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入量，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。本研究采用低成本的 GPS 模块研制了便携式面积测绘仪，实现对任意形状区域的面积进行快速的 GPS 定位测绘，使用便捷、准确，价格低，在土地建设、规划及农机跨区作业等方面应用前景广阔。
1农收割机面积测量仪的研制
1.1 GPS 定位信息的获取 
     全球定位系统 GPS 可以向全球的用户提供连续、实时、全天候、高精度的三维位置、速度和时间信息。在精细农业中，GPS 定位系统主要用于农田中大范围、高精度、高密度的定位，能对测量点进行精确定位或对作业机械精确导航。全球定位系统主要由空间星座、地面监控和用户设备三大部分组成。空间部分由 24 颗卫星组成，分布在 6 个轨道面内，每个轨道面上均匀分布4颗卫星。GPS 卫星的主要功能是接收地面监控站发来的导航信息，执行监控命令，对数据进行处理并向用户发送定位信息。地面监控部分由分布在全球的5个地面站组成，包括卫星监测站、主控站和信息注入站，其主要功能为对 GPS 卫星进行连续观测，确定卫星的轨道，推算出各卫星的星历、钟差、导航电文等信息，并将这些数据通过注入站注入到相应卫星的存储系统。用户设备主要由 GPS 接收机及数据处理系统构成，GPS 接收机的主要任务是接收 GPS卫星发射的无线电信号，获取必要的定位信息及观测数据，经处理后解算出自身的位置、速度、实现定位导航等功能。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。本研究采用低成本的 GPS 模块进行定位，通过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。
1.2 面积计算方法 
     收割机面积测量仪沿农田的边界绕行一周，可测量到由多个点组成的一组定位数据，按时间次序依次记为（X1，Y1），（X2，Y2），…，（Xn，Yn），其中 X 表示经度，Y 表示纬度。将这些点依次连接成线，则构成有n 个顶点的多边形，为了简化计算，我们将地球视为正球体。由于农田测量中的距离较短，面积较小，通常小于 1 km2，因此由于简化带来的误差可忽略不计。取地球半径为 6 371 116 m，将采集点的经纬度转换成平面坐标：

     式中：R—地球半径，x—经度 /m，y—纬度 /m由于 x、y 的数值较大，如果直接来计算面积，会导致极大的计算误差。因此将第一点作为坐标原点，以相对偏移量构成新的坐标系，对于多边形图形，可采用梯形法计算面积，进而得到整个多边形的面积。
1.3 收割机面积测量仪的设计 
     收割机面积测量仪主要由 GPS 模块、通讯接口、89S52 单片机、键盘及显示等电路组成。GPS 模块用于接收GPS卫星信号，并以 NMEA 格式输出定位信息。GPS模块内部集成了GPS 接收器、内置天线、上电复位电路、信号接口等电路，采用3～5.5 V宽范围低压供电，具有 12 通道 2.5 m(CEP)的定位精度，同时它的体积较小（45 mm×45 mm×9.7 mm），极低的功耗，非常适合于便携式电池供电的测量系统中。单片机是测量仪的核心部分，系统采用美国 Atmel 公司的AT89S52 单片机作为系统的处理器，具有很高的性价比，实现 GPS 数据的接收、处理、面积的计算、显示、存储等功能。1.4 计算机 GIS 软件设计 
     收割机面积测量仪具备了32K字节大容量的EEPROM存储器，可以保存被测地块的GPS定位数据，通过RS-232C 接口及数据发送给上位计算机作进一步的分析处理。上位计算机软件采用 Visual Basic6.0结合MapObjects 地理信息系统控件开发而成 。MapObjects 由美国的 ESRI 环境研究所开发，利用MO可以在通用的编程语言上实现主要的地理信息系统功能。MapObjects 能够显示多个地图层的地图、显示点、线、面等特征图形、标注字符、SQL 语句查询、特征统计等功能。上位机软件的主要功能模块有：数据通讯、文件操作、图形显示、图形修正、文本处理、信息显示、图形输出等功能。
2收割机面积测量仪的优点及应用
2.1 收割机面积测量仪的优点
2.1.1 方便快捷、测量数据准确 

        该收割机面积测量仪可手持测量，体积小，携带、操作方便。通过全球定位系统 GPS 获取测量面积的经纬度数据，通过数据计算获得所测多边形或不规则形状农田的面积，比人工测量精度高，满足了农田面积精确测量的实际需要。
2.1.2 经济实惠，满足跨区作业的需要 

       采用低成本的 GPS 模块进行定位，通过自主开发研制，购置该收割机面积测量仪所需费用较低，非常适用于普通农户或农机手跨区机收、机耕作业使用。
2.1.3 测量准确，公平公正，避免矛盾 

        该收割机面积测量仪对农田面积测量数据准确度高，尤其对不规则形状田块面积测量准确。因此，可以避免在土地整理、规划建设中因面积计算带来的矛盾，也可避免农业机械在作业收费中因面积产生的纠纷，使相关的生产管理和农业机械的作业收费等更加的公平公正。
2.2 收割机面积测量仪的应用
2.2.1 农田基本建设中土地整理 
     通过在土地整理中相关土地面积的准确测量及定位，提高土地总体规划与土地整理专项规划中对田、水、路、林、村等综合整治的力度和精度，有利于调整土地关系，改善土地利用结构和生产生活条件，增加可利用土地面积和有效耕地面积，提高土地利用率和产出率。
2.2.2 建设土地的规划 
    通过对所辖范围土地面积的精确测量及定位，科学合理的规划农田、道路、林网、沟渠等项目的综合建设，规范居民及乡镇工业用地，改善整体环境及维持生态平衡等。
2.2.3 农机跨区作业收费  
     农机跨区作业中，收割机面积测量仪可以有效防止对方经纪人或农户因少报农田面积等产生的少付费等情况，并解决不规则田块无法正确计量的困难，避免因此产生的矛盾和纠纷。以海宁永兴合作社为例，根据收割机抽样调查（5 台），因上述问题农机手少收益农田面积在 5％～15％（以 10％计算），平均每台收割机每年跨区作业面积166.67hm2以上，每 667 m2收费 60～80 元（以 60 元计算），每台收割机每年损失15000元，远远大于购置农机作业面积测量仪的费用。
2.2.4 农田总产量估算  
      通过对农田面积的精确测量及亩产（历史数据等）的计算，可以估算总产量，进而对整个地区的产量进行估算。同时该收割机面积测量仪的定位系统还有利于对不同地区的产量进行分析。
3 结 语 
     收割机面积测量仪采用 GPS 定位，测量速度快，并能测量任意形状田块的面积，并能生成地块的图形，具有较高的测量精度，且价格低，携带操作方便，在农业生产管理、土地整理规划和农机作业收费等方面有着广阔的应用前景。