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。     

小型植保无人机喷雾参数对橘树冠层雾滴沉积分布的影响

【目的】探索小型植保无人机对果树喷施作业的雾滴沉积分布效果及应用前景,研究小型植保无人机喷雾参数对橘树冠层雾滴沉积分布的影响。【方法】采用三因素(飞行高度、飞行速度、喷施流量)的正交试验,应用小型六旋翼植保无人机进行喷雾试验。【结果】根据雾滴沉积密度和雾滴沉积均匀性结果,较佳的作业参数是喷头流量1.0 L·min~(-1)、作业高度2.5 m、作业速度4 m·s~(-1),影响雾滴沉积密度的主次顺序依次为作业速度、作业高度、喷头流量;根据雾滴沉积穿透性结果,作业高度均为2.0 m的试验号2(作业速度4 m·s~(-1),喷头流量0.6 L·min~(-1))和试验号8(作业速度1 m·s~(-1),喷头流量1.0 L·min~(-1))中雾滴沉积穿透性分别为22.21%和22.41%,其雾滴覆盖密度大且穿透性较好;影响雾滴沉积穿透性的因素主次顺序为作业高度、作业速度、喷头流量。【结论】针对植保无人机旋翼风场的影响和橘树独特的树形结构,对植保无人机的作业参数进行了优选,以保证航空喷施作业雾滴在橘树冠层的有效沉积分布。本试验研究可为小型无人机对果树的合理喷施、提高喷施效率提供参考和指导。     

植保无人机简介

植保无人机与传统植保机具相比,具有作业效率高、成本低、环境污染小、机手安全性高、适用性强等优势,现已广泛应用. 市场上的植保无人机,根据动力部分不同,可分为电动、油动、混合动力3类;根据升力结构不同,可分为固定翼、单旋翼、多旋翼3类.固定翼植保无人机续航时间长、飞行稳定性好,但必须有起降专用跑道;单旋翼油动植保无人机可垂直起降,无需跑道,飞行灵活,续航时间较长,但结构复杂,制造和维护成本高;多旋翼电动植保无人机价格低、结构简单、操作和维修保养简单、能垂直且快速起降,但载药量少、续航时间较短.     

多旋翼植保无人机与常规喷施缩节胺对棉花生长调控效应比较

【目的】分析JT-30多旋翼植保无人机喷施缩节胺(DPC)对调节棉花生长的影响,研究植保无人机在棉花化控作业中的应用效果,为植保无人机在棉花化控作业的应用提供指导。【方法】与喷杆式喷雾机作业相比,采用JT-30六旋翼植保无人机喷施DPC作业,分析其对棉花株高、果枝长度、节间距等的影响。【结果】JT-30植保无人机喷施DPC 5、10、14 d后能够有效抑制棉花的株高,抑制率分别为7.26%、15.81%和21.17%;喷杆喷雾机作喷施作业后对应的抑制率为8.55%、16.81%和 22.80%;JT-30植保无人机喷施DPC对棉花株高的抑制效果与喷杆式喷雾机作业效果相当。在果枝长度、节间长度和果枝始节高度等指标上表现出了相似的结果,且高浓度DPC没有对棉花表现出药害作用。【结论】植保无人机喷施缩节胺可以有效促进棉花营养生长向生殖生长的转移、塑造良好株型、提高成铃率,且高浓度DPC对棉花无药害,具有与常规喷施相当的效果。     

“互联网+”精准农业航空服务平台体系架构设计与实践

【目的】为农业航空植保作业服务商和终端农户提供沟通和服务的桥梁,推进农业航空标准的建立,推动科研院校的成果转化,对全国植保无人机实施跟踪和监管,促进农业航空市场规范,普及农业航空技术在精准农业中的应用,实现农药化肥施药零增长。【方法】利用"互联网+"的思维和方法,结合我国农业航空的发展状况与农业航空服务的特点,设计1套"互联网+"精准农业航空服务平台体系架构。采用大数据技术、云计算技术、移动应用技术以及HTML5等新一代信息技术,进行精准农业航空服务平台的底层架构设计、服务作业流程设计、用户界面设计以及数据库设计等。【结果】建立了精准农业航空服务的互联网综合服务平台,包含植保服务管理、作业效果评估管理、无人机检测管理、植保无人机监管、大数据应用等系统功能。它具有良好的平台特性、用户特性、大数据特性和扩展性。【结论】平台的体系架构能满足农业航空植保用户、植保服务商对植保作业服务简化操作的需求,同时实现了政府和有关部门对数据进行信息化有效管理的目的,并且通过数据分析与挖掘等技术手段提供多种增值服务,实现精准农业航空服务生态圈的有效良性循环,让农业航空更好地为我国农业现代化服务。     

