Page 35 - 《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 1763

4 智能演进的系统集成方法 场部署了一系列智能农机具装备及数字孪生与
智能管控系统，依托北斗精准导航与高分遥感综
北斗智慧无人农场管理系统通过数据融合- 合服务平台，实现了机库-机耕道-农田全场景、
智能决策-精准执行-闭环优化的全链条数字化管 耕-种-管-收全过程的无人精准作业。
控，实现了农业生产过程的无人化与智能化。系
统首先整合地面传感器（气象站、墒情仪等）与空
天遥感数据，构建农田多维度数字孪生体；基于
遥感影像与 AI 模型反演作物长势参数（如叶面积
指数、生物量）和土壤属性（如墒情、肥力），结合
气 象 与 植 物 生 理 数 据 生 成 变 量 作 业 处 方 图（播
种/施肥/灌溉）。通过智能算法规划农机作业路
径、时间及资源投入，并实时监控作业状态与质
量 。 作 业 完 成 后 自 动 生 成 绩 效 报 告（如 作 业 精
度、能耗分析），支持三维作业回放与问题溯源，
形成监测-决策-执行-评估的闭环管理，最终实现 图 3 北斗智慧无人农场管理系统
农 场 资 源 利 用 率 提 升 、作 业 成 本 降 低 的 增 效 目 Fig. 3 Management System of BeiDou Smart Unmanned
标，推动无人农场向感知-分析-决策-执行一体化 Farm with Intelligent Evolution
的智能演进式的系统集成。
5.1 天-空-地立体化采集
北斗智慧无人农场管理系统通过对数据采
北斗智慧无人农场 1.0 示范基地首先制定了
集、感知、决策和作业执行各层次的有机结合，实
面向农场的天-空-地立体感知网络最优部署方
现了农业生产全过程的智能化、自动化和精准化
案，包含无人机遥感设备、田间综合监测站、物联
管理。数据获取层通过天-空-地一体化确保农场
网测控系统，建立了多源传感数据融合及农情参
数据的精准采集，智能感知层结合多源数据分析
数立体实时反演方法，实现了农情信息的全方位
提供作物生长和环境变化的实时监控，决策管理
立体精准监测。数据采集网络主要由北斗卫星、
层利用智能分析对农业生产关键环节进行智能
高分遥感卫星、农情监测专用无人机、地面物联
决策，为农机作业提供精确的操作指令，自主作
网共同组建构成。BDS 提供精准定位与导航服
业层则通过无人化农机执行精准作业，保证农业
务，国产高分系列卫星提供高分辨率卫星遥感数
生产过程的高效与质量。北斗智慧无人农场管
据。如图 4 所示，农情监测专用无人机搭载了多
理系统通过数据输入、模型计算、作业执行、动态
光 谱 、热 红 外 、合 成 孔 径 雷 达（synthetic aperture
反馈形成不断迭代演进、具备感知-思考-行动-学
radar，SAR）、LiDAR 等多种载荷，可同时采集多
习功能的智慧大脑，如图 3 所示，形成了农业时空
种数据并进行农情反演。地面设备主要有一体
具身智能原型系统，其通过数据流闭环将农田转
化气象站、土壤分层多参数传感器、土壤采样机
化为可计算、可调控、可预测的数字化对象。这
器人等，进行农情采样与反演，结合高分辨率遥
一模式不仅解决了传统农业的资源粗放问题，更
感技术可实现土壤水、湿、温、肥参数监测误差低
通过算法与硬件的协同进化，推动农业生产从人
于 5%，农作物长势参数监测、产量预测结果误差
为经验依赖向机器认知驱动的范式革命，为全球
低于 15%，气象数据精度误差低于 6%，并进行 7
粮食安全与低碳农业提供可扩展的工业级解决
日气象预报。
方案。
5.2 农情参数精准监测
5 北斗智慧无人农场 1.0 实践探索 面向农业生产中农情诊断对农情参数精准
监测的需求，无人农场数字孪生与智能管控系统
依托国家科技部北斗星动能科技示范工程， 实现了地面传感器数据（田间气象站、墒情仪、孢
在山东省邹平市焦桥镇建成了中国第一个北斗 子捕捉仪、病情仪）的气象环境、水分状况、病虫
智慧农场示范区，即北斗智慧农场 1.0，于 2024 年 害风险等关键农情因子的多维数据采集，并利用
10 月投入运营。农场占地面积约 900 亩，土地平 统一的数据接口和边缘计算模块完成异构数据
整连片、土壤肥沃，适合小麦、玉米轮作。无人农 的实时清洗、编码与存储，形成时空一致性良好