编者按：2017 年5 月，欧洲全球导航卫星系统管理局(GSA)发布了《全球导航卫星系统(GNSS)市场报告》(第五版)(简称《报告》)。《报告》在概述全球GNSS 市场新进展的同时，分别从位置服务、道路、航空、铁路、航海、农业、测绘和授时同步八大应用领域分析了GNSS 市场发展现状，并对2025 年前的发展趋势进行了预测。本文梳理了报告中有关精准农业应用领域的主要内容，供读者参考。
一、GNSS 在农业中的应用
精准农业是利用不同的技术和解决方案来管理各种农作物产品，目的是为了提高作物产量，减少对环境的影响。GNSS 设备在农业方面的应用主要包括：
● 农业拖拉机导引：使用GNSS 定位及数字显示辅助驾驶员沿最优路径前行，减少路线重叠的风险。
●自动驾驶技术：使得操作者可以在开展核心农业任务时，完全实现农场设备的自动驾驶。
●可变速率技术(VRTs)：将GNSS 定位与其他传感器和数字地图的信息相结合，用于分发精确用量的农药。
●产量监测：使用产量传感器与GNSS 定位得到的收割机输出信息，可以定点监测产量。
●生物监测：在农业领域，提供作物生长的最新信息，使得生物定点监测成为可能。
●土壤条件监测：对土壤水分、肥力或疾病状态进行更新，从而可以实现优化管理。GNSS 定位和应用软件可以识别送到实验室土壤样本的准确位置。土壤采样数据可以用于VRTs 应用地图。
●家畜跟踪及虚拟围栏技术：利用跟踪和虚拟围栏，使用支持GNSS 的便携式设备跟踪动物行为。
●森林管理：利用GNSS 定位开展不同的林业任务，如识别和绘制灾害区域，明确区域的位置和道路。农业物流应用帮助农民提高效率并遵守多项监管和新标准：
●农机监控和资产管理：使用实时GNSS 信息监控农场设备的位置和机械状态，更有效地管理工作流程。
●地理跟踪：通过安装在动物和车辆上GNSS 跟踪器的转发器，得到地理参考位置和地块尺寸信息，来提高食品、动物和产品跟踪的有效性。
●地域边界界定：是精确测量农田边界和尺寸的有效技术。在欧盟共同农业政策(CAP)下，基于GNSS 的操作设备使用EGNOS 系统和Galileo 系统，来支持面向农民的地区补贴制度。
二、主要趋势
随着新程序的运行，GNSS 将会促进农场综合管理的兴起。
1. 主要市场趋势
● GNSS 应用被用于农业生命周期的所有阶段，并成为推广农场综合管理概念的关键因素。
●无人机在商业应用中受到越来越多的人欢迎，农业可能成为无人机技术应用面向的最大的用户市场。
●由于易于安装且价格合理，物联网已经成为新兴高效的生产方式。美国在该领域的发展全球领先，相关产业年复合增长率为20%。
2. 精准农业促进农业综合整治
农场综合管理是农场的整体管理方法。其目的是通过基于大数据范式的已知管理过程，根据可持续农业原则，提高现有资产以及自然资源和人为资源的利用效率，进而提高农业生产力。在空间系统(GNSS和地球观测)以及地面技术产生的数据基础上，软件服务支持决策的制定。在这种情况下，精确农业完全
符合农场综合管理的概念。
目前，欧盟农场综合管理的采用率约为10%，预计在2020 年将达到30% ~40%。所有精准农业的主要参与者目前均大力开发农场综合管理解决方案，为农民提供更多的设备、资源和商机。
图1 精准农业促进农业综合整治
3. 森林管理市场将扩大和移动化
由于森林管理是一种具有固有区位成分的活动，因此，GNSS 在林业活动的不同阶段均有很大帮助。GNSS 的应用如下：用于现场控制的手持设备、拖拉机导引和软件。目前市场正处于快速变化之中，如果在实践中实现更高精度(米级)，将使得GNSS 在森林领域中的应用越来越广泛。
提高精准定位的智能手机设备(通过蓝牙)的销售量将在未来几年内飙升。预计未来15 年内，地图软件市场销量将增长约30%。而其中，美国和欧洲地区的销售额最高。拖拉机导引在市场上来说相对较新，它的使用将会跨地区增加，包括拖拉机导引、定位和附加地图在内的新设备。目前的市场规模估计约为1350 万欧元。
4. 无人机的使用将保持上升趋势
无人机支持精准农业，涵盖众多应用，包括作物和现场分析、作物健康监测、种植、作物喷洒和牛群监测。
