一、引言
农业是一个严重依赖自然资源的国民经济基础行业，为了确保国家粮食安全战略，国家推出了一系列惠农政策，从中央到地方建立了各级农业科技服务机构，加大了农业科技创新投入。“十一五”末，我国农业科技进步贡献率达52%; “十二五”期间，力争使农业科技进步贡献率超过55%。随着以配方施肥、农业物联网等现代农业田间管理模式的积极推进，以及可持续农业生产技术体系的构建，对基于卫星导航的位置服务和各种农业田间作业所需要的导航专题电子地图，将会形成一个巨大的技术市场，进一步推进现代测绘技术在农业领域的应用水平。
当前，投入使用的全球卫星导航系统有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo 和我国的北斗导航系统。2007 年联合国将这4 个系统指定为全球卫星导航系统核心供应商。美国的GPS 和俄罗斯的GLONASS 投入最早，由于受苏联解体的影响，GLONASS 卫星数量及其运行质量状况都受到了影响，使其定位导航精度底，制约了应用范围。美国的GPS 称霸世界卫星导航领域的趋势一直没有改变。GPS 的编码分为军用和民用两种，在特殊时期，美国可以采取降低对方的导航精度、变换编码和区域性管理等措施，限制任意用户对GPS 的使用权限。我国的卫星导航应用， 95% 是建立在美国的GPS 系统之上的，给国家安全和国民经济可持续发展带来巨大隐患。建立基于北斗导航系统的卫星导航产业，对于保障国家安全、促进国民经济各行业可持续发展具有重要战略意义。加强北斗导航系统在农业领域的应用研究，对于强化农业信息化和智能化技术装备，有着重要的现实意义。
二、北斗导航系统
1. 北斗导航系统原理
北斗一号卫星导航系统由3 部分组成: 空间基座卫星、地面控制系统和用户机。空间基座在轨卫星有3 颗，2颗为处于工作状态的静止卫星，另1 颗为备份卫星; 地面控制系统由一个中心控制站及30余个标校站组成，主控站位于北京，负责整个系统的管理控制处理，肩负着与2 颗工作卫星的双向通信，完成每个请求用户的定位信息处理和将定位信息分发给用户的职能。30 余个分布于全国各地的标校站，主要负责对卫星信号的时延监测和卫星状态的标校。
北斗导航系统战略分三步实施，“北斗一号”导航系统是一个区域性卫星导航系统，服务范围为亚洲区域，可为我国和周边地区的中低动态用户提供定位、短报文通信和授时服务。2004 年，我国以北斗一号导航系统为基础，启动了第二代导航系统的研制。( 第1 步) 2012 年5 月，随着第12、13 颗北斗导航卫星的入轨运行， 2012 年年内将再陆续发射3颗北斗导航卫星组网，到时基本覆盖亚太区域( 第2步) 。到2020 年，北斗二代卫星导航系统基本建成( 第3 步) ，成为覆盖全球的卫星导航系统。
2. 北斗导航系统的特点
目前位置服务已发展成为大众化的服务增值业务。但长期以来依赖于美国的GPS 导航卫星，其位置服务是通过GPS 定位和地面无线移动网络进行通信实现的，导致在系统的稳定性和安全性方面存在着一定的风险。北斗系统是我国具有自主知识产权的区域性导航定位系统，具有卫星定位和短报文通信于一体的独特优势，其主要功能除了具有类似于美国的GPS 定位功能和定位精度外，还拥有GPS 不具备的双向通信功能。北斗终端间的通信可以不受任何地域、地形和地貌的限制，特别适合于在地域广阔、人迹罕至的地方应用。北斗导航系统在任何情况下，都不会受到任何外国的控制或影响。在相关政策的引导下，基于北斗系统的位置服务增值业务，正在成为我国的一个新兴产业增长点。
北斗系统具有导航定位、数字报文通信、授时三大功能，它的效益主要通过各类用户机来实现。农作物种植、生产和田间管理不同于其他产业部门，田间作业分散，不同地块、不同作物品种，及其病虫害问题等，需要在专业技术人员指导下来完成。加大农业科技与科技服务投入，实施配方施肥、田间灌溉最佳物候期和农药喷洒，对于减少化肥施用量、节约水资源、减少农药使用量，在确保农业品产量和质量安全方面都具有十分重要意义。土壤理化性状与养分状况、农作物长势都存在空间变异性或差异性，迫切需要提供精准的空间位置信息，以及相应的管理咨询信息服务。
三、应用现状
自2003 年投入使用以来，北斗导航产业逐步开发了一批具有自主知识产权的导航定位产品和应用系统。水文观测站点分布分散，在灾害天气条件下的水文观测数据传输是一个至关重要的问题。依赖北斗导航系统作为主信道建立的水文自动测报系统，成为北斗导航最早的民用用户之一。2007—2008 年间依托北斗导航系统，先后开发并投入应用的“危化品运输监控指挥系统”和“南沙渔船船位监测系统”，在危险化学品运输管理和海洋渔业捕捞渔船安全方面都发挥了重要作用。海洋渔业是高风险行业，现行的通信条件，出海渔船无法与陆地保持通信联系。北斗导航系统所具有的导航、短文通信服务和授时功能，可以很好地解决这些问题，GPS 则无法实现。在国民经济的其他领域也建立了一批示范性工程，例如开发了基于北斗导航系统的“大兴安岭森林防火信息系统”、“郑州铁路局铁路机车到站报点系统”等重大工程项目。
北斗导航系统应用于水文测报与数据传输，体现了北斗导航系统在物联网领域的应用潜力。物联网是利用各种信息感知器，实时采集所需要的各种信息，并通过与网络的连接，实现对认知对象的识别与监控。在农业物联网研发与建设方面，以此为契机，作为提升农业智能化水平和现代农业装备升级的重大挑战。目前国内农业物联网技术的研究与应用，主要集中在动植物生长环境远程监测控、生产管理智能化决策、农产品质量追溯、远程指挥调度等方面，在农业物联网空间信息获取方面主要依赖于美国的GPS，以北斗导航系统为依托的农业物联网技术研究与应用还很少。主要有海洋渔业部门的渔船船位监测系统和依托于新疆建设兵团建立的农田土壤墒情监测系统等。像通信条件较差的广大草原地区的草原火灾监测、草原生产力监测、各种自然和生物灾害的监测、赈灾方面还没有开展，农机作业车辆调度等领域，目前还很少应用北斗导航系统。
四、展望
田间墒情监测仅仅是农作物生长发育的一个生产要素，还有其他诸如空气温度、作物生长信息、病虫害信息、土壤培肥等方面都需要监测。通过农业物联网技术，对农田环境数据进行快速、准确地采集、传输、控制与分析，实现农业生产的智能化管理。
围绕物联网“全面感知、可靠传送、智能处理”功能，组建农作物生产智能监测系统，需要解决空间位置信息和数据传输问题。借助我国自行设计的北斗导航系统，建立农作物智能监测系统，与其他导航系统项比具有很大的优越性。在技术实现上，可以将北斗通信通用控制终端安装在观测站点上，并与各种传感器的控制电路终端相连，将传感器的测量数据按规定的编码传输到地面接收站; 并响应地面站发出的命令，实现对数据采集终端、电源状态等的遥测。构建从监测设备到中央接收站的数据链路，实现基于北斗系统的农作物智能监测数据的可靠传输系统。随着第二代北斗导航系统的全面建成和国家政策力度的加强，以及用户产品的多样化和价格竞争力的增强，全球导航产品中，北斗导航系统在农业导航产品的应用将会占到一个合理的份额。
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