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摘 要：文章从无人机在精准农业中的应用难点入手，分析当前阶段内影响无人机应用质量的基本要素。通过对大载荷无人直升机技术、自动跟踪飞行控制技术、施药航迹自动规划技术、精准自主流控技术的详细介绍，重点阐述无人机在精准农业中的关键技术与具体应用。
关键词：无人机;精准农业;关键技术
引言：随着经济建设的稳定发展，科学技术也在不断优化。无人机应用范围逐渐扩大，在各行各业中均有所体现。其中无人机作业形式在精准农业中发挥着越来越重要的作用，具有较高的作业性能，喷洒效果良好。一般借助超低空作业来实现，可在其漂移过程中，逐步减少空气中农药含量。
一、无人机在精准农业中的应用难点
当无人直升机距离农作物飞行高度保持在三至四米，此时进行的药液喷洒才能真正发挥作用[1]。无人直升机低空飞行时，与地面距离较近，主旋翼周围气流逐渐作用于农作物。该类气流属于下洗气流，在一定程度上有利于农药沉积，但一旦气流过强，则农作物会陆续出现倒伏现象，非但阻碍了农作物的正常生长，同时还大大降低了喷洒效果。
无人机超低高度飞行中，往往会出现地面效应，不利于飞机本体姿态的科学控制，上方药液喷洒装置无法水平进行药物喷洒，存在着喷施不均匀的情况，加大漂移幅度。我国农田面积较大，且耕地农场存在略微差别，支持无人直升机植保，利用不同类型喷头装载一定剂量的药物，结合农作物生长特性，选取符合工作要求的飞行路线，防止无人直升机受到航时与载药量影响，最终出现反复起降，在提升作业效率的同时，减少生产与运维成本。与无人直升机植保相关的制度标准并不健全，甚至可以说是一片空白，致使现阶段无人机作业规程不明确，对其大规模应用于精准农业起到制约作用。
二、农业无人机机体特点
机身振动性较弱，能够配合精密仪器一同使用，农药喷洒精准均匀，对地形要求不高，无论是在平原地区，还是西藏、新疆等高海拔区域内均可。起飞调校短，作业效率高且可用时间长，无废气产生，不会对大气环境造成严重污染，符合我国可持续发展的基本理念。保养与维护便捷，消耗成本低，飞机机体尺寸小，重量轻，便于携带。具备农作物图像实时传输、作物生长情况实时监控功能，同时兼具自稳定性能，不考虑其他因素，其喷洒与地面基本上垂直。可实现半自主起降，将原有模式调整为姿态模式、GPS姿势模式下，仅需油门杆操作便可展开作业，如若无人机失控，与遥控信号断开连接，无人直升机可自动停留在原处，直至信号恢复，具有较强的可靠性与灵活性。
成熟完全可靠的无人直升机数量不多，部分厂家为了获得更多的经济效益，容易忽视农业作业的特殊要求，质量与效率无法得到保证。农业种植人员由于受到专业素质的限制，往往会盲目购买，对不同类型的无人直升机了解不足，后期操作与维修均相对困难。加上农民对专业药剂知识掌握不够，仅凭借以往经验擅自盲目的勾兑药剂，一旦处理不当，则会致使农药超标、残留、应用效果差。诸如此类因素均在制约着无人机在精准农业中的使用。
三、实际案例
早在2012年，中科院人士便展开了农业无人机试验，陆续对苏州、新疆伊犁、辽宁法库处的水稻、棉花、玉米进行农药喷洒，将无人机在精准农业中的作业能力充分呈现出来，实现了农业无人机的技术定型与转型。一年后，分别于四川成都、新疆佳木斯、陕西西安等地，先后实行农业应用展示，荣获“后稷特别奖”，为后续研究提供了强有力支持。
四、无人机在精准农业中的关键技术与应用
（一）大载荷无人直升机技术
精准农业中的无人直升机结合了国际上先进的主动式无人直升机设计理念，飞行控制人员、直升机设计人员积极配合，一共研发飞行动力数学模型，而后参考对应的机械构造，达到系统设计的预期目标。根据相关实验显示，无人直升机的各方面参数，与其他国家相比更具合理性，无人机处于低空状态下，以低速飞行则会具备更强的稳定性。
