦收快讯》的制作要从容很多。
轻舟已过万重山，只有数据采集和处理算法还在持续优化，今年最大的改变在于轨迹数量。吴才聪告诉新京报记者，在近期，搭载北斗终端的数万台联合收割机上传位置信息的时间间隔，从原来的30秒，缩短到了5秒。一个点位就是一条数据，这带来的好处是农机的轨迹更加密集，计算面积更加精准，但同时随着点位的增多，团队需要处理的数据也增加数倍。
由于数据的倍增，团队在今年也面临过“紧急时刻”。那是5月31日，河南南部“烂场雨”过后的第一个晴天，南阳的农机齐刷刷地下地，连轴运转，数据显示这一日活跃的农机数量比前日增加了一倍多，北斗终端回传的农机轨迹点也较前一日增加了10倍。当日，2300多万条数据骤增至2亿多条，大数据处理程序直接在半夜卡住了，让团队真正感受到了压力。“这还不是最多的，在今年的麦收高峰期，我们的服务器在一天内处理了6亿条北斗数据，这是在团队又一次紧急优化算法和调配服务器资源后完成的。”吴才聪说。
截至6月16日，据团队更新的《麦收快讯》显示，日投入作业的联合收割机数量已经连续第八日走低，在图表中的这条波动的曲线轨迹，也意味着全国“三夏”麦收开始接近尾声。
着眼三个层面，大数据将改变我国农业生产与管理方式
在吴才聪团队制作《麦收快讯》之前，很难找到这样一份具有时效性的麦收报告，可以直观地看到全国从南到北麦收的动态情况，机手夜以继日地抢收、收割机马不停蹄地跨区奔赴，都真实地体现在数据里。
谁会是这份报告的受众？大数据分析报告又会发挥怎样的作用？吴才聪告诉记者，作为服务和管理手段，《麦收快讯》主要应用在农机作业监测分析，具体体现在三个层面。
在微观层面，《麦收快讯》面对的对象是联合收割机的机手群体，每日的热点图以及同期发布的机手作业面积排行榜，可以帮助机手了解自己作业的效率，优化作业路线。与很多人预料的不同，吴才聪提到，忙碌的机手并不是小众受众群体，他记得这些年间，“三夏”期间连续发布的《麦收快讯》曾出现过一次“断档”，最先打来电话询问的是一位机手，“他们主要是想和同行比较作业量，通过北斗记录的数据对他们来说是可信的，有参考意义。”
在中观层面，《麦收快讯》也能服务于收割机制造企业。“根据国家规定，农机企业需要在售出农机一年内提供包修、包退、包换的‘三包’服务。服务讲究时效性，这也是农机企业间的竞争力所在。”吴才聪说，企业可以根据热点图，更好地布局应急维修车辆和人员。此外，收割机企业还可以通过采集的工况数据，深入了解农机的工作状况。
全国小麦机械化收获热点，6月15日0时至24时，有38280台安装北斗终端的联合收割机作业。受访者供图
最后，在宏观层面，团队所建立的大数据平台，从在线农机数量、作业速度、跨区路径等方方面面，为我国各级农业农村部门提供数据，为宏观调控提供决策参考。
在吴才聪看来，这些是北斗农业应用非常典型的场景，基于它所收集的大数据，正在逐步改变着我国农业的生产与管理方式，推动着农业现代化进程。
在必然要走向精准农业的过程中，“中国很需要北斗”
实际上，北斗卫星导航系统在我国农业领域，从开始应用到今天，也不过十年时间。吴才聪是这十年的“亲历者”。
2012年底，北斗二号系统建成并开始提供服务，在北斗一号技术体制的基础上，北斗二号可通过无源方式向亚太地区提供服务，北斗的定位精度进一步提高。
转过年来的2013年1月，在吴才聪等人的组织下，北斗农业应用交流研讨会在农大金码国际会议中心顺利召开。时隔十年再回过头看这次研讨会，很难说这不是北斗技术应用于我国农机领域的一个起点。吴才聪记得，包括来自原农业部农机化司、中国卫星导航系统管理办公室、知名农机企业代表与大型农场在内的近70位专家学者参与了会议研讨。
“整个研讨会下来，大家有着非常强烈的共识：中国农业需要北斗，北斗在农业领域有着重要及广泛的应用。”吴才聪提到，卫星导航系统不只在大数据层面给予农业帮助，能解放劳动力的农机自动驾驶领域也是关键技术。优秀的机手经过数年田间作业，才可能将作业精度控制在10厘米以内，而搭载北斗自动驾驶系统后，农机作业的精度可以提高至2.5厘米。对于小面积的农田来说，这毫厘之间的差别意义不太显著，然而对于我国18亿亩耕地来说，则失之毫厘，差之千里。
事实上，GPS被首次应用在精准农业当中是在1992年的美国，两年后已经能为当地农业实现节本增效。1992年的北京，也曾利用GPS导航开展小麦蚜虫防治。但显然，依靠自主的北斗系统，才更有助于保障国家粮食安全。
