农机+北斗，精准农业为颗粒归仓保驾护航
日期： 2023-06-25 来源：新京报记者 田杰雄
5月末，在农业农村部农业机械化总站网站上，《麦收快讯》开始了第二年的连载。自此之后的麦收期间，基于全国农机作业北斗大数据平台研发的联合收割机跨区作业热点图等信息会被一遍遍地更新、上传。它的制作者，是中国农业大学信息与电气工程学院教授、农业农村部农机作业监测与大数据应用重点实验室主任吴才聪及其团队。在这之前，全国很难找到这样一份具有时效性的麦收监测报告，可以如此直观地看到全国从南到北麦收的动态情况。
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。
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。”
5月末，在农业农村部农业机械化总站网站上，《麦收快讯》开始了第二年的连载。自此之后的麦收期间，基于全国农机作业北斗大数据平台研发的联合收割机跨区作业热点图等信息会被一遍遍地更新、上传。它的制作者，是中国农业大学信息与电气工程学院教授、农业农村部农机作业监测与大数据应用重点实验室主任吴才聪及其团队。在这之前，全国很难找到这样一份具有时效性的麦收监测报告，可以如此直观地看到全国从南到北麦收的动态情况。
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。
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。”