无人机主旋翼优先使用OA翼型系列中的一种，油箱为双油箱，尽可能的将油耗对飞机重心造成的影响降到最小，发动机为汽油机，安装在飞机重心周围，一般采用消音器后置的方式展开设计，对应的排气口需处于远离摄像系统位置上，防止无人机废气对摄像系统造成污染。摄像系统选择前置，确保在特定范围内不存在干涉构件。旋翼系统为跷跷板式，变距铰为自润滑轴承。在最大限度上降低操纵系统载荷，通过对小翼转动惯量的适当控制，全面提升无人机在空中飞行的稳定性。减速箱、主输出轴中间位置上设有超越离合器，无人机飞行过程中如若出现停留情况，主旋翼气动自旋，实现无人机的安全稳定着陆。
（二）自动跟踪飞行控制技术
考虑到无人机在精准农业中的应用特点，如施肥、施药、浇灌等，结合作业农田真实地形不平坦的特點，围绕飞机导航系统、飞行控制系统两个方面，展开对飞机的有效改造，做到无人直升机在一定高度处的自动跟踪飞行控制。从导航系统角度来讲，借助差分全球定位系统，确保相关数据测量的精准性，将定位精度控制缩小至厘米级。从飞行控制系统的角度来讲，格外注意超低空环境下强地效影响、紊乱气流影响[2]。建立在线逆动力学模型，对地效影响进行实时考察，在线收集并分析气流影响，根据辨识结果最终确定前馈控制量。
（三）施药航迹自动规划技术
为了尽可能的减轻工作量，减少作业流程，无人直升机有必要实行系统升级与优化，保证其能够判定施药环境自主调整航迹，实施科学规划，经过合理引导后完成设定任务。农田形状通常为四边形，操作人员实行地面控制，地面控制站位置处确定农田相应的GPS点。在此基础上，根据无人直升机每次作业面积，结合该区域农田的实际作业需求，利用控制器实现无人直升机自动航迹规划，达成既定目标。
（四）精准自主流控技术
低空喷雾作业过程中，急需解决的问题就是药液雾化，必须采取针对性措施增强药液雾化，降低雾滴漂移可能性，提升雾滴在农作物中的穿透性、沉积率，从根本上提高药剂利用率。密切注意无人机在空中的飞行轨迹与状态，收集相应信息，构建精量喷雾决策模型，利用无人机获取的作物生长信息作出喷洒决策。对喷洒各参数进行适当调整，包括喷嘴流量、压力、高压静电参数，尽量取得最佳喷施效果。参照无人直升机飞行高度、速度，根据施药的具体要求，准确计算出喷洒流量。借助PI控制的方式实现科学流量控制，维持作业区域内的药剂喷洒均匀。
（五）农田长势分析技术
农作物生长过程中容易受到病虫害侵袭，以小麦植株为例，蚜虫感染小麦后，会快速吸收小麦汁液，叶片叶绿素明显下降。另外，蚜虫分泌出的蜜露中含有大量的灰尘与污秽物质，长此以往，小麦叶片呈现出黑亮状态，严重阻碍了植株光合作用的进行。无人直升机飞行期间能够对此类信息全面收集，为后续治理提供可靠数据。为了进一步明确蚜虫对小麦作物的危害性，技术人员从相应数据中提取有效信息，比对蚜虫不同危害程度下的小麦光谱，最终得出结论：蚜虫危害程度越深，小麦可见光波光谱反射率越小。以此为前提，查找小麦冠层光谱变化规律，得出蚜虫危害下的光谱指数，分析不同波段内的贡献大小及其权重，最终建立并升级蚜害等级遥感反演模型，得出结论：蚜虫病害光谱指数与蚜虫病害程度具有正相关关系。
结论：综上所述，无人机在精准农业中的应用取得效果较显著，不但降低了人力消耗、劳动强度，同时也符合绿色发展的环保理念，喷洒农药过程中不会产生污染，有利于农田的良好生长。相关人员应掌握无人机使用特点，明确精准农业中无人机应用的难点，充分发挥出效果。
参考文献：
[1]段新宇.无人机在精准农业中的关键技术及应用[J].农业与技术，2017，37（13）：60+43
[2]杨丽.遥感技术在精准农业中的现状及发展趋势[J].农业与技术，2019，39（16）：21-22
