中国植保无人机的行业发展概况和发展前景

正1引言粮食安全是保障国家安全的基础。病虫草害是影响着粮食的安全和农产品的有效供应的重要因素,在世界范围内,采用化学农药喷洒进行病虫草害的防治依然是综合防治方法中的重要手段~([1])。我国长期以来受制于落后的农药喷洒设备以及农药使用技术,农药利用率一直处于较低的状态~([2]),据农业农村部统计,2017年我国的农药有效利用率仅为38.8%。加之,农     

基于Scan Context与NDT-ICP相融合的果园建图方法研究

由于果园环境复杂、树冠特征单一,且叶片会引起光线漫反射等因素,导致果园环境的地图构建过程中出现误匹配,增大建图的累计误差。针对以上问题提出一种基于Scan Context与NDT-ICP相融合的果园环境导航地图构建方法。该方法首先对Ring key进行快速地上层搜索,得到候选帧,并对候选帧与当前帧进行相似度评分,通过两阶段搜索算法来有效地检测回环以减少果园环境地图中的误匹配。同时使用基于正态分布变换粗配准与迭代最近点精确配准融合的点云配准方法降低果园环境地图的累计误差。试验结果表明,在KITTI数据集中使用半径搜索回环检测的回环数为42,使用Scan Context回环检测的回环数为51,回环数提高21.4%。NDT-ICP匹配算法的均方根误差为12.86 m,ICP匹配算法的均方根误差为15.11 m。在真实果园环境中使用半径搜索回环检测的回环数为196,使用Scan Context回环检测的回环数为261,回环数提高33.2%。该研究算法有效地降低果园环境地图构建过程中的误匹配、累计误差大的影响,满足果园环境下的高精度环境建图需求,为推进果园环境的无人化作业提供技术支撑。     

田间农药雾滴精准采样技术与发展趋势

采用植保机械喷施化学农药仍是病虫害防治最为有效的手段。喷施过程中,农药雾滴精准的采集并测定沉积、流失飘移量,对于优化植保机械的作业参数、提高农药利用率具有重要意义。该研究综述分析了室内与田间采样过程中不同类型采样器的优缺点,并分析采样效率、采样器的布置及采样条件等因素对雾滴沉积、流失飘移采样结果的影响。针对当前的采样方法,该研究提出了未来在农药雾滴采样方面的5点要求与展望,包括提高采样的准确性、提高采样方法和采样设备的标准化、增加对农药有效成分雾滴运动规律的研究、研发新型的采样传感器以提高采样效率、建立植保无人飞机喷施雾滴沉积、飘移模型。综上,通过更为标准化和精准的采样,获取可比较、准确度高的农药雾滴沉积与流失飘移数据,可为中国农药使用量"零增长"提供科学技术指导。     

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。     

农田信息采集用多旋翼无人机姿态稳定控制系统设计与试验

农田信息快速采集是精准农业的基础。为快速、高效、准确、节能获取农田信息,该文搭建了多旋翼无人机平台,设计了以STM32F407为主控制器的多旋翼飞行控制系统。采用了比例积分微分(proportion,integration,differentiation,PID)双闭环控制策略,外环为角度反馈,内环为角速度反馈。通过工程凑试法得到合适的PID控制参数。运用专家控制策略改进上述控制方法,使控制参数适应无人机姿态变化。对所设计的无人机控制系统进行抗干扰和阶跃响应试验。系统在受到30?横滚与俯仰角干扰后,其对应恢复平衡时间均在3.4 s内,航向角30?干扰后恢复时间在4 s内。系统横滚与俯仰角阶跃响应调节时间在1~2 s内,航向角在3.4 s内。试验结果表明:双闭环PID控制策略实现多旋翼无人机姿态稳定控制,专家控制策略增强无人机的抗干扰能力。在室外农田环境中,无人机能根据指令在1~2 s内快速调整姿态。当姿态受风影响发生倾斜时,陀螺仪测量角速度大于3(?)/s,采用的控制策略能迅速调整电机转速,保持无人机姿态稳定平衡。试验证明该控制系统稳定可控且具有较强抗干扰性,满足多旋翼无人机低空采集农田信息的要求。     

农药喷雾粒径的研究现状与发展(综述)

