黑龍江墾區(qū)精準農(nóng)業(yè)兩種GPS差分方式比較研究

 

摘要：為了精準農(nóng)業(yè)技術(shù)示范試驗需要，采用了GPS定位差分系統(tǒng)，以提高GPS系統(tǒng)定位精度。本文對黑龍江墾區(qū)現(xiàn)有兩種精準農(nóng)業(yè)GPS差分方式進行了介紹，并對兩種GPS差分方式進行了比較研究。

　　關(guān)鍵詞：精準農(nóng)業(yè)，全球定位系統(tǒng)，差分系統(tǒng)

　　1.前言

　　2002年黑龍江農(nóng)墾總局在友誼農(nóng)場五分場二隊引進美國CASE公司整套精準農(nóng)業(yè)機械設(shè)備，建立了友誼農(nóng)場精準農(nóng)業(yè)試驗示范基地。2003年黑龍江農(nóng)墾總局又在大西江農(nóng)場引進美國JOHNDEERE公司整套精準農(nóng)業(yè)機械設(shè)備，建立了大西江精準農(nóng)業(yè)試驗示范基地。通過對兩個試驗示范基地GPS差分方式的比較，對兩種GPS差分方式有了一個初步認識。

　　2.全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）

　　全球定位系統(tǒng)GPS(GlobalPositioningSystem)是美國的第二代衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。GPS的空間部分使用24顆衛(wèi)星組成全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，每天24小時為全球陸、海、空用戶全天侯提供三維位置、速度和時間信息。全球定位系統(tǒng)(GPS)自從建立以來，已得到非常廣泛的應用。但美國出于其戰(zhàn)略上的考慮，對外應用上,于1991年7月開始實施SA政策，SA(SelectiveAvailability)稱為有選擇可用技術(shù),即人為地將誤差引入衛(wèi)星鐘和衛(wèi)星數(shù)據(jù)中，故意降低GPS定位精度，使用戶的GPS接收機精度都在100米左右。雖然美國政府1999年取消SA政策，但定位精度仍然在15米左右，這樣的精度不能滿足實際應用需要，也給使用者帶來極大不便。

　　3.差分GPS定位系統(tǒng)（DGPS）

　　為了提高GPS定位精度，采用差分技術(shù)（DifferentialGPS）可以改善因各種誤差所影響的定位精度，使定位精度提高到亞米級或厘米級。差分定位是在一個地理位置準確已知點建立差分基準臺，實時計算出差分誤差信息，并將此信息傳送給用戶，用戶即可得到高精度定位。

　　3.1友誼農(nóng)場區(qū)域自主型地面站GPS差分系統(tǒng)

　　友誼農(nóng)場精準農(nóng)業(yè)技術(shù)示范試驗基地DGPS定位系統(tǒng)采用區(qū)域自主型地面站GPS差分方式，使用的GPS差分方式是采用偽距差分方式（RTCM方式，RadioTechnicalCommissionforMaritimeServices，航海無線電技術(shù)委員會），在基準站上的GPS接收機求得它至可見衛(wèi)星的距離，并將此計算出的距離與含有誤差的測量值加以比較求出其偏差，然后將所有衛(wèi)星的測距誤差利用數(shù)傳發(fā)射電臺傳輸給田間作業(yè)機器（如聯(lián)合收割機），田間作業(yè)機器上的GPS接收機接收GPS信號的同時利用數(shù)傳接收電臺接收測距誤差來改正測量的偽距，**后利用改正后的偽距來解出自身的位置，從而消去公共誤差，提高定位精度。GPS的定位誤差一般在15m以內(nèi)，而RTCM差分后的DGPS的定位誤差是亞米級的，即定位誤差在1m以內(nèi)，這種精度能保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的定位需求。區(qū)域自主型GPS差分系統(tǒng)組成如圖1所示。

　　圖1區(qū)域自主型GPS差分系統(tǒng)組成示意圖

　　1.聯(lián)合收割機；2.車載AG132型GPS天線；3.數(shù)傳接收電臺天線；4.GPS衛(wèi)星；5.35瓦PCC數(shù)傳發(fā)射電臺天線；6.固定AG214型GPS天線；7.友誼農(nóng)場五分場二隊辦公樓

　　黑龍江省友誼農(nóng)場五分場二隊DGPS系統(tǒng)由地面固定式GPS差分站和移動式DGPS接收系統(tǒng)組成。地面GPS差分站設(shè)備包括Ag214（MS750）型雙頻GPS接收機，GPS接收天線、35瓦PCC數(shù)傳發(fā)射電臺、PCC數(shù)傳電臺發(fā)射天線、12伏直流穩(wěn)壓電源等組成。

　　Ag214（MS750）型GPS接收機由美國天寶（Trimble）公司生產(chǎn)，為精確動態(tài)定位而設(shè)計的雙頻GPS接收機，在精確定位、導航及控制等領(lǐng)域有著廣泛的應用，該接收機的精度高，適合作為地面GPS差分基準站的接收機。

