航空静电喷雾技术现状及其在植保无人机中应用的思考

农业航空应用是现代农业关键技术的重要组成部分,农业航空施药技术的广泛应用是反映农业现代化水平的重要标志之一,大大推进了现代农业的发展和进步。航空静电喷施技术作为农业植保技术领域先进的植保技术,大大改进了传统施药和地面施药器械施药的缺点与不足,航空静电喷雾系统的静电作用能有效提高药液雾滴在靶标表面的附着率和分布均匀性,在一定程度上达到了抑制雾滴飘移的目的。本文主要针对传统农业植保作业方式的不足进行了论述,深入剖析了航空静电喷施技术的基本原理,介绍了国内外学者在航空静电喷施技术上开展研究中取得的进展并对相关研究进行了分析,对航空静电喷施技术在农业植保技术领域的开发与应用中存在的问题进行了深入的剖析,提出了航空静电喷雾技术应用在植保无人机飞行航空作业上所面临的难题和未来可能的发展趋势和解决方案,以期为研究开发出更有效的植保无人机静电喷施技术提供借鉴与参考。     

稻田气力式变量施肥机肥料喷撒器设计与试验

目前水稻施追肥以离心圆盘式撒肥机为主,虽具有幅宽大、作业效率高的特点,但是变量控制精度差。为了满足水稻变量施肥的作业要求,设计了一种气力式变量施肥机,在满足幅宽要求的基础上,还能够实现在幅宽方向上的变量控制施肥。设计了用于该机的肥料喷撒器,对该喷撒器的肥料运动进行了理论分析,并对不同挡板结构的喷撒器进行气流流场模拟分析,对在不同转速下各排肥口的施肥量和不同挡板类型的施肥喷撒器在各自施肥范围内的施肥均匀性进行了试验。试验结果表明：转速对各排肥口的排肥量没有显著性影响,各排肥口的排肥量误差在均值的5%以内;转速和喷撒器的挡板结构类型对单一喷撒器施肥范围内的施肥均匀性具有显著性影响,以施肥均匀性变异系数为指标,排肥轮转速在30r/min左右时,整体排肥均匀性变异系数优于其他转速;而圆锥形挡板喷撒器在所有转速下其排肥均匀性变异系数均优于其他挡板结构的喷撒器,且当排肥轮转速大于30r/min时,该喷撒器的施肥均匀性变异系数小于8%。就挡板结构对喷撒器出口气流场的影响和施肥均匀性进行了比较研究,发现二者具有相似性,初步断定气流场对施肥均匀性具有一定影响。在实际作业过程中为了使单个排肥口的排肥均匀性更好,应当采用圆锥挡板喷撒器,并且在确定作业区域的施肥量下,尽可能调整车速,使排肥轮转速达到30r/min以上,以最大程度保证施肥区域的施肥均匀性。     

气力式无人机水稻撒播装置的设计与参数优化

当前用于无人机挂载的撒播装置通常为离心圆盘式,该方式的落种区为圆弧形,撒播均匀性不稳定,且在作业幅宽方向上的调控比较困难。为了改善撒播作业的效果,探究适合无人机挂载的水稻撒播装置,该文设计了一种气力式无人机水稻撒播装置,利用气流将种子沿不同的方向吹送出去。该文就种子颗粒在所用无人机平台风场中运动情况进行分析和归纳,对撒播装置的关键部件进行了仿真和测试试验,研究了分流箱气流出口尺寸与出口风速的关系,以及导流通道的锥角对导流通道内的气流与气压分布的影响及对撒播幅宽和撒播均匀性的影响。试验结果表明:分流箱气流出口尺寸与出口风速之间存在极强的负相关关系,根据设计需求选择φ32 mm作为较佳的气流出口直径。导流通道的锥角与撒播幅宽之间存在极强的线性相关关系,相关系数R2=0.999。综合考虑通道内的气压和流速分布,以及锥角对幅宽和均匀性的影响,优选130?为导流通道的锥角。该文进一步研究了无人机作业高度对撒播幅宽和撒播均匀性的影响,结果表明:在1~2.8 m的范围内,作业高度与撒播幅宽的相关性显著系数为0.3590.05,作业高度与撒播均匀性的相关性显著系数为0.1970.05,在给定的高度范围内无人机作业高度对撒播幅宽和撒播均匀性的影响不显著,在实际作业中,综合考虑撒播幅宽和均匀性变异系数以及田间作业环境等因素,优选2 m作为该无人机平台的适宜作业高度。该研究为进一步样机的优化改进提供了参考。     