作者简介：
林振球 （1984年4月 ）男，籍贯：广西陆川人，汉族，现职称：注册咨询工程师（投资），人力资源管理经济师，学历：本科，研究方向：农业机械化推广管理和农业经济。
关键词：无人机;精准农业;关键技术
引言：随着经济建设的稳定发展，科学技术也在不断优化。无人机应用范围逐渐扩大，在各行各业中均有所体现。其中无人机作业形式在精准农业中发挥着越来越重要的作用，具有较高的作业性能，喷洒效果良好。一般借助超低空作业来实现，可在其漂移过程中，逐步减少空气中农药含量。
一、无人机在精准农业中的应用难点
当无人直升机距离农作物飞行高度保持在三至四米，此时进行的药液喷洒才能真正发挥作用[1]。无人直升机低空飞行时，与地面距离较近，主旋翼周围气流逐渐作用于农作物。该类气流属于下洗气流，在一定程度上有利于农药沉积，但一旦气流过强，则农作物会陆续出现倒伏现象，非但阻碍了农作物的正常生长，同时还大大降低了喷洒效果。
无人机超低高度飞行中，往往会出现地面效应，不利于飞机本体姿态的科学控制，上方药液喷洒装置无法水平进行药物喷洒，存在着喷施不均匀的情况，加大漂移幅度。我国农田面积较大，且耕地农场存在略微差别，支持无人直升机植保，利用不同类型喷头装载一定剂量的药物，结合农作物生长特性，选取符合工作要求的飞行路线，防止无人直升机受到航时与载药量影响，最终出现反复起降，在提升作业效率的同时，减少生产与运维成本。与无人直升机植保相关的制度标准并不健全，甚至可以说是一片空白，致使现阶段无人机作业规程不明确，对其大规模应用于精准农业起到制约作用。
二、农业无人机机体特点
机身振动性较弱，能够配合精密仪器一同使用，农药喷洒精准均匀，对地形要求不高，无论是在平原地区，还是西藏、新疆等高海拔区域内均可。起飞调校短，作业效率高且可用时间长，无废气产生，不会对大气环境造成严重污染，符合我国可持续发展的基本理念。保养与维护便捷，消耗成本低，飞机机体尺寸小，重量轻，便于携带。具备农作物图像实时传输、作物生长情况实时监控功能，同时兼具自稳定性能，不考虑其他因素，其喷洒与地面基本上垂直。可实现半自主起降，将原有模式调整为姿态模式、GPS姿势模式下，仅需油门杆操作便可展开作业，如若无人机失控，与遥控信号断开连接，无人直升机可自动停留在原处，直至信号恢复，具有较强的可靠性与灵活性。
成熟完全可靠的无人直升机数量不多，部分厂家为了获得更多的经济效益，容易忽视农业作业的特殊要求，质量与效率无法得到保证。农业种植人员由于受到专业素质的限制，往往会盲目购买，对不同类型的无人直升机了解不足，后期操作与维修均相对困难。加上农民对专业药剂知识掌握不够，仅凭借以往经验擅自盲目的勾兑药剂，一旦处理不当，则会致使农药超标、残留、应用效果差。诸如此类因素均在制约着无人机在精准农业中的使用。
三、实际案例
早在2012年，中科院人士便展开了农业无人机试验，陆续对苏州、新疆伊犁、辽宁法库处的水稻、棉花、玉米进行农药喷洒，将无人机在精准农业中的作业能力充分呈现出来，实现了农业无人机的技术定型与转型。一年后，分别于四川成都、新疆佳木斯、陕西西安等地，先后实行农业应用展示，荣获“后稷特别奖”，为后续研究提供了强有力支持。
四、无人机在精准农业中的关键技术与应用
（一）大载荷无人直升机技术
精准农业中的无人直升机结合了国际上先进的主动式无人直升机设计理念，飞行控制人员、直升机设计人员积极配合，一共研发飞行动力数学模型，而后参考对应的机械构造，达到系统设计的预期目标。根据相关实验显示，无人直升机的各方面参数，与其他国家相比更具合理性，无人机处于低空状态下，以低速飞行则会具备更强的稳定性。
