第八章 第8章 农业与植保

第8章农业与植保CONTENTS目录8.1

植保无人机系统与基础作业流程8.2

精准农业与变量施药技术8.3

农业与植保植保无人机系统与基础作业流程8.1CONTENTS目录01

植保无人机的系统组成02

作业前的准备与规划03

标准化作业流程与规范04

安全规范与法律法规05

【案例】06

【分析与启示】植保无人机与智慧农业

植保无人机作用空中作业精准施放农药、肥料，智慧农业关键装备，提升农业效率和可持续性。课程内容概述系统讲解植保无人机结构、作业流程与安全规范，为精准农业技术学习打下坚实基础。植保无人机的系统组成01植保无人机的系统组成植保无人机系统由五核心系统构成，专为农业植保设计，作业体系完备，见码8-1详图。飞行平台系统飞行平台系统多旋翼构型，常见四、六、八旋翼，适合复杂农田，采用碳纤维与铝合金，轻质高强度，载荷20-40升，续航8-15分钟，效率180-320亩/小时。植保无人机性能性能决定作业效率，多旋翼提供垂直起降、悬停稳定与灵活操纵，适应复杂环境，材料轻质高强，提升载荷与续航能力。动力系统

动力系统高压锂聚合物电池组配无刷电机，电子调速器稳定输出，智能电池管理保障飞行安全。

电源模块采用高压锂聚合物电池，智能管理系统实时监控状态，低电压自动报警保护。喷洒系统

喷洒系统构成由药箱、输送系统和雾化装置组成，药箱耐腐蚀，配液位传感器，防浪涌。

喷洒系统功能隔膜泵、流量计保证药液稳定，离心式雾化器高速旋转，雾滴均匀，粒径可调。控制系统

控制系统集成导航定位、姿态控制和避障，支持多卫星系统，高配RTK厘米级定位，六轴惯导稳定飞行，多向雷达视觉避障。任务规划系统

任务规划系统智能化管理作业，支持地形跟随、断点续喷、边界识别，自动生成最优路径，提升植保效率。系统功能根据田块形状优化作业路径，实现高效精准植保，断点续喷保障连续作业，边界识别避免误喷。作业前的准备与规划02作业前的准备与规划

规范的作业准备是确保植保作业安全和效果的重要前提，需要严格按照以下程序执行环境勘察

环境勘察测量田块，标记障碍，确定起降场，监控气象，避免敏感区，适宜温湿度，风速低于4级。

气象条件作业风速<4级，温度3-35℃，控制湿度，确保飞行安全与效率。航线规划

航线规划原则保持航线与作物行向一致，依据风向调整作业方向，设置合理飞行高度和行距。

规划方法全自主航线适于规则田块，AB点航线适于长条形田块，手动操控用于复杂地形或小面积作业。药剂配制药剂选择优选航空适用剂型，如悬浮剂、水分散粒剂，确保高效低害。配制方法采用二次稀释法，准确按推荐剂量配制，注意药剂配伍禁忌，现配现用。安全防护

安全防护配备个人防护装备，设置应急处理设备，明确作业警示标志，限制无关人员进入。标准化作业流程与规范03起飞前检查

起飞前检查确认机体结构完好，机臂展开，连接牢固，螺旋桨无损；检查动力系统，电池电量＞80%，电机正常；喷洒系统密封，喷头畅通，泵运行；控制系统卫星信号≥12颗，传感器校准，避障功能启用。异常即停，排故后续行。

异常处理发现任何问题，立即停止作业，故障排除后才能继续飞行。作业中监控

作业中监控持续监控飞行参数，保持视距内，观察雾化与风向，预防超低空及超风速作业。

应急处理遇人员闯入暂停提升，突发天气返航，设备故障启动应急，详图8-1-4。作业后处理设备清洗用清水清洗药箱、管路和喷头至少5分钟，确保无残留。设备保养擦拭机体，检查部件状态，维护电池，完善记录归档，保存飞行数据。安全规范与法律法规04空域管理要求

空域管理要求作业前报备飞行计划，遵守禁飞、限飞区规定，高度不超30米，未经许可不入管制空域，关注空域动态，遵循临时限制。人员资质要求人员资质要求操作员需持无人机驾照，定期培训考核，熟知法规，团队配足持证人员，保障作业安全。农药使用规范农药使用规范

