基于无线传感网的无人机精准喷药系统研究

喷药无人机由飞行平台、飞行控制系统和喷药系统组成,主要用于农药的喷洒。无线传感网络是一种结合了计算、通信和传感器3种技术的产物,可实现对无人机的控制。为此,基于无线传感网络设计了喷药无人机以较低的能量遍历农作物区域的航线控制系统,通过GDOP算法对无人机的航线进行规划和控制,从而达到无人机精准喷药的目的。试验结果表明:基于无线传感网络的无人机航线规划能够使无人机以较低的能量消耗遍历农作物区域,从而达到精准喷药的目的。     

多频与无线传感融合下的植保无人机通信系统研究

为进一步提高植保无人机的通信质量与整机作业效率,以多频与无线传感融合通信机理为出发点,针对其通信系统进行设计。在深入理解无人机作业特点与通信控制目标的基础上,侧重通信链路质量与数据收发成功率等关键指标,建立无人机多频无线传感通信模型,以通信系统多频与无线传感融合设计框架为依托,进行硬件选型与软件控制模块设计。多频无线传感融合通信试验表明:通信系统经合理调度及多频无线融合,通信误差率平均可保持在2.889%,整机一次作业完成时间效率提高了12.83%;作业过程各通信节点设置准确合理,整机工作效率可由传统无线式的89.90%提高到93.20%。该设计满足多频融合数据传输稳定、高效的作业要求,具有很好的参考价值。     

基于自主农业无人机的无线传感器网络定位系统

为了实现农机的自主无人化作业,在农机自主导航的设计上引入了无线传感网络定位系统,并采用蚁群PID算法对定位系统进行了优化,提高了定位系统的定位精度。为了验证无线传感器定位系统在自主农业无人机导航系统应用的可行性,以农田作业环境为研究对象,模拟田间环境架构了不同覆盖距离范围的无线传感网络,并对无线传感网络定位的精度进行了测试。测试结果表明:采用基于蚁群PID算法的无线传感网络得到了较高的定位精度,可以满足自主农业无人机导航的精度设计要求。     

基于无线传感网络的无人机喷药沉积效果检测

农业生产过程面临病虫草害的严重威胁,喷洒农药是较为常用的防治方法。随着农业飞行器的推广,以无人机作为载具的航空喷施发展迅速,成为当前最为理想的农药喷洒方式。无人机喷药的雾滴沉积特性对防治效果有很大影响,是当前研究的重点。为此,设计了一种无人机喷药的雾滴沉积效果检测系统,利用无线传感网络进行航线控制,进行采样点定位以及飞行速度、高度和下方风场的数据采集。结果表明:飞行速度和高度对雾滴沉积量有相似的影响,飞行速度对雾滴沉积量的影响大于飞行高度,而雾滴沉积均匀性主要受到无人机飞行速度的影响。该检测方法具有较高的准确性,可为拓宽无线传感网络的应用范围提供依据。     

基于目视遥控的无人机直线飞行与航线作业试验

为了得到在无导航目视遥控模式下农用无人机的直线飞行特性、检验农田作业航线的人为即时规划情况和评价实际作业质量及效果,设计了基于GPS的坐标采集无线传输系统,以水稻田边界直线为参照,通过目视和经验遥控无人机分别进行循直线飞行试验和基于作业幅宽的航线规划飞行试验。结果表明目视遥控模式下难以控制无人机沿直线飞行;人为即时规划的航线与理论航线偏离严重;在理想喷雾条件下估算出的作业遗漏率为17.1%,重复作业占8.2%,区域外浪费占0.7%;同时,目视遥控模式下无人机的高度及速度表现出无规律随机性。因此在无导航情况下,仅凭目视和经验遥控无人机难以做到精准作业。以GPS导航为主、能根据田块实际大小智能优化并生成作业航线的自主飞行作业模式是未来农用无人机进行精准作业的发展方向。     

基于遗传算法的农用无人机定位系统优化

随着精细农业的发展,无人机在农业生产中的应用越来越广泛,无人机定位系统是无人机航线路径规划的关键环节。由于缺乏智能算法的应用,传统的无人机航线路径规划始终无法保证处于最优路径,经常发生误撞现象,严重影响无人机在农业生产中的持续作业,降低无人机作业效率。为此,深入研究了遗传算法工作原理、进化周期模型以及算法运算流程等理论,将遗传算法应用在无人机定位系统中,用于无人机航线路径的规划。通过确定无人机定位约束条件,按照遗传算法运算流程,定位无人机下一时刻最优运动节点,从而计算分析无人机最优航行轨迹,使无人机定位系统具有较强的定位功能,保证无人机航线路径处于最优路线,避免无人机碰撞到其他物体,使其能够在任何复杂的环境下完成飞行任务。     