吴才聪记得，在会上，时任原农业部农机化司副司长的刘恒新曾提到，考虑将北斗终端纳入农机购置补贴目录。而来自官方的最终消息也没让人等太久，2013年4月，为推动北斗系统在农业领域的应用，财政部、原农业部在国家农机购置补贴目录中，增加了“精准农业设备”小类，对“农业用北斗终端（含渔船用）”进行补贴。
“这只是第一步。”政策让北斗在农业领域落地生根，但短时间内尚无法立竿见影，毕竟即便有补贴政策，搭载北斗系统的农机设备价格依然不低。吴才聪回忆，到了2014年，在我国农机设计制造专家、中国工程院院士陈学庚的支持下，新疆兵团第八师石河子市成功申报“北斗系统精准农业重大应用示范工程项目”，项目在国家补贴基础上，叠加项目补贴和示范团场补贴，进一步推动了国产北斗农机自动驾驶系统的规模化应用。又过了一年，随着电动方向盘替代液压阀，北斗农机自动驾驶系统真正走向了规模化。
让北斗真正触及生产，集成应用是未来行业的方向
自北斗二号建成后，从2013年到2015年的三年间，北斗系统在农业领域的应用发展迅速，为我国精准农业后续快速发展奠定了基础。
发布《麦收快讯》的这几年，吴才聪团队所监测到的搭载北斗系统的收割机数量从最开始的1.5万台，增至当下最高峰的近9万台，“这个数量大概占全国当日活跃收割机数量的三分之一。”
麦田上密密麻麻的圆点，是北斗记录下的农机作业轨迹，密集的点位也真实反映着农机的作业面积、作业时长等信息。受访者供图
在吴才聪看来，三分之一于大数据而言，是一个很“经济”的体量。“我把数据分为‘零数据’、‘小数据’、‘大数据’，这些是相对而言的。大数据并非意味着要囊括全部的数据，就目前来看，即便有更多的数据，对于我们的统计精度也不会产生根本性的影响，目前的数据体量反而避免了小样本质量不佳带来的干扰。”
吴才聪从不为数据量而担心。“在搭载北斗的农机规模化、国产化方面，我们前进的速度已经很快了。”2022年5月，中国卫星导航定位协会在京发布的《2022中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》中提到，在农业领域，全国已有将北斗终端作为标准配置的农机企业45家，已安装农机自动驾驶系统超过10万台，安装农机定位、作业监测等远程运维终端超过45万台/套。而根据相关数据报告显示，农机北斗终端生产企业预期2023年农机定位检测终端销量为70.35万台，还将比2022年增加36.96%。
数据见证发展的速度，但也透露着当下行业内的痛点。“可以看到的是，我们一直没有较高的站位去看待北斗农业应用，多数时候，领域中的从业者其实是在各干各的。”2023年北斗系统首次进入“一号文件”，其中提到，要支持北斗智能监测终端及辅助驾驶系统集成应用，吴才聪也指出，集成应用当是未来非常重要的方向，也是拓宽北斗农业应用的当务之急。
数字化生产，为吨粮田提供更有力的支撑
端牢中国饭碗，守住大国粮仓，藏粮于地和藏粮于技是国家战略。对于靠天吃饭的农业来说，技术的迭代发展，手段的创新优化，都是在保障国家粮食安全。北斗在农业领域的应用，最终目的也是如此。
在信息技术层面，北斗的应用，能为农业生产带来什么样的帮助？“北斗不是单纯的定位系统。”吴才聪告诉记者，他更愿将北斗看作是农业的基础“装备”，“我们可以把它理解为是一个信息传感器，它能被嵌入到很多信息采集设备中，在数字化农业中，可为采集者提供高精度的时空信息。”
精准农业、数字农业在很大程度上依赖这些时空信息。吴才聪说，数字农业的生产过程有其“三部曲”，包括信息获取、生产决策以及精准执行。北斗在这三个环节都可以发挥作用。举个最简单的例子，在信息获取的过程中，采集装置嵌入北斗，生产者可以了解病虫害的空间分布；在生产决策过程中，基于北斗位置的多维数据展示和处理，将为生产者提供更全面的数据参考；在精准执行过程中，关于肥料的施用，甚至可以顾及不同植株的需求差异。
吴才聪说，在北斗系统完成集成应用、实现数字化管理后，稳产增效也将有更多保障与实现路径，如同在今年“一号文件”中提到的吨粮田、新一轮千亿斤粮食产能提升行动，将有更有力的支撑。
数据的积累，技术的更新，也如农作物，需要时间和汗水为它积蓄养分。“信息时代早已到来，只是农业领域稍微有些晚，而一旦到来，趋势必将不可逆转。”吴才聪说，农业是一个集成应用的领域，这意味着农业发展的宽度、广度及速度，高度依赖于工业和信息化领域的发展。“当其他领域的核心技术逐渐成熟，在契合农业领域需求的情况下，有价值的‘装备’就会出现。”
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