遵《条例》,按标签使用,记录追溯,禁用限用农药,防污染,保环境。【案例】05稻飞虱虫害爆发

稻飞虱虫害爆发南方水稻区7月下旬至8月初遇大规模虫害，1.2万亩稻田3天内需紧急防治，传统人工喷雾难应对。

防治挑战稻飞虱数量激增威胁水稻灌浆和产量，需快速有效防控策略，传统方法效率低难以覆盖大面积农田。应急响应机制启动应急响应机制启动农业技术团队启用5架植保无人机，采用环境友好型杀虫剂，利用北斗导航，实施统一管理，确保高效完成防治任务。作业方案制定详细规划，标准化流程，统一指挥调配，确保高质量完成防治工作。防治效果最大化防治效果最大化实时监控作业进度与施药质量，确保防治效果最大化，协同作业提升效率。【分析与启示】06植保无人机优势植保无人机优势提升作业效率20倍，精准施药减量25%，虫害防控率高达96.3%。现代农业技术应用

现代农业技术应用学习无人机编队协作，理解标准化作业，认识精准施药意义，提升现代农业技术服务能力。

案例学习目标掌握操作要领，理解流程重要性，认识到减少污染、保障质量，对现代农业服务工作者有价值。THEEND谢谢精准农业与变量施药技术8.2CONTENTS目录01

精准农业概述02

处方图的概念与生成03

变量施药技术实现04

【分析与启示】精准农业变量施药技术精准农业技术解决资源浪费与污染，利用变量施药技术，通过无人机平台推广，针对农田空间变异性，实现高效精准管理。现代农业挑战传统均匀施药忽视农田内部空间变异性，导致资源浪费与环境问题，精准农业技术提供解决方案。精准农业概述01精准农业概述

精准农业定义基于空间信息管理与农业工程技术，实现资源精准施用，提升效率，降低成本，减少环境影响。

发展历程经历概念提出、技术探索至规模化应用，近年随无人机、物联网、大数据发展加速推进。无人机在精准农业中的角色

无人机角色空中传感器与执行器，集成感知决策执行，关键精准农业技术。

无人机功能搭载遥感设备，收集作物生长数据，实施精准农业措施。处方图的概念与生成02处方图的基本概念

处方图定义数字化地图，含农田管理决策，指导变量作业，精细到地理单元剂量。

处方图作用改变传统农业，实现空间差异化管理，精准施药，提升效率。多光谱遥感技术多光谱遥感技术概览多光谱遥感是获取处方图数据的主要技术手段，能捕获可见光和不可见光波段影像，各波段对作物特定特征敏感。光谱波段与作物生长参数分析光谱特性可提取作物多种生长参数。健康植被近红外波段高反射率、红光波段低反射率，为植被监测提供依据。植被指数分析

植被指数简介植被指数是评估植被生长状况的量化指标，NDVI是常用指标之一，计算公式为NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)。

NDVI值域及农学意义NDVI值域[-1,1]，<0.1为裸土/水体，0.1-0.3为稀疏/胁迫植被，>0.3为健康植被，值高则茂盛，可反演作物生长参数。处方图生成流程

数据采集多光谱无人机航测，确保影像重叠，适宜气象条件。数据处理辐射定标、大气校正、几何校正，计算植被指数生成分布图。分区分析聚类算法或阈值分割，根据植被指数划分管理区域。处方图生成制定各区域作业参数，保存为GeoTIFF或Shapefile格式。变量施药技术实现03技术实现原理

技术实现原理基于处方图实时控制，加载数字文件含坐标与参数，无人机作业时精准定位，查询处方图调节喷洒，控制过程需100毫秒内完成，确保变量控制准确。系统集成控制

变量施药系统组成变量施药系统由定位导航、飞行控制、变量喷洒子系统组成，通过数据总线通信，闭环控制确保施药量与处方图一致。

系统工作流程飞控系统按预设航线控制无人机飞行，实时读取定位信息，根据位置对应处方图参数调节泵转速或阀门开度，实现流量精确控制，确保施药精准一致。技术优势分析变量施药技术优势变量施药技术可减少农药使用量、降低成本、提高效率，减少残留与污染，提升防治效果、产量和质量，减少药害，提高安全性。技术优势分析：西部棉花脱叶剂案例

