农用无人机避障技术的应用现状及展望

随着中国农业现代化稳步推进,农业生产对农业机械的需求日益增长,农用无人机因其广泛适用于地面机械难以耕作的农业区域,在实践推广应用中已表现出明显特点和优势。随着精准农业航空技术的进一步发展,实现障碍物的自主识别与实时避障是农用无人机智能化发展的必然趋势之一。然而,农田作业环境复杂、障碍物类型多变,实现农用无人机的实时避障仍任重道远。为提高航空植保作业的安全性,对农田环境中的障碍物进行了分类,并提出了作业视场的避障分区及各区避障策略。通过对比分析国内外农用无人机避障技术的应用现状及各类避障传感器,并剖析中国农用无人机避障问题中存在的不足,展望未来农用无人机避障技术的研究方向和研究热点。该文可为中国农用无人机避障技术的有序发展提供参考。     

农业植保无人机的现状及产业发展探究

近年来,我国社会经济的发展与综合国力的提升极大地促进了农业的快速发展,农业植保领域开始广泛应用各种先进技术,如无人机等。无人机在农业植保领域具有很强的应用势头,但其应用涉及多方面。基于此,为促进植保无人机的应用,分析农业植保无人机的作用、面临的问题,提出了无人机在农业植保产业中的发展思路,以提高农业植保技术水平,促进农业产业化发展。     

基于文献计量学的2001－2020全球农用无人机研究进展

在数字农业时代下,无人机或将成为推动农业数字化的一大关键。为了宏观掌握农用无人机的发展动态,了解农用无人机在国内外的研究前沿和应用热点,该研究基于Web of Science核心论文集、Derwent Innovations Index德温特创新索引数据库等5个数据源,采用数理统计及文献计量法对2001－2020年累计20年间农用无人机领域内发布的期刊论文及发明专利进行分析。分析结果显示,农用无人机从2014年起研究进展驶入高速,2016－2018年达到高热期,2020年农用无人机论文产出达1 232篇,专利达1 970件;中国、美国是农用无人机现阶段的主要研究国家,两者累计论文发表量超过总统计数量的45%,中国占21.43%,美国占24.60%,特别地,专利数量中国约占总数的83.41%,西班牙最早奠定了农用无人机的研究理论基础,其中,中美机构间、欧洲各国机构间研究合作联系较为密切;农用无人机论文的学科领域主要涉及遥感和环境科学,分别占论文总量的30.22%和24.79%,专利的技术领域主要涉及释放物质用飞行器、特殊用途飞行器及液体喷施设备,分别占专利总量的30.03%、23.66%和21.01%,具体研究内容分为农用无人机的平台搭建及农业应用两方面,农业应用包含农业信息采集及农业物料释放两类场景;目前的研究前沿为农业大数据挖掘及农业数字模型搭建,实际应用重心向低空遥感喷施、能源续航倾斜。综上,农用无人机仍处于活跃的发展状态,应用场景日趋丰富,纵向发展稍有阻滞,未来可能会在畜牧业和渔业上挖掘到崭新的研究应用方向。     

植保无人机在农田病虫害防治中的应用探究

在农作物生产过程中经常会出现一些病害问题,且病害种类较多,如果使用常规农药喷洒方式容易对土壤产生影响。基于此,对植保无人机在农田病虫害防治中的应用优势进行总结,并从加大政策扶持力度、政府主导与企业推广相结合、完善无人机推广模式、主管部门制定合理的行业标准等方面论述了植保无人机有效应用于农田病虫害防治中的具体措施。     

植保无人机旋翼风场模型与雾滴运动机理研究进展

近几年,植保无人机施药技术在中国获得广泛应用,并逐渐发展为国内主要植保技术之一。但由于对植保无人机施药技术基础理论研究不够深入,相关机理尚不明晰,且植保无人机作业平台的稳定性依然有待提高,导致国内植保无人机施药效果不够理想。深入研究植保无人机施药技术的基础理论,理论结合试验结果共同指导植保无人机田间施药是提高其施药效果的关键。该研究综述了植保无人机旋翼风场分布特性、雾滴与无人机旋翼风场交互机理、雾滴沉降与飘移机理、雾滴与叶片表面的交互作用机理及雾滴分散和蒸发特性等植保无人机施药技术基础理论及其模型构建的国内外研究现状,并结合其基础理论与模型构建的国内外研究现状,给出植保无人机施药技术的未来发展建议,以期为植保无人机施药技术的发展提供参考。     

