黑龙江垦区精准农业三种GPS差分方式比较研究摘 要:为了黑龙江垦区精准农业试验示范需要,采用了 GPS定位差分系统,以提高GPS系统定位精度本文对黑龙江垦区精准 农业三种GPS差分方式进行了介绍，并对三种GPS差分方式进行了比较研究关键词：精准农业，全球定位系统，差分系统1•前言2002年黑龙江农垦总局在友谊农场五分场二队引 进美国CASE公司報套精准农业机械设备，建立了友谊 农场精准农业试验示范基地2003年黑龙江农星总局又 在大两江农场引进美国JOHN DEERE公司整套精准农 业机械设备，建立了大西江精准农业试验示范基地2005 年黑龙江农星总局引进美国CASE公司精准农业机械设 备，建立了八五二农场和宝泉岭农场精准农业试验示范 基地通过对四个试验示范基地GPS弟分方式的比较， 对三种GPS差分方式有了一个初步认识2. 全球卫星定位系统(GPS)全球定位系统 GPS (Global Positioning System)是美 国的第二代一卫星导航定位系统GPS的空间部分使用24 颗一卫星组成全球卫星定位系统，每天24小时为全球陆、 海、空用户全天候提供三维位置、速度和时间信息全 球定位系统(GPS) £|从建立以来，已得到非常广泛的应 用。
但美国出于其战略上的考虑，对外应用上，于1991 年7月开始实施SA政策，SA(Selective Availability)称为 有选择可用技术，即人为地将误差引入卫星钟和卫星数 据中，故意降低GPS定位精度，使用户的GPS接收机 精度都在100米左右虽然美国政府1999年取消SA政 策，但定位精度仍然在15米左右，这样的精度不能满足 实际应用需要，也给使用者带来极大不便3. 差分GPS定位系统(DGPS)为了提高GPS定位精度,采用差分技术(Differential GPS)可以改善因备种误差所影响的定位精度，使定位 精度提高到亚米级或厘米级并分定位是在一个地理位 置准确已知点建立羌分基准台，实时计算出茅分误差信 息，并将此信息传送给用户，用户即可得到高精度定位 3.1友谊农场区域自主型地面站RTCM方式的GPS差 分系统友谊农场精准农业技术示范试验基地DGPS定位系 统采用区域自主型地血站GPS斧分方式，使用的GPS差 分方式是采用伪距差分方式(RTCM方式，Radio Technical Commission for Maritime Services,航海无线电技术委员会)，在基准站上的GPS接收机求得它至 可见卫星的距离，并将此计算岀的距离与含有误差 的测量值加以比较求出其偏差，然后将所有卫星的 测距误差利川数传发射电台传输给田间作业机器 (如联合收割机)，田间作业机器上的GPS接收机 接收GPS信号的同时利用数传接收电台接收测距误 差来改正测量的伪距，最后利用改正后的伪距来解 出白身的位置，从而消去公共谋弟，提高定位精度。
GPS的定位•误差一般在15m以内，而RTCM茅分示 的DGPS的定位误羌是亚米级的，即定位误羌在lm 以内，这种精度能保证农业生产中的定位需求区 域白主型GPS差分系统组成如图1所示图1区域自主型GPS差分系统纽成示意图Fig. I Block diagram of regional self-determination GPS differential system1.联合收割机:2.车® AG132型GPS天线;3.数传接收电台 天线；4.GPS卫星；5. 35瓦PCC数传发射电台天线；6.固 定AG214型GPS天线；7.友谊农场五分场二队办公楼黑龙江省友谊农场五分场二队DGPS系统由地 面固定式GPS并分站和移动式DGPS接收系统组 成地曲GPS差分站设备包括Ag214 (MS750)型 双频GPS接收机，GPS接收天线、35 bL PCC数传 发射电台、PCC数传电台发射天线、12伏直流稳压 电源等组成Ag214 (MS750)型GPS接收机由美国天宝 (Trimble)公司生产，为精确动态定位而设计的双 频GPS接收机，在精确定位、导航及控制等领域有 着广泛的应用，该接收机的精度高，适合作为地面 GPS差分基准站的接收机。