无人机主旋翼优先使用OA翼型系列中的一种，油箱为双油箱，尽可能的将油耗对飞机重心造成的影响降到最小，发动机为汽油机，安装在飞机重心周围，一般采用消音器后置的方式展开设计，对应的排气口需处于远离摄像系统位置上，防止无人机废气对摄像系统造成污染。摄像系统选择前置，确保在特定范围内不存在干涉构件。旋翼系统为跷跷板式，变距铰为自润滑轴承。在最大限度上降低操纵系统载荷，通过对小翼转动惯量的适当控制，全面提升无人机在空中飞行的稳定性。减速箱、主输出轴中间位置上设有超越离合器，无人机飞行过程中如若出现停留情况，主旋翼气动自旋，实现无人机的安全稳定着陆。
（二）自动跟踪飞行控制技术
考虑到无人机在精准农业中的应用特点，如施肥、施药、浇灌等，结合作业农田真实地形不平坦的特點，围绕飞机导航系统、飞行控制系统两个方面，展开对飞机的有效改造，做到无人直升机在一定高度处的自动跟踪飞行控制。从导航系统角度来讲，借助差分全球定位系统，确保相关数据测量的精准性，将定位精度控制缩小至厘米级。从飞行控制系统的角度来讲，格外注意超低空环境下强地效影响、紊乱气流影响[2]。建立在线逆动力学模型，对地效影响进行实时考察，在线收集并分析气流影响，根据辨识结果最终确定前馈控制量。
（三）施药航迹自动规划技术
为了尽可能的减轻工作量，减少作业流程，无人直升机有必要实行系统升级与优化，保证其能够判定施药环境自主调整航迹，实施科学规划，经过合理引导后完成设定任务。农田形状通常为四边形，操作人员实行地面控制，地面控制站位置处确定农田相应的GPS点。在此基础上，根据无人直升机每次作业面积，结合该区域农田的实际作业需求，利用控制器实现无人直升机自动航迹规划，达成既定目标。
（四）精准自主流控技术
低空喷雾作业过程中，急需解决的问题就是药液雾化，必须采取针对性措施增强药液雾化，降低雾滴漂移可能性，提升雾滴在农作物中的穿透性、沉积率，从根本上提高药剂利用率。密切注意无人机在空中的飞行轨迹与状态，收集相应信息，构建精量喷雾决策模型，利用无人机获取的作物生长信息作出喷洒决策。对喷洒各参数进行适当调整，包括喷嘴流量、压力、高压静电参数，尽量取得最佳喷施效果。参照无人直升机飞行高度、速度，根据施药的具体要求，准确计算出喷洒流量。借助PI控制的方式实现科学流量控制，维持作业区域内的药剂喷洒均匀。
（五）农田长势分析技术
农作物生长过程中容易受到病虫害侵袭，以小麦植株为例，蚜虫感染小麦后，会快速吸收小麦汁液，叶片叶绿素明显下降。另外，蚜虫分泌出的蜜露中含有大量的灰尘与污秽物质，长此以往，小麦叶片呈现出黑亮状态，严重阻碍了植株光合作用的进行。无人直升机飞行期间能够对此类信息全面收集，为后续治理提供可靠数据。为了进一步明确蚜虫对小麦作物的危害性，技术人员从相应数据中提取有效信息，比对蚜虫不同危害程度下的小麦光谱，最终得出结论：蚜虫危害程度越深，小麦可见光波光谱反射率越小。以此为前提，查找小麦冠层光谱变化规律，得出蚜虫危害下的光谱指数，分析不同波段内的贡献大小及其权重，最终建立并升级蚜害等级遥感反演模型，得出结论：蚜虫病害光谱指数与蚜虫病害程度具有正相关关系。
结论：综上所述，无人机在精准农业中的应用取得效果较显著，不但降低了人力消耗、劳动强度，同时也符合绿色发展的环保理念，喷洒农药过程中不会产生污染，有利于农田的良好生长。相关人员应掌握无人机使用特点，明确精准农业中无人机应用的难点，充分发挥出效果。
参考文献：
[1]段新宇.无人机在精准农业中的关键技术及应用[J].农业与技术，2017，37（13）：60+43
[2]杨丽.遥感技术在精准农业中的现状及发展趋势[J].农业与技术，2019，39（16）：21-22
作者简介：
林振球 （1984年4月 ）男，籍贯：广西陆川人，汉族，现职称：注册咨询工程师（投资），人力资源管理经济师，学历：本科，研究方向：农业机械化推广管理和农业经济。