Page 29 - 《武汉大学学报（信息科学版）》2025年第9期

第 50 卷第 9 期 张 新等：北斗和遥感融合的智慧无人农场关键技术研究 1757

配与协同作业。
以上四大特征形成了融合感知-精准认知-智
能管控-自主执行的技术链条，既需要北斗高精度
定位、多源数据融合、AI 模型嵌入等核心技术突
破，又需要通过耕-种-管-收全流程实践验证其技
术体系的工程化价值，探索形成中国无人农场的
发展，实现从机械化替代到时空智能重塑阶段性
跨越的新范式。

2 北斗智慧无人农场系统结构

北斗智慧无人农场的生产模式以全场景精
准导航和空天遥感农情精细监测技术为基础，依
图 1 中国无人农场发展历程
托智能设备、大数据平台和人工智能系统，通过
Fig. 1 Development History of Unmanned Farm in China
自主数据采集与智能决策生成操作指令，指导无
态系统时空异质性变化规律及其智能响应机制， 人驾驶农机进行精准作业。该系统形成了覆盖
促进中国智慧农业从局部技术创新迈向系统范 耕-种-管-收全流程的高效生产方案，以实现科学
式重构，为后续多智能体协同与全产业链数字化 种植、提升质量与效益为目标，从而实现农场的
创新奠定理论和技术基础。 无人化、可持续生产运营。无人农场作为智慧农
北斗智慧无人农场生产模式将农场生产物 业的高级形态，其核心在于通过基于北斗+遥感
理世界场景与数字世界深度融合，实现从环境感 融合的天-空-地一体化感知网络与智能农机集群
知到精准执行的自主化与智能化，通过技术重构 的深度协同，实现农业生产全流程的无人化与精
人-机-环境之间的关系，以数据驱动替代传统经 准化管控。
验决策，覆盖农田环境感知、智能决策、精准执行 北斗智慧无人农场系统结构如图 2 所示，该
与动态优化闭环，最终实现资源高效利用与可持 系统以无人农场的全流程作业为目标，结合高分
续发展。这一概念强调的是农业管理的高度融 遥感卫星、BDS、无人机、物联网及无人农机等多
合 、精 准 、自 动 和 智 能 的 特 征 ，旨 在 减 少 人 为 干 种技术载体，通过多层次技术体系的协同运作，
预，提高农业生产效率、节约资源，并实现环境友 实现对农业环境的实时监测、智能化决策和全场
好型的可持续发展。 景数字化管理，从而支持精准作业的高效开展。
北斗智慧无人农场的技术特征包括： 该技术系统包含 4 个层级：数据获取层、智能感知
1）天 -空 -地 一 体 化 多 模 态 融 合 感 知 。 集 成 层、决策管理层、自主作业层，分别对应数据获取
BDS、多光谱/雷达遥感、地面物联网传感器，形 载体、农情感知与精准监测、智能决策与变量控
成天-空-地立体感知融合感知系统。 制、农机全流程无人作业等 4 个功能，并最终实现
2）数据和模型驱动的农情精准认知。基于 农业生产的全程监控与无人化操作。
深度强化学习与数字孪生技术，构建作物生长-环 1）在数据获取层，北斗无人农场构建了天-
境响应模型，实现土壤环境、气象环境和作物生 空-地的立体化监测网络，利用高分遥感卫星获取
长情况的精准认知。 大范围土地覆盖信息，并通过 BDS 为无人机与农
3）基于时空精准认知的智能决策管理。依 机提供高精度定位支持，同时结合地面物联网传
托 BDS、激光雷达（light detection and ranging，Li⁃ 感器采集的土壤水分、温湿度等数据以及无人机
DAR）、同步定位与地图构建技术，构建高精度时 获取的局部高分辨率遥感影像，构建了多源、多
空坐标框架，结合农情监测结果，支持变量灌溉 尺度的农田数据基础。
施肥、病虫害预警等动态决策，为后续农机自主 2）在智能感知层，通过融合地面传感器、卫
作业提供底层支撑与管理指令。 星遥感和无人机遥感等多种数据，实现对土壤、
4）全流程无人化自主作业执行体系。依托 作物及气象信息的精准感知，采用深度学习算法
北斗+5G+边缘计算架构，实现感知-决策-执行 实现土壤水分、温度与肥力的精准反演，并对作
的分钟级闭环，智能农机集群支持多任务动态分 物 长 势 、病 虫 害 及 产 量 进 行 全 生 命 周 期 动 态