无人机电控速度模糊PI双闭环控制仿真研究

【目的】针对农用无人机作业时,对速度的稳定恒速需求,研究无人机无刷直流电机的速度控制模糊PI闭环算法。【方法】分析无人机电控系统的结构原理,根据电控系统驱动无刷直流电机的速度控制要求,在Matlab/Simulink环境下,构建电控驱动无刷直流电机系统的仿真模型,采用速度电流双闭环控制策略,其中,速度环使用模糊PI控制器,电流环使用电流滞环控制。设置系统参数,进行仿真分析,搭建ARM电路仿真板,验证算法的有效性。【结果】采用模糊PI后,该系统加快了速度响应,减少了系统超调量,提高了系统的抗干扰能力,提高了系统的动态特性和鲁棒性。【结论】本研究提出的模糊PI控制策略是有效的,可为无人机实际电机控制系统设计和调试提供理论参考。     

基于Mavlink协议的植保无人机地面监测终端设计

[目的]针对我国植保无人机作业过程中出现的重喷、漏喷、喷洒不均匀、无药、断药等问题,设计一款基于Mavlink协议的植保无人机地面监测终端。[方法]终端以STM32F103ZET6为核心控制器件、SIM808为GPRS通信器件,实现植保无人机作业过程中位置、飞行姿态、系统状态、喷洒状态等数据的解析及上传。[结果]通过田间实验表明,植保无人机地面监测终端解析并上传参数与地面站软件获取的实际数据相一致。[结论]该设计为植保无人机作业监管提供了可靠的数据支撑,推动了植保无人机作业监管进程,具有较强的应用价值。     

货箱自适应调平果园作业平台设计与试验

【目的】针对南方丘陵山区果园地势起伏不平,现有果园作业平台存在振动大、坡道运输货物易倾翻等问题,设计一种具有货箱伺服调平功能的电动果园作业平台。【方法】通过理论分析及Amesim仿真,试制果货箱自适应调平果园作业平台样机,并测试样机的续航里程、货箱伺服调平等性能参数。【结果】其满载续航时间为3.4 h,最高行驶速度为4 km/h,最大升降高度1.52 m,最小转弯半径为0.89 m。台架试验中空载动态调平误差平均值小于1°;满载动态调平误差平均值小于1.5°,在设计的爬坡角度以内,调平稳定时间最长为4.32 s,果园实地测试中,作业平台以1 km/h的行驶速度,测试在10°和15°纵坡、-10°和-5°横坡的调平性能,最终货箱自动调平角度均保持在-2°～2°;【结论】通过试验分析,货箱自适应调平果园作业平台性能良好,能够满足丘陵山区果园的采摘、运输等环节需要。     

尼龙有结节菱形网片的水动力系数

为了提高网片水动力系数的计算精度,本文通过动水槽实验对5种网片的水动力学性能进行测试。测试的参数包括水流对网片的冲角、流速、网片的水平缩结系数ET等,网片的水动力学升力系数CL、阻力系数Cd、升阻系数比K等。结果表明:(1)当雷诺数Re小于1 500,冲角小于45°时,阻力系数呈现先增后减的趋势;而冲角大于45°时,阻力系数呈减小的趋势。雷诺数Re大于2 800时,阻力系数基本趋于稳定。(2)升阻系数比K最大值出现在20°附近;在30°~90°之间,K值呈减小趋势;(3)升阻力系数随d/a的增大先增大后减小;(4)升阻力系数随线面积系数的增大而减小;(5)通过多元非线性拟合得出升阻力系数的经验公式,拟合度较好。本实验经验公式为拖网阻力的计算提供了依据。     

