本文收录于《农业信息化》2022年第11期，目次18
摘要：随着科学技术的发展，生产力和生产方式不断变化，国家的各个产业都依靠科学的力量得到快速发展。在中国农业现代化进程中，运用了大量的高科技手段，促进了农业生产的规模化、精细化。无人机应用于农业生产，使得农作物种植、病虫害防治等方面的工作更加简单高效。该文重点对无人机在精准农业领域的应用进行论述，并对其关键技术和发展前景进行分析。
关键词：无人机；精准农业；技术发展
在现代农业领域，无人机的作用非常显著，以无人机为基础的新型操作系统显示出了极大的优越性，其自动化程度的提高，不仅有效地减少农民的劳动，而且还能提高喷洒农药、保护植物等工作的效率。无人机对农业的精准、智能化发展起到了很大的推动作用，对提高中国的农业生产也起到了很大的作用。
农用无人机技术概述
1.1 农用无人机的功能介绍
无人机是一种能够通过遥控进行无人飞行的飞行器，在农业领域中，通过使用程序语言和无线电遥控，能够为农民提供生产服务。当前，在农业生产中，无人驾驶飞机的功能包括：数据收集与农事操作。数据收集就是利用无人机对作物生长状况、土壤状况、病虫害等信息进行采集和处理，从而为农业生产决策提供信息。农事操作就是用无人驾驶的机械进行各种农事作业，它能提高作业效率和质量，非常适用于大规模的农业作业。同时，在无人机上安装智能装置，能够实时获取农田的信息，从而为生产管理人员提供更好的决策依据，达到实现精确农业的目的。
1.2 无人机在精准农业中的主要应用领域
首先，通过对作物的监测，为肥料的使用提供数据。在现代农业中，施用化肥是保证粮食产量的重要手段，它可以为作物提供各种营养物质，保证其正常的新陈代谢。在农业生产中，怎样在恰当的时间施用足够的化肥，是一个非常重要的问题。而安装了影像采集设备的无人机，可以收集到作物的生长情况，让种植户们能够及时地发现作物的异常情况，然后根据数据进行分析，准确地进行准确的施肥。
其次，通过对土壤环境的监测，为灌溉提供数据。水分对作物的生长也有很大的影响。种植者要根据土壤的湿度和作物的特性，进行适当的灌溉，所以土壤含水量的监控非常重要，它能让种植者知道作物有没有缺水，有没有用水，并根据这些数据信息，选择合适的灌溉方法，提高水资源的利用率。与传统的土壤湿度监测技术相比，无人机在监测范围、准确性和实时性等方面有着明显的优越性。具体来说，就是利用安装在飞机上的可见光近红外光仪，将土壤的水分进行对比分析，从而得到土壤水分状况，实现科学的灌溉[1]。
最后，在防治病虫害和去除杂草方面的应用。无人机还可以监控农田中的害虫和杂草，利用现代的遥感技术，通过空中拍摄，可以对大片农田进行有效的覆盖，获取清晰、全面的影像数据，分析作物的生长环境，并能及时发现害虫和杂草，并制定相应的防治措施。比如，由江苏省农业科学院与南京科技大学联合研制的小型无人机，配备了一台专用的光谱仪，能够根据作物叶片的辐射情况，准确地判断出作物的病情，制定出相应的治疗方案。同时，在此基础上，还建立了一套专门的作物病虫害图谱数据库，利用简单的数据比对，可以迅速地判断出作物的病虫害状况。与传统的农业生产相比，无人机的监控覆盖范围更广，既能实现实时监控，又能基本避开不佳的气象条件，很好地适应精准农业对害虫和杂草的控制。
无人机在精准农业中的关键技术介绍
2.1 无人机超低空飞行控制技术
通过本文分析可知，在精准农业中，使用无人机进行施肥、灌溉、植保等方面意义重大，而要做到这一点，必须要有大量的数据，要想在地表获取精确的资料，就需要将无人机的低空飞行控制在一个很小的范围内，这其中牵扯到了超低飞技术。在现代化的农业中，由于地势的复杂性，很多农田的地势会干扰无人机的运行。因此，为了确保无人机在极端条件下能够进行高效的躲避，需要将地表数据导入到无人机。在进行GPS定位时，需要使用激光器来进行地面定位。GPS的作用是准确的定位，其精度可以达毫米级，而飞行控制则主要用于消除在低空中强烈的地面效应和混乱气流的干扰[2]。