　　數(shù)據(jù)鏈（差分數(shù)據(jù)的無線傳輸）使用的是甚高頻（UHF）的無線電通訊設(shè)備（數(shù)傳電臺），傳輸距離與電臺發(fā)射天線高度、功率及移動站天線和基準站天線間的阻擋有關(guān)。友誼農(nóng)場五分場二隊辦公樓頂部PCC數(shù)傳電臺發(fā)射天線長度2米，架設(shè)高度為14米。經(jīng)過實際測試，數(shù)傳電臺作用距離為30公里，完全可以滿足精準農(nóng)業(yè)試驗需要。

　　移動式DGPS接收系統(tǒng)由接收衛(wèi)星信號的移動式Ag132型GPS接收機和用于接收差分信號的PCC無線電數(shù)傳接收機組成，PCC無線電數(shù)傳接收機通過RS-232串行接口與Ag132型GPS接收機相連接，RS-232串行接口數(shù)據(jù)傳輸設(shè)置為RTCM格式，即差分信號格式，波特率為9600b/s、8個數(shù)據(jù)位、1個起始位、1個停止位、沒有校驗位。

　　3.2大西江農(nóng)場GPS衛(wèi)星差分系統(tǒng)

　　黑龍江墾區(qū)九三農(nóng)墾分局大西江農(nóng)場精準農(nóng)業(yè)試驗示范基地采用GPS差分方式是衛(wèi)星差分形式。GPS衛(wèi)星差分系統(tǒng)組成示意圖如圖2所示。（圖中為表示清楚，聯(lián)合收割機上安裝的GPS接收機天線和差分信號接收機天線為分置的，實際兩個天線合置在一個圓球形天線內(nèi)部，特此說明。）

　　圖2GPS衛(wèi)星差分系統(tǒng)組成示意圖

　　大西江農(nóng)場的約翰迪爾公司“綠色之星”精準農(nóng)業(yè)系統(tǒng)采用“星火”DGPS接收機，該DGPS接收機采用雙頻差分SF2衛(wèi)星差分系統(tǒng)，平均定位精度誤差為±4英寸（±10厘米）。地球同步衛(wèi)星差分系統(tǒng)是由美國修斯頓OMNISTAR公司提供，OMNITSTAR廣域衛(wèi)星差分服務被約翰迪爾的“綠色之星”系統(tǒng)所使用。OMNISTAR衛(wèi)星差分信號，覆蓋全球90%的區(qū)域，約翰迪爾公司“星火”GPS網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星差分系統(tǒng)，有兩個地面注入站，將差分信號送上修斯頓公司三顆地面同步衛(wèi)星。

　　4.差分方式比較研究

　　黑龍江墾區(qū)GPS差分形式目前有地面站差分和衛(wèi)星差分兩種形式。友誼農(nóng)場采用地面基準站差分方式；大西江農(nóng)場采用衛(wèi)星差分方式，這兩種差分方式各有優(yōu)缺點。

　　友誼農(nóng)場五分場二隊試驗示范基地應用區(qū)域自主型單站DGPS系統(tǒng)，一次性建站投資比較大，后期運行費用比較低，沒有衛(wèi)星差分信號服務費用，但服務半徑相對較小，大約為30公里左右。基準站采用AG214型雙頻GPS接收機，定位精度較高，但價格也較高；車載移動GPS采用AG132型單頻GPS接收機,價格較低，但定位精度低于雙頻接收機，差分信號傳輸格式為偽距差分（RTCM）。友誼農(nóng)場DGPS系統(tǒng)經(jīng)過兩年試驗示范表明，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定、定位精度達到目前友誼農(nóng)場精準農(nóng)業(yè)試驗示范需要。

　　大西江農(nóng)場應用的DGPS系統(tǒng)為衛(wèi)星差分GPS系統(tǒng)，該差分方式是一種收費提供差分服務的形式，服務半徑比較大，每臺“星火”DGPS定位系統(tǒng)每年要向約翰迪爾公司交納800美元差分信號服務費用。車載移動DGPS采用“星火”雙頻差分GPS接收機,定位精度較高，價格相應也較貴。由于大西江農(nóng)場引進的大型氣吹式變量施肥播種機幅寬18米，配備劃印器比較困難，沒有安裝劃印器，依靠DGPS設(shè)備對拖拉機進行自動導航。為了避免重播、漏播，要求配備在拖拉機上的DGPS定位設(shè)備定位導航精度比較高，配套的“星火”DGPS定位設(shè)備“趟—趟”運動精度誤差為±10厘米。由于設(shè)備引進的時間比較短，定位精度能否達到達到大西江農(nóng)場精準農(nóng)業(yè)導航（高定位精度）試驗示范需要，還需要進一步測試和試驗。

　　作者簡介：王新忠，女，41歲，黑龍江八一農(nóng)墾大學工程學院副教授，主要從事工程力學教學及精準農(nóng)業(yè)科研工作。

　　資助項目：國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（課題編號：2003AA209090）資助

　　作者聯(lián)系方式：黑龍江省大慶市開發(fā)區(qū)黑龍江八一農(nóng)墾大學工程學院王新忠

 

發(fā)表于 @ 2008年06月29日 10:43:00 |點擊數(shù)（）

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