植保无人机飞控系统与航线规划研究进展分析

应用无人机开展植保作业是有效防治病虫害的重要途径。本文对植保无人机行业发展和相关应用研究进行了综述,分别从植保无人机飞控系统、单机作业航线规划、多机作业调度场景及优化方法 3个角度进行了阐述,以增强植保无人机作业效果与提高作业效率为目标,分析了植保无人机飞行控制系统及航线规划与调度的研究现状。针对植保无人机因作业精度要求高而导致其飞控系统制造成本高的问题,提出应研发低成本、高精度、可适应植保无人机作业需求的测姿器件,开发相应的姿态估计算法;针对植保无人机航线规划、优化调度模型与实际作业需求不匹配的情况,总结了单机作业航线规划与多机调度优化场景、约束条件与优化方法。最后,提出应研发植保无人机自动补给平台,构建基于多机协同的作业管理与调度优化模型,以增强植保无人机在复杂作业环境中的作业效果,提高作业效率。     

基于无线传感网络的果树精准灌溉系统

针对当前农业环境监测的需求,为精准农业提供科学依据,设计了基于无线传感网络的果树精准灌溉系统。采用ZigBee技术与GPRS网络相结合的体系结构,基于CC2530芯片设计无线传感节点,并开发其软件。无线传感器节点对其所在区域的土壤湿度信息进行实时监测,根据果树的合理需水量以及土壤的综合状况,精准地对灌溉进行控制,可应用于温室、果园等区域,有助于农业部门更加有效地提高果树产量。     

农用无人机飞行控制中的英语语言理解名词汇聚

农用无人机飞行作业中会受到各种因素影响,实际航线与规划航线之间存在偏差,要精确控制飞行状态,才能按照规划的航线飞行。增强无人机的智能性和自主性是解决这个问题的有效途径,自然语言理解可以作为技术基础。为此,研究了英语语言理解在农业拍摄无人机飞行控制中的作用,并对名词汇聚进行重点分析;列举了无人机状态监测、定位导航和姿态控制这3种控制功能的代表性名词,名词类型以普通名词和事件名词为主。这种方法可以控制无人机按照预定的航线和高度飞行,并能对环境变化做出迅速的反应。因此,英语语言理解名词汇聚可以提高农用无人机控制的精确程度,有助于实现自主飞行。     

基于计算机通信网络的农机实时协同导航系统研究

无线协同中继技术可以提高数据传输的速率及频谱效率,从而对抗信号衰落,提高系统的鲁棒性。近年来,无人机被使用到农业生产过程中,作业过程中自动导航技术对无人机作业的效率和质量具有重要的影响,但受到农机作业环境的影响,在无人机导航过程中采用无线通信网络定位技术时信号的衰落严重。为了提高通信的可靠性,引入了协同中继节点技术,并采用超带宽调频技术提高信号的传输速率,从而有效提高了导航的效率和导航精度,对于提升无人机的作业性能具有重要的意义。     

基于CAN总线的旋翼无人机喷洒模拟系统

设计了一套高精度、高可控性的无人机喷洒模拟平台,并进行了试验验证。该系统机械部分采用直线导轨结合伺服电机,最大承载质量50 kg,控制部分采用MFC设计上位机控制软件,与主控板STM32通过串口进行通讯,实现对水平和垂直2个方向上伺服电机的控制,同时采用CAN总线与喷洒控制器通讯和远程操控,可以实现喷洒流量控制以及旋翼风速控制。为评价系统运行精度,采用激光测距仪分别对系统在水平运动速度0.05、0.10、0.15、0.20 m/s下和垂直运动速度0.01、0.02、0.03、0.04 m/s下的控制距离进行距离测量,结果显示,垂直和水平方向上,控制参数与实际行程决定系数R2=1,水平与垂直重复精度优于2 mm,系统控制精度高;采用振动测试仪对系统在0.05、0.10、0.15 m/s运行速度下进行测试,通过分析振动数据,在不同运动速度下系统振动均不超过20 m/s2,其中X向和Y向在运行中存在较为稳定的4~5 m/s2的加速度,系统运行稳定。本系统可以有效降低喷洒试验载具成本,降低试验风险。     

基于深度学习的农用无人机自主避障研究

针对目前农用植保无人机(UAV)自主避障能力弱及避障系统繁琐等问题,提出了一种适用于植保无人机的基于深度学习的端到端自主避障方式。利用植保无人机挂载的双目相机实时采集图像,当检测到障碍物与植保无人机距离≤5m时,自主避障系统启动,将采集图像预处理后输入卷积神经网络,输出姿态角与油门量控制无人机自主飞行与避障,同时卷积神经网络通过手动飞行采集信息进行训练。实验结果表明:该方法能使植保无人机对农田常见障碍物房屋、树木、电线杆等做出自主避障,且模型具有一定的泛化能力,适当训练后,可将此避障方式应用于复杂环境下的植保无人机自主避障。     

基于遗传算法的农业无线传感器节点部署算法设计

农业无线传感器网络是物联网技术在农业领域的重要应用,农业无线传感器节点的部署是限制其生命周期的重要因素.为了提高农业无线传感器网络节点的检测范围利用率,减少传输数据冗余,延长无线传感器网络的生命周期,在随机部署的基础上提出了一种迭代求解的无线传感器节点部署算法.该算法使用遗传算法优化求解,以覆盖率作为适应函数,利用离散...     