基于WEB的无人机三维仿地飞行规划在农业植保中的应用

【目的】我国是一个农业大国,农业生产在我国占着举足轻重的地位,无人机植保在农业生产中应用越来越广泛,极大地促进了农业植保的快速发展。建立易操作的智能化平台更有利于无人机植保的快速推广应用。【方法】文章提出了建立基于Web的无人机飞行规划平台,在平台中集成影像和DEM等各类数据,由专业技术人员进行远程三维仿地飞行规划,普通用户只需要在移动飞行规划平台上同步下载规划任务,完成傻瓜式的一键飞行,顺利完成植保任务。【结果】通过实地实验测试,文章中的研究方案可以智能化地完成农业植保任务,显著提高无人机植保的安全性和易用性。【结论】针对现代化农业植保中存在的问题,文章提出的基于WEB的无人机三维仿地飞行规划在农业植保中的应用方案,可以有效解决无人机植保操控复杂、技术程度要求高等问题,提升了农业植保的信息化、智能化程度。     

植保无人机旋翼对雾滴分布的影响试验研究

[目的]探究植保无人机旋翼对雾滴分布的影响。[方法]将植保无人机机体分别固定在4种不同高度下,比较旋翼工作与旋翼不工作2种状态下的雾滴分布情况。[结果]旋翼降低了雾滴沉积量,但雾滴分布更加宽泛,小型旋翼无人机作业高度在2.0 m处,雾滴沉积效果最佳。[结论]该研究可为制定植保无人机操作规范提供参考。     

3D LiDAR感知的植物行信息提取方法与试验

目的 针对林间或冠层下等卫星信号严重遮挡的区域，提出一种面向农业机器人导航环境感知的低成本3D激光雷达(LiDAR)点云信息处理与植物行估计方法。方法 利用直通滤波器滤除感兴趣区域外的目标无关点；提出均值漂移聚类、扫描区域自适应的方法分割每棵植物主干，垂直投影主干点云估算中心点；利用最小二乘法拟合主干中心，估计植物行。分别在开阔地的仿真果园与水杉树林进行模拟试验与田间试验，以植物行向量与正东方夹角为指标，计算本研究提出的方法识别的植物行信息与GNSS卫星天线定位测得的植物行真值间的角度误差。结果 采用提出的3D LiDAR点云信息处理与植物行估计方法，模拟试验和田间试验对植物行识别误差平均值分别为0.79°和1.48°，最小值分别为0.12°和0.88°，最大值分别为1.49°和2.33°。结论 车载3D LiDAR能够有效估计水杉树植物行。该研究丰富了作物识别思路与方法，为无卫星信号覆盖区域的农业机器人无图导航提供了理论依据。     

基于GNSS航向微分和MEMS陀螺仪的农机轮角测量方法

【目的】设计一种农机前轮转角测量方法,代替安装复杂的连杆式轮角传感器。【方法】采用GNSS天线测量航向和速度,MEMS陀螺仪测量车身和车轮的合转动速率,计算MEMS陀螺仪与GNSS航向微分差值,获得车轮转动速率;设计自适应卡尔曼滤波器进行信息融合和校正,获得车轮转向角,并进行性能验证和田间应用试验。【结果】与连杆式轮角传感器测量结果对比,轮角测量方法的拖拉机在偏离航线2.5和1.5 m进行上线时,平均绝对误差(MAE)分别为1.13°和0.87°,均方根误差(RMSE)分别为0.90°和0.68°,上线时间分别为29.4和23.5 s;以4 km/h田间导航应用时,MAE为0.44°,RMSE为0.87°,满足拖拉机旱地作业要求。【结论】GNSS航向微分和MEMS陀螺仪轮角测量方法与连杆式轮角传感器测量性能相当,能够替代轮角传感器用于较低速农业机械导航。     

