技术背景

当前，在农业生产进入广域性大面积种植模式，形式越来越粗放，农作物病虫害等问题造成的经济损失超出原先小户种植范围。随着信息技术的发展，充分运用现代化技术促进新农业发展，提高规模农业的经济效益，实现农业生产的转型升级，是当前主要的研究课题。加快突破农业关键核心技术，推动智慧农业创新发展是一个关键。近年来，物联网技术得到的快速发展，将物联网技术应用于农业生产，相当于在农业生产领域的工业互联网。这是时代的需求，也是形势所迫。目前，农业生产中的病虫害防治工作中，能够利用遥感进行监测，能够精准防治，做到及时发现，及时处理，利于早起预防。其工作原理是，病虫害造成作物叶片细胞结构色素、水分、氮元素等性质发生变化，从而引起反射光谱的变化，所以有病虫害作物的反射光谱和正常无病虫害作物对可见光、红外波段的反射光谱有明显差异。

在国外，已经有人利用无人机遥感监测有限地区应用于农业生产，比如美国有种植户用无人机监测麦田锈病情况，发现麦田病变重灾区。也有人用无人机查看苜蓿地理的菟丝子，从而能在灾害大规模爆发强做到提早预防。但这些有限的监测技术因受基础数据库、计算设备和监测方法的限制不能广泛应用于其他普通大田作物全过程的生产管理。作为空中监测技术，农业遥感是推动农业走向精准化的有利手段，农业遥感监测主要以农作土壤为对象。作物在可见光-近红外光谱波段中，反射率主要受到作物色素、细胞结构和含水率的影响，特别是在可见光红光波段有很强的吸收波段，在近红外波段有很强的反射特性，可以被用来进行作物长势、作物品质、作物病虫害等方面的监测。土壤可见-近红外光谱总体反射率相对较低，在可见光谱波段主要受到的土壤有机质、氧化铁等赋色成分的影响。因此，土壤、作物等地物固有的反射光谱特性是农业遥感的基础。卫星遥感手段在农业生产上的应用以发展很久，但卫星易受到天线环境影响，且轨道周期较长，比较而言，无人机灵活性更强，易部署。随着无人机平台、传感器和软件技术的进一步提升，未来无人机作为卫星等其他遥感平台的补充手段，可以帮助农业生产构建起更加完整的监测网和监测技术。虽然上述技术能够在一定范围或者一定程度上发挥优势。卫星遥感技术，能够实现大范围的监测，但是由于卫星运行周期长，而且卫星信号的接收会受到空中云层等的干扰，存在的主要缺点是不能及时的监测，而且卫星遥感也只能感知农作物的病虫害情况，无法对农作物中的有害昆虫进程灭杀；无人机技术能够比较及时的监测农作物的病虫害，但不能对农作物中的害虫进行灭杀。

专利CN207826558U公开了一种基于植保无人机喷洒均匀的喷药装置，包括支撑板，所述支撑板的上表面与双轴电机的机身固定连接，且双轴电机的两个输出轴均固定连接有螺纹柱，且两个螺纹柱的螺纹开设方向相反，所述螺纹柱的外表面螺纹连接有螺纹帽，且螺纹帽卡接在连接板的侧面，所述连接板的下表面与滑块的上表面固定连接。该基于植保无人机喷洒均匀的喷药装置，通过设置电机、主动轮、从动轮、皮带、药桶、水管、圆筒、轴承、壳体和通孔，从而使药桶内的药水通过水管流进壳体内，同时电机工作时能通过主动轮和皮带带动从动轮旋转，从动轮带动圆筒和壳体旋转，药水受离心力的影响均匀的从壳体内通过通孔洒出，从而使药水能均匀的给农作物杀虫；但是不能够实时监测灭虫，以及爬在农作物茎秆上的害虫。也有专利(CN108684646A)公开一种手动操作的后背式农作物杀虫喷药机，包括底座，所述底座的上方设置有机身，所述机身的上方设置有加药口，所述加药口的上方设置有封盖，所述机身的左右两侧均设置有磁性连接挂钩，所述磁性连接挂钩上连接设置有钩圈，所述钩圈上设置有背带，将传统的背带改变成可以随时分离的背带，通过钩圈和磁性连接挂钩连接，使用的时候只需要通过钩圈和磁性连接挂钩连接，磁性连接挂钩会利用磁性的特性对金属挂钩产生吸力，使挂钩可以非常方便挂在磁性连接挂钩上，如果出现使用者操作不当中毒现象也可以将机身通过背带快速分离，使其可以快速脱离危险源得到救治，使设备使用操作更加方便、安全，但是与此同时很消耗人力，达不到实时灭虫。

此外，在农作物病虫害方面，除了采用遥感的方式监测病虫害外，还有人采用灭虫灯等方式在农作物生产场地进行有害虫子的灭杀。通过夜间灯光吸引的方式将会飞的虫子吸引在灯光附近，然后利用电击的方式将其击晕，再利用传送带将还可以复活的飞虫传送到摄像头前，拍照分析后若非害虫，则传送到安全的区域等待自然飞走，若是有害飞虫，则立即扑灭。对农作物的病虫害灭杀方面，虽然灭蚊灯可以实现，但是仅仅依靠一个灭虫灯又不能实现对农作物生长状况的监测。

对农作物的病虫害灭杀方面，虽然灭蚊灯可以实现，但是仅仅依靠一个灭虫灯又不能实现对农作物生长状况的监测。但若是将上述无人机监测农作物病虫害状况和灭虫灯组合在一起，理论上是能够既实现监测，又实现了害虫的灭杀，而存在的问题是：灭虫灯只能灭杀会飞的害虫，对于只会在农作物茎秆、枝干或者叶面上爬行的害虫，灭虫灯则无能为力。综上所述，现有依赖于不同技术的农作物病虫害防治方法都存在一定的技术缺陷，不能很好地为农作物健康生长保驾护航，即不能比较全面的控制农作物病虫害导致的粮食减产。因此，如何解决以上技术中的不足，是一件亟待解决的事情，也是具有十分重要的意义。