论文关键词：农田面积  测量仪  GPS  精细农业

　　论文摘要：全球定位系统在精细农业中起着十分重要的作用， 本文利用GPS的定位功能， 研制了农田面积快速测量仪。测量仪由低成本的GPS模块、 单片机数据采集板、 健盘及L C D显示等组成. 给出了GPS定位信息的获取技术， 多边形农田面积的计算方法， 测量仪软硬件的设计原理等。试验结果表明测量仪能够快速刚量任意形状农田的面积， 相对测量误差小于2 %， 并且农田面积愈大， 测量的相对精度愈高。

　　农田面积是农业生产管理中最基础的数据之一，田块的大小直接决定了种子、化肥、农药等生产资料的投人量，也是农业机械进行田间作业计算工时和收费的主要依据。传统的农田面积大多使用皮尺测量，简单实用，但只适合于小面积的矩形状田块，对于大面积的田块，则费时费力，易出差错，并且难以测量不规则田块的面积GPS全球卫星定位系统能够提供实时的经度、纬度、高程等导航和定位信息，是支撑精细农业实践的核心技术之一。利用GPS的定位功能，能够测量农田各个点的坐标，从而为通过数学方法计算农田的距离、面积等数据提供了可能。本文采用低成本的GPS模块研制了便携式农田面积测量仪，实现对任意形状田块的面积进行快速的GPS定位测量。

　　1 GPS定位信息的获取

　　通过GPS接收机就可以获得GPS的定位信息。常用的GPS接收机可分为测量、导航、掌上机、OEM板等多种类型，其性能和价格差别很大，如美国Trimble 公司生产的AgGPS332是差分型GPS接收机，具有亚米级的定位精度，在精细农业中应用相当广泛， 但价格较高，体积大、功耗高，不适合用于便携式仪器。为了便于携带大多采用GPS模块（OEM板）进行二次开发接收机。

　　GPS模块支持NMEA-0183标准，可通过RS-232C串行口输出定位信息，NMEA-0183语句是一组由ASCII 字符组成的字符串， 以“ $” 字符开头，以回车换行符结束，中间为数据段及校验和，数据段之间以逗号分隔。GPS块能够输出多种格式的NMEA语句如 $GPGGA, $ GPGLL,$ GPZDA, $ GPRMC等，不同的语句包含不同的GPS信息。

　　在农田面积定位测量中采用了推荐的$ GPRMC语句格式。$ GPRMC语句中包含了常用的GPS定位信息，如经度、纬度、速度、日期、 时间、接收机状态等。该语句共由75字符组成，各个数据段在语句中的位置是固定的，如纬度数据位于字符串的第19至27字节，经度数据位于第31至40字节。读取相应区域的数据即可得到所需的定位信息，然后将经纬度字符串转换成数字，再进一步计算距离或面积。

　　2 面积就算方法

　　手持GPS接收机沿农田的边界绕行一周，可测量到一组由多个点组成的定位数据，按时间次序依次记为（X1,Y1）, （X2,Y2）, …,(Xn,Yn)，其中X表示经度，Y表示维度。将这些点依次连接线，则构成有n个顶点的多边形。

　　由于地球是一个椭球，为了精确计算距离或面积， 一般采用投影的方式转换成平面坐标。然而投影法计算十分复杂，难以在单片机中实现。为了简化计算，我们将地球视为正球体。农田测量中的距离较短，面积较小，通常小于1km，因此由于简化带来的误差可忽略不计。取地球半径为6371116m，则可转换成平面坐标, R为地球半径，x为经度/ m,  y为纬度/ m则在地球表面 Y经度处，经度差、 纬度差各为一度的方格面积为A，