据估计，未来10 年内无人机应用呈现最大程度增长的领域将会是精准农业，这是由于可以廉价、安全、快捷地获取信息。国际无人机系统协会预测，农场最终将占商用无人机市场80% 份额。在美国，使用无人机种植玉米、大豆和小麦每年可以节省约11.8亿欧元，这些无人机带来的好处包括：
1)通过发现潜在的产量限制问题来提高产量;
2)在较短的时间内覆盖整个领域，可以及时减少成本;
3)易于操作，即使在很难进入的区域也可以悬停;
4)通过捕获人眼无法看到的数据，去除人为错误;
5)与航拍和卫星图像相比，在多云等天气情况下仍具备正常运行的能力。
三、用户视角
对精准农业来说，互操作性和易用性是关键要求。
表1 描述了通过对用户社区的持续监控，实现对关键用户需求进行评估。
表1 精准农业应用主要用户需求评估表
然而，不兼容性为用户带来了一定困难。一些用户因为农业设备、农场管理程序和软件项目之间存在“语言问题”，以及组件之间的不兼容性问题，而遇到了困难。接口的标准化是将不同品牌的硬件和软件之间的不兼容性最小化的关键解决方案。一直以来，该行业试图解决这一难题，到目前为止已启动了几项举措。其中，农业行业电子设备基金会(AEF)做出了努力，为农业电气和电子系统引入ISO 标准指导提供了必要的支持。
农民是主要决策者之一，这也成为重大挑战。农民在决策过程中需要支持/ 指导，以便能够提前计划，另外还要在收获周期中进行计划。从这一领域收集到的数据可以在这方面发挥双重作用，有利于现场决策，从而支持业务需求，以及制定更具战略性的解决方案和决策。
另一个突出的方面是在遵从法律约束的前提下，农民使用相关信息进行报告的能力。在这方面，数字化农场内的自动化数字文档可以减轻农民的管理负担，以证明他们遵守法律。
当前技术面临的挑战是将大数据转化为易被农民接受并使用的智能数据。如果可以完全实现这一点，人类、技术和动物、土地的关系将得到大大改善。
四、最新进展
精准农业解决方案正在快速增长，如图2 所示。
图2 GNSS 精准农业设备出货量(按应用划分)
拖拉机导引从2006 年到2016 年一直都是最广泛的应用，2016 年占所有设备出货量的41%，安装量超过70 万套。
自动驾驶技术是年度第二的运输应用，其增长速度高于拖拉机导引，人们需要通过它来获得更高的准确性。农民在运用这些系统时采用自动驾驶技术并取得了积极成果。
可变速率技术(VRTs)的应用一直在高速增长，2016 年设备出货量达到6.7 万套。该技术经常与其他技术结合使用，并在应用中不断增长，证明农业正在成为跨领域发展最快的行业之一。
资产管理解决方案自2006年以来每年都在增加，2016 年的装机量达153000 台。
森林管理解决方案构成了一个利基市场，包括拖拉机导引和树木管理解决方案。
五、未来市场趋势
按照区域类别划分，GNSS 精准农业设备出货量预测如图3 所示。
图3 GNSS 精准农业设备出货量预测(按区域类别划分)
目前北美是技术最先进的地区，是精准农业的中心地带，拥有最多的安装量，其次是亚太地区。2015 - 2025 年，北美的设备出货量将增加两倍以上，这表明精准农业在该地区的作用逐步突出，且行业致力于技术创新。
亚太地区将继续扩大其安装量，虽然速度比2006 - 2015 年慢，但到2025 年也将达到33 万台。中国、印度、澳大利亚等国家是精准农业的主要采用者。人口的增加以及该地区的经济增长和粮食需求的迅速增长，都推动了精准农业的发展。
欧洲(欧盟28 国和非欧盟28 国其他地区)将以一定速度持续增长，2025 年出货量将达到15.7 万台。精准农业面临的挑战是农业结构的规模和多样性。
中东和非洲，以及南美洲和加勒比地区将会实现高水平的增长，部分原因是目前的水平较低，而且最初在发达国家使用的技术正变得越来越容易使用。在非洲，廉价且智能的技术解决方案正在蓬勃发展，呈现出巨大潜力。其中，玉米和大米种植主要受益于先进技术。在中东和非洲地区，出货量将从2015 年的14000 台增长到2025 年的239000 台。
来源：《卫星应用》2017年第9期
孙闻阳 孙鹏 _译
毛凌野 张曼倩_ 校
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