白粉病胁迫下小麦叶片光谱响应与智能分类识别

目的 开展基于高光谱技术的白粉病胁迫下田间小麦光谱的响应研究,实现小麦白粉病感染等级的快速确定。方法 采用光纤光谱仪配合积分球和叶片夹采集大田活体小麦叶片可见-近红外光谱;通过光谱数据拟合得到的SF-SPAD (Spectrum fitting SPAD)值来反映叶绿素含量,对叶片感染白粉病进行初步判定;使用PROSPECT模型进行光谱敏感度分析确定敏感波段;结合主成分分析(Principal component analysis, PCA)降维和支持向量机(Support vector machine,SVM)建模,实现对光谱数据的二分类;根据二分类模型判断的病点百分比对小麦病虫害感染程度进行分级。结果 SF-SPAD值随自下而上的叶序的增大而逐渐上升;SF-SPAD值≤0.90的全是病点,≥1.05的全是好点。光谱敏感度分析确定了敏感波段为可见光波段440~500和540~780 nm,降低了数据维度。确定了感染等级(R)与病点百分比(%)的关系为R₁：0~30%、R₂：30%~50%、R₃：50%~70%、R₄：70%~100%。本研究所建模型适用的检测株数最少为20株。结论 结合SF-SPAD值和光谱PCA-SVM二分类建立的监测模型可以准确、快速地判定小麦白粉病感染与否及感染等级,同时可以降低采样数量、减少地面检测工作量、提高检测效率,是一项实用性强、简单、易推广的智能化监测技术。     

我国微耕机技术现状与发展趋势

根据我国国情,分析了微型耕耘机(微耕机)的实用意义和国内外微耕机发展历程与研究现状,简述了发达国家和发展中国家在微耕机研究领域的不同特点和我国微耕机目前存在的主要问题。适合棚室作业的电动力微耕机是最近研究的热点,指出在该研究方向的核心技术集中在电源问题上。目前,国内微耕机消费市场和生产规模迅速扩大,对其质量检测工作的要求不断提高,因此分析了该领域目前存在的主要问题。最后展望了我国微耕机的几个发展趋势。     

多旋翼农用无人机功率能耗模型构建与试验验证

续航时间是无人机的重要性能指标之一,在此构建多旋翼农用无人机功率能耗模型,进行续航时间的计算,并通过试验验证模型的准确性。构建了针对多旋翼农用无人机功率能耗计算的理论模型,搭建无人机测试平台,通过改变无人机质量与作业速度,对测试无人机进行试验。6组试验结果表明:悬停状态下,测试无人机续航时间为理论续航时间的89%～93%,作业飞行状态下测试无人机续航时间为理论续航时间的80%～83%。构建的理论模型可以用于多旋翼农用无人机续航时间的计算和预测,具有一定的应用价值。     

赣南山地柑桔园有人驾驶直升机喷雾作业雾滴沉积效果

为了探究在赣南山地柑桔园防治柑桔木虱中采用有人驾驶直升机进行喷雾作业的雾滴沉积效果,在安远县孔田镇的山地柑桔园(坡度约为18°,柑桔树高在1.8~2.5 m之间,种植密度约800株/hm2),对Bell206L4直升机以常规作业参数进行盘旋式飞行喷雾作业后,山体不同区域果树不同采样位置的雾滴沉积分布情况进行研究。结果表明,当设定单位面积喷施量为15 L/hm2、直升机飞行高度为距树顶10 m及飞行速度为120 km/h时,选用CP04航空喷头,总喷施流量为123.42 L/min,雾滴粒径DV0.5处于200~300μm之间;在上述作业条件下,整座山体的平均雾滴沉积量为0.896μL/cm2,雾滴分布均匀性为60.82%;雾滴沉积量与雾滴沉积分布均匀性呈现由山体顶部至山体下部先增加后减少的变化趋势;雾滴穿透性,山体底部明显优于山体中部和顶部。雾滴沉积量最大差异为1.290μL/cm2。同一果树,雾滴沉积量由果树上层至果树下层呈现逐层减少的趋势。研究结果有助于提升直升机对柑桔的喷雾作业质量,可以为优化航空施药方案提供指导与参考。     

农用飞行器恒力矩姿态建模及仿真

飞行器在农田环境中进行作业需要较高的系统平衡稳定性。通过构建恒力矩条件下四旋翼飞行器姿态模型的方法对系统的平衡稳定性进行预估,该模型解算出的实时姿态角数据可以在理论上进行系统稳定性参数的反演计算。本文通过对飞行器电机拉力不同方向的分解,对姿态角之间的关系进行转换,在分析恒力矩机身参数的条件下,建立起四旋翼飞行器的机体模型,并结合初值边界条件对实时三轴姿态角(α,β,γ)进行模拟计算,同时借助机械系统动力学软件Adams对姿态角进行相同条件下仿真。结果表明,所建模型的理论值和软件仿真值存在极大的相似性,验证了恒力矩姿态模型构建的正确性。     