我国农用无人机产业发展现状及建议

随着我国农业现代化进程的加速推进，农用无人机已成为推进农业机械化的重要力量，我国农用无人机产业正快速发展。总结梳理了国内外农用无人机产业的发展情况，针对当前国内农用无人机产业发展面临的问题，提出要健全管理机制、加强关键技术攻关、强化标准体系建设和完善社会化服务体系等政策建议，为推动我国农用无人机技术进步和产业持续健康发展提供借鉴和参考。      

基于文献计量的国际农业机械研究前沿

为系统分析国际农业机械领域的研究前沿,对该领域科技规划和科技决策提供支撑,利用文献计量方法和内容研判的定性情报研究方法,结合专家咨询,从基础研究和工程技术两个角度,揭示出农业机械研究前沿。其主要包括:①无线传感器网络、传感器设备系统算法及软件等农业传感器研究;②自主式农机、轮式移动机器人等农业机器人的导航控制、路径规划优化与追踪、运动与姿态控制及相关算法;③无人机的导航、制导与控制;④遥感技术和地理信息系统等领域。信息化、自动化和智能化是未来农业机械研发的主要方向。美国、意大利、中国、澳大利亚、西班牙和丹麦等国是重要的核心论文来源国。      

基于无线传感器网络的节水灌溉远程监控系统

为了节约农田灌溉用水,提高水资源的使用效率,提出了一种基于无线传感器网络与GPRS网络相结的农田自动节水灌溉远程监控系统,该系统由中央监控计算机、灌溉监测控制器、无线传感器网络、GPRS模块和阀门控制器组成。系统以单片机为控制核心,由无线传感器节点、无线路由节点和无线网关实时监测土壤含水率变化,根据土壤含水率和农田用水规律实施精确灌溉。系统实现了节水灌溉的自动化控制,改善了农业灌溉水资源的高效利用和灌溉系统自动化水平。实验结果表明,整个系统的伸缩性较好,当土壤含水率太高或某种因素导致某些传感器节点损坏,系统中的其他部分仍能持续正常工作,具有自组织重新恢复的功能。监控中心能够实时地显示出各节点的土壤含水率参数和阀门的启停状况,实现节水灌溉的远程监控。     

轻小型无人机多光谱遥感技术应用进展

随着光谱传感技术和图像处理与分析软件的日益成熟,无人机多光谱软硬件一体化程度和观测精度及易用性得到极大的发展。无人机多光谱遥感已在农业、林业、资源、生态、环境保护等领域应用日益广泛。本文概述了无人机飞行平台、多光谱传感器等硬件技术的发展,和无人机遥感影像的几何校正、辐射校正图像处理技术及数据处理流程,并对无人机多光谱遥感在植被长势监测、存在问题、精细分类与地物识别、病虫害监测、生物量和产量估算等方面的应用潜力和发展方向进行了系统分析和总结,以期为开展相关领域研究提供参考。建议各行业部门的专业人员与遥感、计算机科学等领域的专家密切合作,制订无人机多光谱遥感技术的相关标准和规范,共同推进并普及无人机多光谱遥感技术。     

基于TD-LTE的多机协同导航通信系统研究

为实现多个农机在农田环境中自主导航协同作业，设计了基于TD-LTE的多机协同导航通信系统。该系统由导航定位传感器、无线通信模块、车载控制终端和远程通信软件组成，其中：传感器包含GNSS接收机、惯性测量单元（IMU）和角度传感器，用于获取每台农机的地理位置、自身姿态和车辆转向角信息。无线通信模块采用4G DTU作为系统通信设备，与车载终端串口相连，实现RS232串口转TD-LTE网络功能。4G DTU经配置软件配置好串口参数等信息后，连接目的服务器IP地址和端口号，将车载传感器采集的数据按设计好的通信协议经TD-LTE网络传输到远程服务器的通信软件中。车载控制终端采用工控机（IPC）,实现农机自动导航控制与人机交互。远程通信软件应用Socket网络编程开发了数据接收显示与数据发送的功能模块。系统对每台农机的状态信息实时上传的同时也可以接收远程服务器端对多台农机的协同控制命令，对于软件界面中显示的在线农机，可以根据优先级有选择的进行通信。以4台雷沃欧豹拖拉机为试验平台，每台农机状态信息的发送频率为5Hz，进行了系统稳定性试验测试，丢包率均为0.1%，且均无延迟，系统具有较高的可靠性与实时性。