数据链(羌分数据的无线传输)使用的是英高 频(UHF)的无线电通讯设备(数传电台)，传输距 离与电台发射天线高度、功率及移动站天线和基准 站天线间的阻挡有关友谊农场五分场二队办公楼 顶部PCC数传电台发射天线长度2米，架设高度为 14米经过实际测试，数传电台作用距离为30公 里，完全可以满足精准农业试验需要移动式DGPS接收系统由接收卫星信号的移 动式Agl32型GPS接收机和用于接收羌分信号的 PCC无线电数传接收机纽•成，PCC无线电数传接 收机通过RS-232串行接口与Agl32型GPS接收 机相连接，RS-232串行接口数据传输设置为 RTCM格式，即羌分信号格式，波特率为9600b/s、 8个数据位、1个起始位、1个停止位、没有校验 位3.2大西江农场GPS卫星差分系统黑龙江垦区九三农垦分局大西江农场精准农 业试验示范基地采用GPS差分方式是卫星差分形 式GPS卫星差分系统组成示意图如图2所示图中为表示清楚，联合收割机上安装的GPS接 收机天线和羌分信号接收机天线为分置的，实际两 个天线合置在一个圆球形天线内部，特此说明)GPS卫星 GPS卫星图2 GPS卫星差分系统组成示意图Fig.2 Block diagram of GPS differential system大西江农场引进的约翰辿尔公司(GreenStar) “绿色之星”精准农业系统采用(StarFire) “星 火”DGPS接收机，该DGPS接收机采用双频差分SF2 卫星差分系统，平均定位精度误差为±4英寸(土 10厘米)oStarFire是NavCom建立的全球双频GPS 弟分定位系统，它不需要建立基准站，能够自由地 在全球任何地方得到实时的分米级定位精度。
StarFire系统有五部分组成：参考站、数据处理 中心、注入站、国际海事地球同步卫星(INMARSAT)、 用户站美国约翰迪尔(JOHN DEERE )公司下属的 NavCom公司建立了一套由双频GPS接收机组成的 全球参考站网络，这些参考站每时每刻都在接收来 自于GPS 一卫星的信号从这些参考站获得的数据被 送到位于California的Redondo Beach和位于 Illinois的Moline的两个处理中心,经过处理以 后生成养分的改正数据这些养分改正数据通过数 据通讯链路传送到卫星注入站并上传至INMARSAT 国际海事地球同步卫星，向全球发布用户站的GPS接收机实际上同时有两个接收 部分，一个是GPS接收机，一个是L波段的通信接 收器GPS接收机跟踪所有可见的一卫星，然后获得 GPS卫星的测量值同时，L波段的接收器通过L 波段的一卫星接收改正数据当这些改正数据被应用 在GPS测童中时，一个实时的高精度的点位就确定 ToStarFire服务是有偿的用户根据白己预先 计划好的工作时间来向NavCom购买用户可以每 季度、每半年、或者每年一次的向当地的代理商购 买或者直接通过因特网向NavCom公司购买。