无人直升机风场无线传感器网络测量系统设计与试验

为了实现田间多点、多风向、可移动、实时采集无人直升机旋翼气流在作物冠层所形成的风场相关参数,设计了一种风场无线传感器网络测量系统,对该系统风速测量时的可靠性进行了分析和田间试验检验。系统由若干三向风速传感器无线测量节点(WWSS)、无人直升机位姿信息测量模块(FGPS)以及智能总控汇聚模块(ICFN)组成,试验结果表明:选用叶轮风速传感器设计的三方向风速无线测量节点风速平均测量相对误差不大于3.52%,最大绝对误差为0.2 m/s,且各叶轮风速传感器之间无显著差异,变异系数不大于4.41%,能够可靠准确地测量风场内相应的风速值;三方向安装支架可方便地将三方向风速无线测量节点置于水稻田间,智能汇聚节点(ICFN)和WWSS节点以星形拓扑结构通过无线数据传输方式组网,非常适合在田间进行多点、多风向、可移动、实时采集数据;此外,FGPS模块采用RTK GPS等高精度传感器测量直升机的位姿信息,有利于后期开展授粉作业影响因素的综合分析,为开展无人直升机用于水稻制种辅助授粉的田间作业参数优选提供有效工具。     

基于无线传感器网络的无人机农田信息监测系统

移动无线传感器网络技术为农田信息监测提供了高效可行的技术手段。该研究根据南方农田地块相对分散、丘陵山地多,农情信息获取环境恶劣、采集数据时间周期长、网络分割成块的特点,利用UAV(unmanned aerial vehicle)具有的高效、灵活的特性,结合低功耗无线传感器网络,提出一种满足南方农田信息获取采样和数据业务需求的三层架构的无线传感器网络体系结构TUFSN(three-tire unmanned aerial vehicle farmland sensor network),其由数据采集层、中继传输层和移动汇聚层组成,该体系结构具有系统结构合理、可扩展性好、系统整体能耗低等特点。通过仿真可得中继节点RN（relay node）的缓存大小范围为3～13kB,系统试验中携带移动节点的UAV以1m/s的速度、15 m的高度在农田上空飞过,飞行过程中与地面中继节点通信并采集农田信息,UAV与地面中继节点的平均通信时长为26 s,仿真和试验表明,基于UAV的三层架构农田信息采集无线传感器网络很好地满足了南方地区农田信息数据采集和监控的生命周期长、传输数据可靠、覆盖面积广的要求。     

小型无人机在农田信息监测系统中的应用

根据我国国情,分析了目前农田信息监测领域中获取遥感信息的主要方式及其存在问题,指出了发展以小型无人机为平台的新型低空遥感系统是对传统农田信息获取方式的有力补充。同时,对国内外无人机发展历程与现状进行了分析,简述了小型无人机在农田信息监测系统中应用的特点、意义和关键技术;最后展望了小型无人机在农田监测系统应用中应解决的关键问题。     

植保无人机航空喷施作业有效喷幅的评定与试验

植保无人机有效喷幅宽度的准确评定是农业航空精准作业的前提,对其作业航线的规划及喷施作业质量的提升均有着重要意义。该文以不同参数的单旋翼植保无人机和多旋翼植保无人机为例,分别通过12架次不同飞行参数下的航空喷施试验及目前国内常用的雾滴密度判定法和50%有效沉积量判定法来评定植保无人机的有效喷幅宽度,并根据雾滴处理软件Deposit Scan对水敏纸等采集卡上的图像处理原理对不同评定方法进行了深入分析。结果表明:50%有效沉积量判定法更适于雾滴粒径相对较大的3WQF120-12型植保无人机有效喷幅宽度的评定,且评定的平均有效喷幅宽度为≥4.44 m;雾滴密度判定法更适于雾滴粒径相对较小的P-20型植保无人机有效喷幅宽度的评定,且评定的平均有效喷幅宽度为≥2.58 m;评定的有效喷幅结果与实际情况相符合。另外,由分析可知,由于当前图像处理技术的限制,不同粒径大小的雾滴斑点图像,软件Deposit Scan所产生的相对误差不同,因此,应根据植保无人机喷施雾滴粒径的范围选择合适的有效喷幅宽度评定方法。该结果为不同参数的植保无人机选择较优的有效喷幅评定方法提供了指导,降低了航空喷施作业的重喷率和漏喷率,提高了植保无人机航空喷施作业质量,可为植保无人机精准喷施作业的实施提供参考。     

旋翼无人机气流特征及大田施药作业研究进展

旋翼植保无人机近年发展迅速,已出现大量施药作业的相关研究成果。针对目前研究现状中基础作业体系不清晰、关键问题研究不深入的问题,该文聚焦旋翼无人机施药目的,明确指出旋翼气流的存在是旋翼植保无人机大田作业的典型特征。围绕该特征,提出旋翼无人机大田施药作业基础体系,依照农药装载搬运-农药转化雾滴-雾滴空间运动-雾滴植株扩散-施药作业方法的主线,分别对旋翼无人机的机体、药箱、雾滴物理状态、运动状态、旋翼气流、对靶沉积、脱靶飘移、气流与作物互作、雾滴附着、机体控制、喷施量控制及作业模式等基本要素的研究现状进行归纳总结,梳理旋翼无人机施药作业体系的内在逻辑关系,探寻施药作业体系中待深入研究的基础科学问题。指出目前旋翼无人机大田作业亟需解决作业体系内容研究不均衡、机理研究不深入的问题;亟需解决作业参数关联性不强、大田试验条件精准性有待提高的问题;亟需解决作业模式无法直接表征作业效果、高精度飞行参数难转化为作业参数的问题,并给出深入研究的相关建议。期待广大学者提高对旋翼气流相关研究的关注度,围绕旋翼无人机大田作业体系中的实践与技术难点,寻找出具有旋翼气流特征的物理参数,提炼基础科学问题,加强工程应用研究。