案例背景西部某大型棉花种植基地8000亩棉田，吐絮期需喷脱叶剂以利机采，因水肥差异长势不均，统一施药剂量易致浪费且影响脱叶效果。

多光谱影像采集计划施药前7天，无人机航测获取3厘米分辨率多光谱影像，生成NDVI分布图，将棉田划分为旺盛、正常、较弱三个管理区。

差异化用药方案基于农艺专家经验，为各区域制定差异化脱叶剂用量方案，生成数字化处方图并导入植保无人机控制系统。【分析与启示】04变量施药技术提升农业效益

变量施药技术应用节省脱叶剂32%，整体药剂减少18%，降低成本，提高机械化采棉效率。

现代农业理念结合遥感监测与精准作业，实现按需施药，差异化管理，提升作物管理水平。THEEND谢谢农业遥感与大数据分析8.3CONTENTS目录01

无人机农业遥感平台02

农作物生长全周期监测03

8.3.3农业大数据平台与应用04

【案例】05

【分析与启示】无人机农业遥感与大数据应用

无人机在农业遥感中的应用无人机搭载传感器，快速精准获取农田多源数据，支持农业生产决策。

农业大数据平台的作用结合大数据分析，监测农作物生长全周期，提供科学决策依据，优化农业管理。无人机农业遥感平台01传感器类型及应用

01多光谱与作物健康监测无人机农业遥感平台搭载多光谱传感器，采集多波段数据，计算植被指数监测作物长势、叶绿素含量和生物量，可识别胁迫、评估营养状况、预测产量。

02高光谱与作物种类识别高光谱传感器光谱分辨率高，能获取连续窄波段数据，在作物种类识别等方面有独特优势，可检测作物生理生化参数。

03热红外与作物水分监测热红外传感器测地表辐射温度反演作物冠层温度，监测作物水分胁迫指导精准灌溉，还可识别病虫害区域。

04LiDAR与冠层结构分析LiDAR是主动遥感技术，可生成高程和冠层高度模型，用于地形分析、株高测量、生物量估算及获取冠层结构参数。平台选择策略

固定翼无人机优势固定翼无人机续航长、速度快，适合大范围农田快速普查，适用于区域尺度作物面积调查、长势监测和产量预测。

多旋翼无人机特点多旋翼无人机机动灵活，可垂直起降和悬停，飞行高度低，能获取高分辨率影像数据，广泛应用于精准农业管理。

平台选择考量因素选择平台需考量载荷能力、抗风性能、操作复杂度，结合监测目标、面积、精度、预算综合评估。农作物生长全周期监测02苗情监测

苗情监测技术无人机遥感快速评估出苗率、株高、种植密度，高分辨率影像识别出苗位置，统计数量，监测生长速度，评估整齐度，指导田间管理决策。

遥感应用利用高分辨率可见光影像，统计出苗数量，计算出苗率，结合多期数据监测幼苗生长，为农业生产提供科学依据。养分监测

养分监测无人机多光谱遥感评估作物氮素，通过NDVI建立模型，快速诊断氮营养状况。

精准施肥生成变量追肥处方图，提高肥料利用效率，减少环境污染。水分监测

作物水分状况监测利用热红外传感器计算CWSI，评估作物水分，制定精准灌溉方案，提高水效。

热红外传感器应用通过冠层温度变化检测作物水分胁迫，气孔关闭时CWSI值增大，指导灌溉管理。病虫害监测病虫害监测无人机遥感检测作物光谱特征变化，实现早期诊断，通过光谱响应识别不同类型病虫害及严重程度。光谱特征库建立病虫害光谱特征库，分析叶绿素含量、细胞结构等变化，精准评估病虫害类型与严重度。产量预估

作物产量预估利用无人机遥感，建模植被指数与产量关系，关键生育期监测，提供准确预估，支持农业决策。遥感监测作用关键期如开花、灌浆期遥感，提供产量信息，辅助收获、储存、销售决策。8.3.3农业大数据平台与应用03数据处理流程

数据预处理辐射定标、大气与几何校正，保障数据准确可比。

影像拼接与指数计算生成正射影像，计算NDVI、EVI等植被指数。

信息提取分析专业软件算法支持，生成决策用专题产品。数据管理方法

数据管理方法建立时空数据模型整合多源信息，运用数据库技术保障快速检索更新，数据挖掘分析作物生长规律，支撑精准农业决策。智慧农业云平台智慧农业云平台功能集成多源数据，提供数字化服务，具备数据可视化、智能分析、决策支持和远程控制功能，实现农场智能化管理。商业化智慧农业云平台实例商业化智慧农业云平台集成多元数据，提供全流程数字化服务，助学习者理解技术架构与应用流程。【案例】04玉米螟害预警玉米螟害预警东北农垦集团利用无人机与AI技术，建立一体化防控体系，精准识别玉米螟害，自动生成病虫害分布图。防控措施采用多光谱无人机航测，结合大数据分析，实现虫情预警与精准防控，有效管理玉米螟害。精准施药防控

精准施药防控第二阶段，病虫害分布图导入无人机飞控，针对"热点"区域，自动调整施药量，实现差异化精准防控。【分析与启示】05智慧农业成效显著

01智慧农业技术创新一体化方案，显著降低农药使用，提前发现病虫害，提