植保无人机主要性能指标测评方法的分析与思考

近年来,随着无人机在农业领域的广泛应用,植保无人机已经成为农业航空植保器械的重要组成部分之一。相应地,人们也开始对植保无人机的综合性能要求越来越高。因此,如何实现对植保无人机的综合性能指标进行科学且全面的测评,已成为当前植保无人机大规模推广应用问题中的难点和热点。为此,在概述了植保无人机在农业应用中的特点和发展前景的基础上,指出了当前制约植保无人机发展的重要问题之一是缺乏高性能的植保无人机;并对植保无人机综合性能指标中的可靠性能指标、抗风性能指标、载荷性能指标、振动性能指标和喷施作业性能等5个主要性能指标的测试必要性和测试方法现状做了深入剖析,指出了各种测试方法的优点及不足;归纳了目前植保无人机综合性能测试中仍然存在的问题;最后,对未来植保无人机综合性能测试技术的发展提出了展望,指出了未来植保无人机性能指标测试体系完善和技术发展的方向。     

AS350B3e直升机航空喷施雾滴飘移分布特性

为了探究安装有AG-NAV Guía系统的AS350B3e直升机进行喷施作业时的雾滴飘移规律,以轻型机载北斗RTK差分系统获取的精准作业参数(时间、速度、高度、轨迹)为参考,进行了不同作业参数喷施试验。研究了该直升机以4种不同飞行速度范围进行单向式喷施作业时,对应的有效喷幅区域范围及雾滴飘移分布规律,对比了添加航空助剂对雾滴飘移距离及飘移量的影响。结果表明:有效喷幅区域的位置受自然风速和风向变化的影响,会向直升机航线下风向区域有不同程度的偏移;当直升机分别以70、90、100、120 km/h 4种速度参数进行喷施作业时,随着飞行速度的增大,有效喷幅宽度呈现先缓慢增大后急剧减小的趋势,100 km/h的飞行速度为有效喷幅宽度变化的峰值拐点;当侧风风速为1.1~2.3 m/s时,目标喷雾区的最小宽度在喷雾区域下风向水平距离27.61~48.94 m的范围内,且下风向受飘移影响距离均接近或小于下风向有效喷幅宽度,同时研究还发现雾滴粒径在200μm以下的雾滴更容易发生飘移,因此在作业时要预留至少50 m以上缓冲区(安全区)并合理选择航空喷头以避免药液飘移产生的危害;航空助剂的使用对于雾滴飘移量减轻效果显著,在同等作业条件下,添加航空助剂能够使雾滴飘移量减少33.94%。该研究结果可为直升机的喷施系统性能改进提供参考,对合理喷施农药、减少飘移、提高农药利用率具有重要意义。     

植保无人机抗电磁干扰技术探讨

随着农业航空应用的发展,植保无人机应用越来越普遍,由于农业户外环境出现了越来越多的电磁干扰源,对植保无人机的安全作业提出了更高的要求。为提高植保无人机飞行作业的安全性,引入了无人机抗电磁干扰技术。通过分析国内植保无人机作业可能面临的复杂环境,着重探讨了植保无人机抗高压线电磁干扰的问题,并仿真研究了植保无人机在高压输电线下的安全距离,展望了植保无人机抗电磁干扰技术的研究方向和研究重点。该文可为植保无人机抗电磁干扰技术的研究和应用提供一定参考。     

航空喷施与人工喷施方式对水稻施药效果比较

【目的】找出小型无人直升机航空喷施雾滴在水稻植株的沉积分布规律,并比较农用无人机航空喷施方式和人工喷施方式的不同。【方法】通过喷施试验研究了市场上主流的2种不同型号无人机(油动单旋翼和电动单旋翼小型无人直升机)、不同作业参数对水稻冠层雾滴沉积分布结果的影响,并比较了不同农用无人机航空喷施方式和人工喷施方式的效果和效率。【结果】航空喷施方式下的作业参数对雾滴沉积量和穿透性均有着相同的影响趋势,均表现出作业速度越慢,雾滴在植株间的沉积量越多,穿透性越好;作业高度越低,沉积量越多,但穿透性较差。但由于不同类型无人机旋翼风场强度的不同,油动单旋翼小型无人直升机喷施作业时作业高度对雾滴的沉积均匀性影响明显,而电动单旋翼小型无人直升机喷施作业时作业速度对雾滴的沉积均匀性影响明显。人工喷施作业的雾滴在水稻植株上、中、下3层的沉积均匀性最差,且雾滴在水稻植株间的穿透性也最差,为110.42%,人工喷施雾滴大部分都沉积在植株上层,只有3.27%的药液量到达植株的底部,而航空喷施作业有10%~30%的药液量能到达植株的底部。【结论】从不同喷施作业方式的效果和效益来看,航空喷施雾滴沉积效果优于人工喷施雾滴沉积效果,作业效率约为人工喷施方式的10倍,且成本低,效益高。     

