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【摘要】针对智慧农业农业机械自主运行的作业要求，利用支持北斗全球系统的高精度定位中RTK（实时差分定位技术）与PPP（精密单点定位）各自优势，提出北斗“星地一体”融合定位技术在农业机械自动驾驶中关键作用。研究表明：搭载“星地一体”融合定位北斗全球系统高精度导航系统，使得农业机械在无网、弱网络场景下拥有可靠位置信息、能够为农业机械提供精确位置引导服务。

【关键词】智慧农业；PPP；RTK；北斗高精度导航

1 引言

近年来，随着北斗全球卫星导航系统的全面建成，农机自动驾驶导航系统的广泛应用；安装农机自动导航系统使农机能够按照规划的路线自动行驶，极大地提高了农业生产的效率收益。但在实际作业应用中，仍面临一些挑战。其中，移动通信网络覆盖区域不足和通信信号较差的问题尤为突出。

为了解决这一问题，研发适用于弱移动网络信号覆盖环境的农机自动导航系统成为亟待解决的课题。本项目提出北斗“星地一体”融合定位技术的方案、实现农机导航自动驾驶系统在弱移动网络信号覆盖地区的应用。

2 解决方案

2.1 技术路线

农机自动导航驾驶系统依赖高精度RTK模块提供厘米级的定位精度。常用的RTK技术需要依赖地面基站和通信网络，获取实时的差分数据，才能实现厘米级的RTK定位解算。但很多农田耕种区域都存在着无网、弱网的问题，农机导航系统无法接收到实时RTK差分数据，导致无法实现高精度定位，星基增强技术出现则解决了这一难题。当搭载“星地一体”融合定位系统的农机导航设备行进到无网、弱网络信号区域时，可以无缝切换星基服务，实现基于“星地一体”融合技术的全区域农机作业，保障农机作业的连续性。

“星地一体”定位功能自动导航驾驶系统搭载的接收机启动后会同时进行RTK与PPP信号的定位解算，当系统接收到差分数据源的数据时，进行RTK解算，当系统检测不到差分数据，自动切换PPP信号解算，输出基于星基信号的高精度位置解。

搭载“星地一体”融合定位技术设备工作原理如下图：

2.2 建设内容

搭载“星地一体”融合技术农机自动驾驶系统通过如下关键技术，确保农机自动驾驶系统能够精确定位。

2.2.1“星地一体”融合定位技术。

具体来说，PPP技术具有全球覆盖、无需地面基站的特点，而RTK技术则能够提供厘米级的高精度定位，但依赖于地面基站和通信网络。通过PPP&RTK融合算法，成功地将两者的优势结合起来，既保证了全球覆盖和无需地面基站的特点，又提高了定位稳定性。农机自动驾驶系统中应用“星地一体”技术定位融合，使定位系统能够在无网、弱网区域作业时无缝切换星基服务。

2.2.2 星基增强全新升级算法。

本项目提出升级PPP融合算法利用Galileo-HAS和BD3-B2b的高精度PPP信号，能够实现双系统PPP联合解算 ，参与解算卫星达到20颗以上，使得PPP收敛完成后的输出更加稳定。

3 应用成效

3.1 经济效益

本研究项目顺利实现在经济效益上体现以下两个方面：

（1）提高农业生产效率降低农业生产成本。

通过精准导航和自动化作业，系统能够精确控制农机的运行轨迹，实现高效、准确的播种、施肥、收割等作业，从而减少了作业时间和人力成本。

（2）农机自动驾驶系统为农业生产经营者带来更高的经济效益。

基于北斗/GNSS高精度“星地一体”融合定位的农机自动驾驶终端，使得农业机械实现高精度定位导航，提高农耕精准性和作业效率。同时基于搭载“星地一体”功能自动驾驶导航系统产品也将在未来几年为生产该类型产品的企业带来较大的销售业绩增长。

3.2 社会效益

搭载“星地一体”农机导航系统在智慧农业中的社会效益主要体现在以下几个方面：

（1）提高农户作业生产效率：

智慧化农机导航系统能够收集农田的相关数据和图像，对进行精确测绘，并实时监测土壤水分、营养状况等指标。农民可以根据这些数据精确调整施肥、灌溉等作业，避免了过量施肥和浪费资源的问题，提高了农田的利用效率。

（2）创造就业机会和提高农村经济水平：

搭载“星地一体”农机导航定位技术的推广和应用，将带动相关产业的发展，创造更多的就业机会。

综上所述，农机导航在智慧农业中的社会效益显著，有助于推动农业现代化、提升农业生产效率、促进智慧农业的发展，以及创造就业机会和提高农村经济水平。这些效益共同推动了智慧农业的健康、快速发展。

4 创新点

4.1 “星地一体”定位技术，没网也能用。

本项目提出自动驾驶系统搭载“星地一体”融合定位技术结合RTK与星基增强技术的各自优点，实现了两者的相互补充与融合。

（1）开机阶段辅助星基加速收敛：

在传统的星基定位系统中，收敛时间往往较长，本项目提出“星地一体”融合定位技术在开机阶段利用RTK技术的快速定位能力，辅助星基系统加速收敛过程，缩短了星基系统的收敛时间。

（2）RTK定位与星基定位相互切换：

搭载“星地一体”定位农机自动驾驶系统通过结合RTK与星基增强技术的优点，网络信号断开后无缝切换至星基定位以及网络信号恢复后无感切回RTK定位等功能。并且切换过程无需用户手动操作，既提高了用户体验，又确保了定位系统的连续性和高效性。

4.2 星基增强多系统联合解算。

本项目提出的PPP融合算法不仅支持多系统星基增强联合解算，也可以单系统使用（B2B、HAS），显示了其灵活性和适应性。这种算法设计确保了在不同场景和需求下都能提供稳定、可靠的定位服务。

此外，更多参与解算的卫星，该算法能够有效弥补因方位遮挡等原因导致的信号丢失或减弱问题。

5 结语

本文基于农业机械智能驾驶实际作业场景下需求，结合了农业机械市场调研总结，并依托于项目中在“星地一体”定位导航接收机实测数据， 给出了农业机械对北斗高精度导航系统在无网络、弱网络信号覆盖区域下导航指标要求；结合2024年春播实际案例验证了其可行性与实用性，结果表明本文提出的“星地一体”融合定位技术对农业机械自动驾驶的要求是切实可行的，具有较好的工程指导意义。

参考文献

[1]王国栋，《基于数据融合的农机自动导航控制方法研究》，山东理工大学，2021

[2]田伟，《南京市农机安全监管体系与研究》，南京农业大学，2015