2.2 航迹规划及施药量分析技术
为了保证无人机的工作质量，最大限度地提升无人机工作效率，还必须对无人机的操控技术进行改进，这也就是在特定的环境下，通过合适的导引来实现预定的工作。以四边形工作区为例，首先要在工作区内设置一个地面控制台和4个固定点GPS。GPS定位后，控制器按照任务覆盖整个农田的需要，对其进行在线规划，并在此基础上引导其进行相应的操作，以实现任务的最终目的。在害虫入侵的时候，可以通过无人机获取到的高光谱图像，监测和掌握害虫的动态，根据害虫的危害程度，制定相应的防治措施。还可以依据不同的作物品种，采用光谱检测法，并依据辐射速率的变化决定施药剂量。
2.3 喷洒荷载系统及自动精准流控技术
无人机在农作物进行低飞时，需要重点研究的问题是：提高药剂的喷雾浓度，减少颗粒的移动，加强水分的渗入，提高药剂在作物上的沉淀，提高药剂的利用率。在低空飞行的时候，可以对喷雾量进行有效的控制，并根据作物的生长状况，给出相应的喷淋命令，并在可控药剂的辅助下，根据喷雾流量、压力、高压静电等参数，调节喷嘴的位置，达到最佳的喷洒效果。此外，通过无人机的飞行姿态和喷洒的深度，可以对投射剂量进行即时估计。采用闭环比例调整器对喷洒速度进行动态调整。在整个操作过程中，无人机上安装了流量测试仪，采集、反馈、计算出最优喷头，再由PI控制器进行流量控制，以保证喷雾均匀。
当前中国精准农业中无人机应用发展的困境
3.1 农用无人机技术不完善、设备可靠性低
目前，中国农业生产中的无人机在操作便捷性、性能可靠性等方面都有一些缺陷，与美、日等先进国家相比尚有差距。比如就续航时间而言，国内的农业型无人机由于机体重量较大，装备较多，使其续航时间大幅降低，基本在一个小时以内，频繁地更换电池对工作效率造成了很大的影响。并且，这样做会导致飞机机体的温度升高，从而降低飞机的寿命。另外，由于目前无人机和载体对杀虫剂的抗腐蚀性还不够强，在目前的条件下，飞机上的药物浓度和飘动都还没有得到很好的控制，所以难免会有药物对机体造成污染[3]。另外，目前国内农业无人机安全保障功能还不完善，包括失联返航、失控保护、自动避障、安全作业区设置等方面还存在缺陷。
3.2 配套设施缺失、维护成本高昂
目前，国内在农业生产中使用最广泛的无人飞机按照结构类型分类有单旋翼、多旋翼和固定翼无人机，按照动力类型分类有燃油动力和电池动力。虽然无人机技术提高了农业生产的效率和质量，但生产成本却比农业机械要高很多，植保无人机的价格在5~20万元之间，难以进行大规模推广。另外，使用无人机还涉及到许多专业技术，比如飞行控制、动力等，这些都是非常专业的技术，如果要熟练使用，就必须要进行相关的训练，掌握使用、维护等方面的知识和技能，这样就会导致农用无人机的使用成本上升，这是国内大部分农民所承担不起的。
结语
无人机在精细农业中的应用，能有效地降低工作强度，防治虫害、草害，强化农田监控与管理，解决传统农业技术的弊端。目前，农业无人机发展很快，但大规模推广还有很长的一段距离，因此必须加大无人机技术的研究力度，在提高无人机的性能、降低生产成本、健全社会化配套服务系统、强化专业技术人才的培训等方面加大力度。
参考文献：
[1]马燕莉.无人机遥感技术在小麦生产中的应用综述[J].南方农机,2022,53(20):45-47.
[2]金礼芬,蒲建,杨文斌,等.无人机在农业发展中的应用[J].智慧农业导刊,2022,2(19):16-17+20.
[3]陈剑华.植保无人机在农业中的应用推广[J].农业技术与装备,2022(3):96-97.
作者单位：成都农业科技职业学院
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