【目的】农药的不合理使用严重威胁着我国农产品质量安全和农业生态环境安全。优化农药喷施方式,提高农药利用率与喷施效果,实现农业生产的良好发展已成为迫切需要解决的问题。【方法】从农药雾滴粒径的检测方法出发,介绍了雾滴粒径检测技术的发展、以及雾滴尺寸与农药防治效果的关系;对农药喷雾最佳粒径的研究进行了分析;总结了农药喷雾最佳粒径的研究以及所存在的不足,并对农药喷雾粒径的研究进行了展望。【结果】人工表面得到的最佳粒径与真实的喷雾最佳粒径具有明显的差异性,人工表面通常倾向于收集大液滴;细小雾滴大量漂移的发生不存在必然性;同一靶标不同时期所对应的喷雾最佳粒径是变化的;小雾滴更容易吸附在靶标表面,能穿透植物冠层杀死冠层内部的害虫。【结论】不同农药、不同靶标、不同药液浓度甚至害虫的不同时期,农药的最佳喷雾粒径大不相同。今后应加强农药雾滴最佳粒径的理论研究,从宏观和微观多角度综合分析,开发精准可控变粒径喷嘴。     

基于调制荧光检测技术的柑橘黄龙病诊断

【目的】实现柑橘黄龙病的及时诊断,防止病情扩散、保障柑橘生产。【方法】运用基于调制荧光检测技术的超便携式调制叶绿素荧光仪MINI-PAM获取柑橘Citrus reticulata叶片荧光参数,通过概率神经网络对荧光数据进行建模及分类处理,以鉴定并区分健康的、非黄龙病黄化的以及黄龙病的柑橘植株。【结果】该方法对所有类别的诊断准确率均高于76.93%,有些类别分类准确率甚至可达100%。【结论】基于概率神经网络的柑橘黄龙病调制荧光检测技术用于鉴别柑橘黄龙病病情具有一定的可行性和推广性。     

基于无人机高光谱遥感的柑橘黄龙病植株的监测与分类

柑橘黄龙病(Huanglongbing,HLB)是柑橘产业的毁灭性病害,及早发现并挖除病株是防治HLB的有效手段。通过无人机低空遥感监测大面积果园,可大大减少HLB排查工作量和劳动力。该文获取了无人机低空柑橘果园的高光谱影像,分别提取并计算健康和感染HLB植株冠层的感兴趣区域的平均光谱,并对初始光谱进行Savitzky-Golay平滑、异常数据剔除和光谱变换,得到原始光谱、一阶导数光谱和反对数光谱3种光谱,对这3种光谱采用主成分分析法进行降维,与全波段信息比较,分别采用k近邻(kNN)和支持向量机(SVM)进行建模和分类。结果表明,以二次核SVM判别模型对全波段一阶导数光谱的分类准确率达到94.7%,对测试集的误判率为3.36%。表明低空高光谱遥感监测HLB的手段具有可行性,可大大提高果园管理效率和政府防控病情力度。     

基于无人机多光谱遥感的棉花生长参数和产量估算

及时准确地监测棉花长势和产量是精准农业栽培管理的关键。无人机(UAV)平台能够快速获取高时空分辨率的遥感数据,在作物生长参数和产量估算方面显示出巨大的潜力。以山东省滨州市棉花为研究对象,利用安装在无人机上的多光谱相机获取遥感影像,分别提取各波段反射率,筛选出8种植被指数,采用多元线性回归(MLR)、随机森林(RF)、人工神经网络(BPNN)3种方法分别构建棉花的株高、叶绿素相对含量、单株产量的估计模型并进行验证。结果表明,基于BPNN的预测模型精度明显优于MLR和RF模型,盛花期与成熟期棉花株高估计模型验证集的R²分别为0.842和0.670;叶绿素相对含量估算模型验证集的R²分别为0.725和0.765;产量估算模型验证集的R²分别为0.860和0.846。为无人机遥感在作物生长参数与产量估算领域中的应用提供理论依据,为进一步优化农业生产管理、科学决策提供参考。     

液滴荷电特性对水稻叶片表面接触角的影响

针对水稻叶片表面润湿性较差,喷洒作业时的药剂液滴容易从叶片表面滚落,药液利用率低的问题,研究液滴荷电特性对水稻叶片(倒二叶)表面接触角的影响。通过试验,研究荷电电压大小、电荷极性、电极环材料、电极环内径、NaCl含量等参数对水稻叶片表面接触角的影响。结果表明,随着荷电电压的增大,液滴在水稻叶片表面接触角整体呈先减小后增大的趋势,接触角在荷电电压为±4 kV时达到最小值;荷电正负极对水稻叶片表面接触角有明显影响,总体来说,液滴带负电荷时与水稻叶片表面的接触角较小;同种材料电极环条件下,随着电极环内径增大,液滴在水稻叶片表面接触角呈逐渐减小趋势;随着NaCl含量增大,液滴在水稻叶片表面接触角呈先减小后增大的趋势,不同品种水稻存在最佳的NaCl含量使接触角达到最小值。表明,通过调整液滴的荷电参数来减小液滴在水稻叶片表面接触角是可行的,对农药的高效利用具有重要参考意义。