无人机撒播技术在农业中的应用综述

我国农业现代化高速发展对农业机械化、信息化及自动化的要求越来越高,为了响应农业可持续发展,提高农业作业效率和作业效果,精准农业航空概念随之而出。无人机撒播技术是精准农业航空的应用之一,探讨无人机撒播技术在农业中的应用,概述撒播技术特点,研究无人机撒播技术的发展和应用方向,分析现有无人机撒播技术的不足之处,探讨无人机实现精准撒播的关键技术,展望无人机精准撒播的未来。无人机撒播技术在农业生产管理中具有可行性和优越性,是加速实现我国农业生产管理现代化进程的一个重要环节。     

多翼单臂纵列式电动无人机旋翼间距优化及能耗试验

针对现代农业航空技术的发展对电动多旋翼农用无人机的载荷能力、持续作业能力、作业效率提出更高的要求，而目前电动多旋翼植保无人机存在续航时间短、载质量小、作业效率低等问题，该文通过试验测试平台，首先对共轴式双旋翼进行不同纵向间距下的升力性能及能耗测试，分析纵向间距对双旋翼升力的影响规律，根据分析结果，针对纵列式双旋翼进行升力随横向间距的变化规律研究，得出横向间距比等于1.8为双旋翼纵列式方式的最优横向间距比。随后对不同尺寸纵列式双旋翼和纵列式多旋翼升力随横向间距比的变化规律进行测试，验证最优横向间距比1.8的普遍适用性。最后，对多旋翼单机臂结构六轴十二旋翼纵列式布局无人机的综合性能参数进行优化分析，并对平面式、纵列式布局方式下的六轴十二旋翼无人机进行飞行试验，验证旋翼间距的优化结果。优化分析结果表明，横向间距比均分别在最优化条件下时，纵列式和平面式布局的升力远高于共轴式布局。与纵列式布局相比，平面式布局机型升力差别不大，但机身尺寸增加38.70%。飞行试验结果表明，在相同负载下,相对于优化后的纵列式机型,平面式机型在单位时间内悬停功率仅减小0.062%，而机身质量增加6.8%。该研究在保证无人机能效的前提下，通过改变旋翼间的相对位置，对多旋翼单机臂结构电动无人机的旋翼间距进行优化，从而优化机身尺寸及质量，改善多翼单臂结构无人机的气动特性，降低惯性，提升有效负载能力，从而提升整机性能。     

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。     

基于状态预测的田间机-地传感器系统协同采集方式研究

基于旋翼无人机的低空、低速、利用旋翼风场作业等飞行特征,采用机载北斗定位系统获取精准机体实时观测值,协同地面风速传感器构成机-地传感器采集系统,尝试对具有稳定飞行轨迹的无人机进行状态预测。在充分讨论飞行状态的预测策略、可预测性、起始点确定等问题基础上,建立状态预测模型,设计状态预测算法用以自动判定传感器采集时段的起始点。依据算法展开冠层风速田间采集试验,对于无人机预测状态数据和实际观测数据做了对比分析,发现在可置信度为99%水平时,两者无差异的概率P值为0.956;同时统计出X、Y、Z向风速最大值出现时刻均值分别为3.036、2.427、3.145 s,计算出对应的标准差分别为0.79、0.87、0.98 s,说明3向风速最大值出现时刻在5 s采样范围内具有较明显的区域性,验证了采集时刻的准确性,表明机-地协同实时采集旋翼风场数据的有效性得到了显著提高。     

中国植保无人机发展形势及问题分析

植保无人机作为我国农业航空产业的重要组成之一，近年来的迅猛发展和应用引起了人们广泛的关注。为全面、深入地了解中国植保无人机的发展形势及存在的问题，农业农村部农机化司委托华南农业大学国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心统计和撰写了“2016年我国农用植保无人飞机发展形势分析与政策建议”的报告。在此报告的基础上，本文对我国植保无人机的类型、生产企业及保有量分布情况进行了统计和分析，比较全面地展示了中国植保无人机行业的发展状况，总结和提出了目前植保无人机行业发展中在关键施药技术研究、相关标准制订以及监督管理这3个方面存在的主要问题及建议，并对植保无人机的市场前景、关键技术和作业服务模式的发展趋势进行了预测，以期为国内科研机构和企业的科学研究及应用提供参考，加快我国植保无人机产业的发展进程，促进和推动我国植保无人机产业的健康快速发展。     

农用小型无人机转弯掉头模式及全区域覆盖下作业路径规划与优化

【目的】具备自主飞行、航线规划与优化、精准控制与变量作业能力是农用小型无人机(Agricultural smallunmanned aerial vehicle, ASUAV)的发展方向。本研究为ASUAV在全区域覆盖下自主飞行作业前的航线拐点坐标解算、飞行航向、起降点位置以及转弯掉头模式等提供优化选择。【方法】利用基于自主恒速飞行和最小转弯半径约束的无人机转弯掉头策略,分析并设计了任意凸多边形作业区域下无人机的路径规划方法,提出了基于幅宽微变的航线归整法路径规划方案,并对结构化农田区域实现全区域覆盖条件下的路径进行了规划与优化选择。【结果】基于最优转弯掉头模式下的ASUAV全区域覆盖路径规划方法适用于任意凸多边形结构的农田区域,GUI程序在解算地头边界航线拐点坐标的同时能优化选择出效率最高的飞行作业航线。在试验田随机规划出一个面积约为2.7 hm2的不规则凸六边形田块,仿真发现当无人机沿着平行于最长边飞行作业时,其空行行程最短,约为540 m,工作效率也最高,接近90%。【结论】经过优化选择后的ASUAV掉头转弯模式、起降点位置、飞行航向以及解算后航线拐点坐标等可以实现全区域覆盖,研究结果为ASUAV自主飞行作业提供了参考。     

植保无人机航空喷施飞行质量的试验与评价

【目的】植保无人机的飞行质量是航空喷施作业效果的重要影响因素。探讨不同类型和不同控制方式的植保无人机航空喷施作业的飞行质量和作业效果,为航空喷施作业机型的选择和植保无人机技术的改进提供数据支持和指导。【方法】采用微轻型机载北斗导航定位系统,获取半自主飞行控制模式下单旋翼油动植保无人机(SoUAV)、单旋翼电动植保无人机(Se-UAV)和半自动四旋翼电动植保无人机(Saqe-UAV)以及全自主控制模式下四旋翼电动植保无人机(Faqe-UAV)的飞行轨迹和飞行参数,并对飞行质量(包括飞行参数均匀性、航线精度和航线长度均匀性)进行了分析和评价。【结果】四旋翼植保无人机飞行质量优于单旋翼植保无人机,且Faqe-UAV飞行质量优于Saqe-UAV;Faqe-UAV在整个作业区域内的飞行参数变化的均匀性最佳,飞行速度和飞行高度参数变化的均匀性分别为3.66%和4.67%;Faqe-UAV的平均飞行航线偏差最小,为0.172 m。飞行方向对Saqe-UAV飞行参数的影响显著,但对Faqe-UAV飞行参数的影响不显著;航线长度对Faqe-UAV飞行参数的影响显著,但对SaqeUAV飞行速度的影响不显著。【结论】在航空喷施作业过程中,全自主控制方式下四旋翼电动植保无人机飞行质量最佳,对药液喷施质量更有保障。