山水桃源 梦里家园——桃源县林业生态建设掠影

地处湘西北的桃源县是湖南省重点林区县,全县林地面积27.83万公顷,森林覆盖率65.47%,活立木蓄积量1459.68万立方米,林业年生产总值65.6亿元。境内现有乌云界国家级自然保护区、沅水国家湿地公园、老祖岩国家石漠公园、望阳山省级自然保护区等重点生态功能区,有国家一二级动植物20余种。近年来,桃源县加快城乡绿化一体化、森林健康持续化、林业产业特色化、生态文明自然化等四大建设行动,先后获得了“全国绿化模范县”“中国竹子之乡”“全国油茶产业建设示范县”“全国林改百强典型县”等称号。     

基于无人机遥感技术的黄华占水稻施肥决策模型研究

目前,水稻生产中氮肥施用过量,肥料利用率和产量相对较低等问题日益突出。无人机遥感能够实现无损、及时、快速大面积地获取作物田间信息,已被广泛应用于精准农业管理中。以黄华占水稻为研究对象,设计了不同施氮梯度的小区试验,利用无人机搭载rededge-M多光谱相机获取水稻生育期冠层多光谱图像,提取NDVI植被指数,分析了不同氮素条件下水稻冠层NDVI值的变化规律,研究了NDVI和标准种植比值指数(RISP)与水稻植株氮含量之间的相关关系;依据有效积温数据,建立了基于标准种植比值法的水稻关键施肥节点的施肥量决策模型。研究结果表明:随施肥量增加,水稻冠层NDVI值也随之变大,整个生育期呈现出"快速增加-缓慢增加-缓慢降低"趋势;NDVI和RISP值均与水稻植株氮含量显著相关,且RISP的相关系数达0.9以上,可更好地用于诊断水稻生育期氮素养分状况;基于标准种植比值法的水稻施肥决策模型拟合决定系数为0.991。模型验证试验发现,模型种植区平均施氮用量为99.64kg·hm-2,而传统种植区平均用量为135.60kg·hm-2,施肥量减少26.52%。且模型种植和传统种植的产量差异不足1%,说明该施肥模型在保证产量的同时提高了氮肥利用率,为实现作物养分管理决策支持系统提供了一种新的模型方法。     

基于微小型无人机的遥感信息获取关键技术综述

近年来,基于微小型无人机的遥感信息获取技术广泛应用在农业领域。采用微小型无人机遥感信息平台获取农田作物信息,具有运行成本低、灵活性高以及获取数据实时快速等特点,是目前农田作物信息快速获取的主要方法之一,是精准农业发展的重要方向。该文主要对微小型无人机遥感技术平台的发展、遥感信息获取技术、遥感图像的处理与解析、以及微小型无人机遥感平台应用在作物信息监测和生产管理等方面进行了深入剖析,强调了遥感信息获取与解析技术的重要性和存在的问题,受微小型无人机飞行稳定性和载荷量的限制,如何实时快速准确地调整机载遥感传感器的姿态使被测目标始终处于监测视野中,并实现图像信息的远距离获取与传输,以及如何处理和解析无人机遥感系统获取高质量的遥感图像是微小型无人机遥感技术能否被广泛应用在各研究领域的关键技术。最后,提出了增强无人机飞行控制系统的高稳定性、遥感图像的精确获取及数据的实时传输和高精度的图像后处理方法,对作物信息监测技术的发展和应用具有重大意义,是实现大面积精准农业生产管理决策的重要依据。     

液位监测技术在植保无人机中的应用分析

为了探究适合植保无人机药箱液位实时监测的可行方法,阐述了国内外常见的接触式和非接触式液位监测方法,包括差压式、浮体式、电极式、电容式、超声波式、激光式、光电式、流量计式、机器视觉式、雷达式等主要方法,指出了植保无人机作业过程中,其药箱存在的特点,包括液面波动剧烈、药液的理化特性各异、药箱空间小、防腐蚀要求高等,并对上述常见液位测量方法用于植保无人机药箱液位测量时存在的局限进行了分析,在此基础上,探讨了适合植保无人机质量轻、功耗小、精度高、耐腐蚀药箱液位监测方法及装置,并针对植保无人机药箱液位监测中需克服的难题,提出了气压式液位无线监测的解决方案,为进一步开发适用于植保无人机的药箱液位监测装置提供参考。     