NavCom对于一些需要StarFire服务的特殊用户提 供预先支付、使用时计费等方式3.3八五二农场、宝泉岭农场区域自主型地面站 RTK方式的GPS差分系统八五二农场、宝泉岭农场精准农业技术示范试 验基地DGPS定位系统采用区域自主型地面站GPS 差分方式，使用的GPS差分方式是采用载波相位差 分方式(RTK 方式,Real Time Kinematic),是建 立在实时处理两个测站的载波相位基础上的它能 实时提供观测点的三维坐标，并达到厘米级的高精 度与伪距差分原理相同，由基准站通过数据链实 时将其载波观测量及站坐标信息组成相位兼分观 测值进行实时处理，能实时给出厘米级的定位结 果八五二农场、宝泉岭农场引进的大型拖拉机安 装有电液控制的自动驾驶设备，依靠DGPS设备对 拖拉机进行B动导航驾驶为了避免重播、漏播， 要求配备在拖拉机上的DGPS定位设备定位导航精 度比较高，因此使用了采用载波相位茅分方式宝泉岭农场地面GPS茅分站设备，包括脸214 (MS750)型双频GPS接收机，GPS接收天线、25 瓦Trimble数传发射电台、Trimble数传电台发 射天线、直流12伏输出10安培稳圧电源等组成。
GPS羌分站设备安装在场部办公楼内，GPS天线和 数传电台发射天线架设在场部办公楼顶，数传电台 发射天线长度3米，架设高度为26米经过实际 测试，数传电台作用距离为25公里八五二农场地面GPS差分站设备包括型双频 GPS接收机，GPS接收天线、30 bL PCC数传发射电 台、PCC数传电台发射天线、直流12伏输出10安 培稳压电源等组成将GPS差分站设备安装在二分 场一队农具场内，GPS天线和数传电台发射天线架 设在农具场内独立的天线架上，数传电台发射天线 长度3米，架设高度为40米经过实际测试，数 传电台作用距离为30公里4. 三种差分方式比较研究黑龙江垦区GPS差分形式目前有地面站差分 和卫星弟分两种形式友谊农场采用地面基准站 RTCM菲分方式；大西江农场采用卫星RTG羌分 方式；八五二农场、宝泉岭农场采用地面基准站 RTK差分方式，这三种差分方式乞有优缺点表1三种差分方式对比表Table I Table title in English (be placed at the center)单位差分方式定位梢度使用费用友谊农场RTCM亚米级一次性投入大西江农场RTG分米级毎年投入宝泉岭农场RTK原米级一次性投入八五二农场RTK厘米级一次性投入友谊农场五分场二队试验示范基地应用区域 白主型RTCM单站DGPS系统，一次性建站投资 比较大，后期运行费用比较低，没有卫星差分信号 服务费用，但服务半径相对较小，大约为30公里 左右。
基准站采用AG214型双频GPS接收机，定 位精度较高，但价格也较高；车载移动GPS采用 AG132型单频GPS接收机，价格较低，但定位精度 低于双频接收机，差分信号传输格式为伪距差分 (RTCM)o友谊农场DGPS系统经过两年试验示 范表明，该系统工作稳定、定位精度达到目前友谊 农场精准农业试验示范需要大西江农场应用的DGPS系统为RTG卫星差分 GPS系统，该并分方式是一种收费提供差分服务的 形式，服务半径比较大，每台“星火” DGPS定位 系统毎年要向约翰迪尔公司交纳800美元茅分信 号服务费用车载移动DGPS采用“星火”双频羌 分GPS接收机，定位精度较高，价格相应也较贵 由于大西江农场引进的大型气吹式变量施肥播种 机幅宽18米，配备划印器比较困难，没有安装划 印器，依靠DGPS设备对拖拉机进行自动导航为 了避免重播、漏播，要求配备在拖拉机上的DGPS 定位设备定位导航精度比较高，配套的“星火”DGPS定位设备“趟一趟”运动精度误差为±10厘 米，目前使用效果良好八五二农场、宝泉岭农场采用地面基准站RTK 普分GPS系统，一次性建站投资比较大，没有一卫 星差分信号服务费用，后期运行费用比较低，但服 务半径相对较小，大约为20〜30公里左右。
基准 站采川双频GPS接收机，定位精度较高，但价格 也较高；车载移动GPS采用双频GPS接收机，价格 相应较高，但定位精度是三种差分方式中最高的， 用于大型拖拉机自动导航和驾驶[参考文献][1] 王熙,王新忠，王智娥等.基于GPS的收获机产量监视 仪试验研究[J]•北京:农机科技推广,2002. 3(1):26〜27[2] 王新。