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。     

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。     

Harris角点自适应检测的水稻低空遥感图像配准与拼接算法

图像配准和拼接的自动化是微小型无人机能否被广泛应用于水稻长势低空遥感监测的关键技术之一。为了改进Harris角点检测算法中阈值需要人为设定的局限,文章提出了基于Harris角点自适应检测的水稻低空遥感图像配准与拼接算法。该算法在Harris角点检测算法的基础上进行改进,采用基于图像像素灰度值标准差标准化的方法进行角点的自适应确定,并对角点进行特征描述,利用角点特征描述算子之间的欧式距离进行配准。为了验证算法的有效性并进行相关参数的优化,采用多旋翼无人直升机获取了水稻长势的低空遥感图像,并设计了重复率(衡量角点检测的稳定性)、辨识率(衡量角点描述算子的辨识度)、配准率(衡量图像的拼接精度)以及运行时间(衡量算法的运算速度)4个评价指标对配准与拼接的结果进行评判。随机选取获得的低空遥感图像分成3组进行测试,试验结果表明,平均配准率达到了98.95%,且各组图像之间的重复率与配准率差异不显著(显著性水平为0.05),说明改进后的算法稳定。设计了角点自适应检测算法阈值参数的优选试验,阈值参数为标准化处理后的图像像素灰度值标准差,方差分析结果表明,图像像素灰度标准差为1和2时配准率的差异不显著(显著性水平为0.05),但当图像像素灰度标准差为1时,图像配准与拼接平均运行时间是其为2时的2.5倍,因此,可设定图像像素灰度标准差为2作为本算法的较优参数。     

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。     

侧向风对航空植保无人机平面扇形喷头雾滴飘移的影响

目的 侧向风是影响植保无人机航空喷施雾滴飘移和作业效果的主要因素。探究航空植保喷施过程中侧向风对雾滴沉积和飘移的影响,为植保无人机航空喷施作业参数的选择和作业关键部件的改进提供数据支持和理论指导。方法 以常用平面扇形喷头Lechler系列的LU 120-015和LU 120-03标准压力喷头为研究对象,基于计算流体力学离散相模型的粒子跟踪技术,在适宜的边界条件下对喷施作业过程中风洞内雾滴流场和农药喷洒离散相进行模拟试验;通过仿真模拟对平面扇形喷头喷施的雾滴沉积和飘移分布情况进行可视化分析,探究雾滴粒子在不同侧风风速条件下的飘移特性;在农业航空专用风洞中,采用近似条件对雾滴的沉积飘移特性进行试验验证和分析。结果 仿真模拟结果表明,随着侧向风速的增加,离散相雾滴粒子飘移程度越严重,雾滴水平飘移越明显。随着侧向风速的增加,模拟离散相雾滴粒子的准确沉积率(R_a)呈指数下降,由14.11%下降到0.66%;水平飘移率(R_h)呈线性增加,由14.25%增加到60.58%。风洞试验结果表明,在侧风风速分别为1、3和6 m/s的条件下,雾滴的R_h分别为0.4%、48.1%和75.1%,且雾滴在风洞内部会随着侧风风速的增加发生一定程度的卷扬现象。仿真模拟与风洞测试试验的R_h具有显著相关性(R²=0.963,P<0.05)。结论 仿真模拟对航空喷施条件下的雾滴飘移具有较好的预测效果;采用仿真模拟辅助风洞试验测试的方法,可以比较准确地得出航空植保无人机作业中常用平面扇形喷头的雾滴沉积与飘移情况。