农业物料撒播技术在无人直升机中应用的思考

为了探究适合无人直升机的农业物料撒播技术,阐述了国内外常见的播量调控技术和抛撒技术,包括机械式、气力式播量调控技术,以及离心式、气力式、均分杆式、摆管式、锥盘式抛撒技术等,并详细分析了不同播量调控技术和抛撒技术的特点和适用范围及其在农业航空撒播方面的应用条件。对比了有人驾驶飞机撒播技术和无人机撒播技术的作业特点及目前航空撒播中常用的方法,分析了无人直升机撒播技术的可行性、优越性、重要性和应用需求及无人直升机撒播的作业要求,并讨论了可在无人直升机中应用的播撒技术和开展相关研究需要解决的关键问题,为进一步开发适用于无人直升机的农业物料播撒装置提供参考。     

无人油动力直升机用于水稻制种辅助授粉的田间风场测量

无人驾驶直升机具有机动灵活、不需要专用机场等特点,目前已在农业航空植保中得到应用。杂交水稻制种中,利用无人直升飞机飞行时其旋翼产生的风力能使父本花粉传播更远,可扩大父本和母本相间种植的宽度,实现父本和母本的机械化耕种和收割,从而实现制种全程机械化。杂交稻制种辅助授粉的效果(母本异交结实率)、作业效率及经济效益与无人直升机飞行时产生的风速、风向和风场宽度等参数密切相关,但迄今尚不明确。该文采用风场无线传感器网络测量系统组成三向风速测量线阵和单向风速面阵在水稻田里对无人油动单旋翼直升机飞行时的风场进行了测量试验,目的在于探明无人直升机在辅助授粉作业时不同方向的风速和风场宽度等参数,以便决策出较佳的飞行作业参数,包括飞行高度、作业航向等。无人直升机授粉作业的飞行速度设置为3m/s,作业载荷为3.75kg,飞行高度为:9、8、7和6m,测量的风向为:平行于飞行方向(X)、垂直于飞行方向(Y)、垂直于地面方向(Z)。测量试验结果表明,上述3个风向的风速值大小排序为VX>VY>VZ,且风速持续稳定,因此,在直升机辅助水稻授粉作业时,平行于飞行方向的风力(即沿着直升机前进方向的飞机尾风)更有益于辅助授粉作业;随着飞行高度不断降低,风场宽度亦有所增加,在飞行高度为6～8m时,达到3级风的风场宽度最大可达到9m,飞行高度为9m时,达到3级风的风场宽度最大仅为4m,明显缩小,综合考虑农艺要求、作业效率及安全性等因素,该文建议无人驾驶油动单旋翼直升机Z3机型的较佳飞行作业高度为7m;直升机逆自然风方向飞行作业时到达水稻冠层的风力较小,很难形成能满足水稻制种授粉所需的风场宽度和风速,而顺风方向飞行时的风场宽度和风速较大,因此采用油动力无人直升机辅助水稻制种授粉时,宜避免逆自然风方向飞行作业。该研究可为无人直升机水稻制种辅助授粉技术的发展提供参考。     

作物航空喷施作业质量评价及参数优选方法

农用飞机由于具有很好的机动性、灵活性和施药效率,近年来受到高度重视,成为植保产业的重要发展方向。影响航空喷施效果的因素有很多,机型、喷嘴型号、喷雾压力、喷施角度、环境因素、作业高度、作业速度、药剂配方、药剂浓度等因素等都会影响雾滴在植物表面的分布特性,从而影响航空喷雾作业效果。地面药液的雾滴分布特性是决定航空植保效果的主要因素,研究不同因素条件下的雾滴分布情况能为航空喷施作业时选择相对合适的喷嘴型号、喷雾压力、喷施角度、作业高度、作业速度、药剂配方及药剂浓度等提供参考,从而有利于保证航空施药效果。该文在对目前中国航空植保产业发展现状进行深入剖析的基础上,研究分析了目前中国航空植保存在的主要问题,同时提出了作物航空植保技术规程中作业参数的优选及评价方法。该研究为中国主要作物航空植保喷施作业技术规程的制定提供了参考。