推拿治疗中老年退行性腰椎侧凸的疗效及与侧凸程度的关系

目的 分析退行性腰椎侧凸的传统推拿疗效及其与侧凸方向、Cobb角、顶椎位置等的关系。方法 中老年DLS患者按侧凸方向、Cobb角、顶椎位置分组,采用相同推拿治疗。分析性别、年龄、腰痛时间及治疗前后疼痛视觉模拟评分（VAS）、汉化Oswestry功能障碍指数（ODI）等差异,及其与Cobb角、侧凸方向和顶椎位置的关系。结果 共纳入76例患者,Cobb角（18.30±4.11）°,10°~20°组56例,>20°组20例;左侧凸44例,右侧凸32例;顶椎位置中,上腰椎31例,下腰椎45例。治疗前后Cobb角差异均无统计学意义（t=1.88,P=0.06）,VAS、ODI治疗后均减小（t=24.64、19.37,P<0.01）。Cobb角与腰痛时间具有相关性（r=0.52,P<0.01）,Cobb角、侧凸方向、顶椎位置与VAS、ODI无明显相关性。结论 推拿治疗DLS可缓解疼痛、改善功能,但不能改善Cobb角,侧凸方向、Cobb角、顶椎位置与疗效无关,疼痛时间越长则相应侧凸程度越大。     

植保无人机喷施锌锰型水稻降Cd叶面阻控剂的飞行参数研究

应用植保无人机喷施叶面阻控剂有利于提高喷施均匀度、减少劳动力成本、提升作业效率。为规范植保无人机喷施叶面阻控剂田间作业,确保作业技术效果,本研究以大疆T16植保无人机为作业机,研究了喷施"美鑫隆"锌锰型叶面阻控剂以降低水稻Cd积累的最佳飞行高度、飞行速度和喷雾剂量等参数。结果表明,喷施锌锰型叶面阻控剂最佳降镉(Cd)效果的植保无人机作业参数分别为:喷施叶面阻控剂质量分数为12%,喷头总流量为3.6 L·min~(-1),飞行高度3 m,飞行速度5 m·s~(-1)。第二年在最佳参数下喷施叶面阻控剂,黄华占和湘晚籼13号的糙米Cd含量分别比对照下降了0.24 mg·kg~(-1)和0.12 mg·kg~(-1),降Cd率分别达到52.7%和62.1%(P0.01)。     

基于太阳能的植保无人机续航提升方案

在农业领域对无人机的任务需求中,续航问题无疑是目前植保无人机所面临的重要问题之一。由于电池生产技术的瓶颈,目前植保无人机的有效作业时间大都被限制在12 min左右难以突破。太阳作为一个取之不尽用之不竭的“无源”动力得到了特别的关注,因此设计了一种基于太阳能的植保无人机续航提升方案。在六旋翼无人机平台上对方案的可行性进行实验,结果表明,安装了太阳能续航模块后的无人机相比安装前,飞行续航时间平均提升了70 s。该方案基于多轴无人机飞行平台,在无人机工作时将太阳能转化为电能为锂电池续电,从而减少锂电池在飞行时的电量消耗,增加植保无人机的有效作业时间,在一定程度上缓解了当前植保无人机的续航问题,并能够向其他基于无人机平台的应用延伸。     

一种风压转换近地风速检测装备设计与试验

【目的】针对目前相关设备风场自干扰大的问题,为更好地获取无人机(Unmanned arial vehicle,UAV)近地风场参数信息,以风压信号为基础,采用皮托管风速传感器设计一种风压转换近地风速检测装备。【方法】利用轴流风机对叶轮风速传感器和皮托管风速传感器的感应位置进行风速干扰对比试验,利用热线式标准风速仪测定干扰前后的风速变化,利用轴流风机以相同的风速检测该装备所有传感器的测量风速并记录,得到该系统的一致性。将同一风速下标准热线式风速仪的测量风速和该系统的传感器测量风速进行对比,找出皮托管风速传感器准确度较低的风速段,利用Matlab软件对风压信号–风速值进行拟合。【结果】在10.00~15.00 m·s–1风速下皮托管风速传感器对直流风速的削弱不超过1%,而叶轮传感器达到20%以上。系统所采用的30个风压变送器在风速为15.00 m·s~~(–1)时的最大绝对差异为0.96 m·s–1,最大相对差异为6.40%,变异系数为1%。以三次公式进行拟合后,误差平方和(SSE)为0.099 6,拟合优度(R2)0.96。【结论】本系统能够有效检测无人机下旋翼风速数据,且比叶轮式风速传感器网络测量系统在减少干扰方面具有明显优势,可以为研究无人机田间作业提供有效帮助。