植保无人机发展现状及未来展望

随着现代农业不断的推进,传统农业技术手段已经无法满足现代农业发展的需要,而植保无人机作为重要的航空工具,在农业领域的应用,对于实现我国农业的可持续发展发挥着重要的作用。虽然植保无人机取得了一定的成效,但仍然存在诸多方面的问题有待解决。基于此,概括了植保无人机的发展现状,同时论述了其存在的问题,并重点对植保无人机的未来发展做出了展望。     

植保无人机发展简况及应用

简要回顾了国内外植保无人机的发展过程,介绍了植保无人机的主要种类、性能及推广使用情况;分析了目前植保无人机在实际使用中存在的问题,针对植保无人机的优点和不足,为有效使用和推广植保无人机提出了建议;在加强产学研合作、科技创新及实际应用需求等方面,对植保无人机的发展进行了展望。     

基于R树空间索引的植保无人机与植保作业匹配算法

为了充分保障植保作业的科学分配和植保无人机资源的合理配置,设计了一套高效的植保无人机植保作业匹配算法,为用户提供无人机与植保作业的快速匹配。为适应植保作业的并发性、时效性和准确性要求高的特点,该算法基于R树空间索引技术设计,实现了植保作业的区域查询功能与智能化无人机植保作业推荐功能。无人机植保作业匹配算法允许用户在地图上搜索任意矩形范围内的植保作业,也可以根据植保无人机用户当前位置和用户偏好推荐最佳的植保作业。该文在植保无人机作业匹配算法基础之上实现了植保无人机租赁与智能化调度系统,系统测试与分析表明,基于R树的无人机植保作业匹配算法具有较高的灵活性、准确性、高效性和动态性等优势,单次R树查询服务器响应时间低于1 ms,能够实现高效且精确合理的植保作业查询与匹配。     

植保无人机低空低量施药雾滴沉积飘移分布立体测试方法

随着植保无人机在中国的广泛使用,植保无人机的沉积分布均匀性与雾滴飘移流失也引起各方面的重视。目前,针对植保无人机施药雾滴沉积飘移的测试方法较少,且着重于从沉积或飘移中某一方面分析植保无人机雾滴沉积飘移规律,未对作业中全方位的雾滴的沉积飘失规律进行系统测试。该文基于国际标准ISO22866和ISO24253建了1套针对低空低量植保无人机的立体测试方法,分别在地面布置沉积和飘移收集器,在空中架设立体沉积和空中飘移收集器,结合航拍影像所获取的植保无人机准确作业参数,对4个型号植保无人机分别搭载德国Lechler公司的IDK120-015和TR80-0067喷头进行了测试,系统分析了无人机周边的总沉积以验证方法准确性,计算了总地面沉降以表征可利用部分和空中耗散以评估环境风险。结果表明,各植保无人机地面沉积率在53.6%~76.6%,地面飘移率最高17.4%,空中飘移率可高达14.7%;该测试系统可收集62.4%~101.7%无人机喷洒出的雾滴。测试的4种植保无人机在搭载IDK喷头后均明显降低了雾滴飘移,但也同时降低地面沉积率;各植保无人机在搭载2种喷头时沉积规律不同,不同植保无人机设计需要选择不同喷头。该测试方法能够有效的收集并分析植保无人机在作业区域的雾滴立体分布状态,可为植保无人机综合评估提供新的参考依据。     

植保无人机在玉米病虫害防治中的应用与推广

植保无人机具有灵活多变、高效安全等特点,在防治玉米病虫害上被广泛运用。基于此,对植保无人机应用于防治玉米病虫害的优势及目前应用中存在的问题加以分析,以此提出相关改进措施,从而确保植保无人机可以更好地应用于玉米病虫害防治中,提高对玉米病虫害的防治水平。     

植保无人机施药喷嘴的发展现状及其施药决策

农药的低利用率是影响农业生态环境和农产品品质安全的重要原因之一,优化农药喷施技术是提高农药利用率的有效手段。无人机植保喷施作业作为航空施药领域的重要组成部分,因其应对突发灾害能力强、不受作业地点限制等优势,具有巨大的发展潜力。喷嘴作为植保无人机喷施系统中的关键部件,主要分为液力雾化喷嘴和离心雾化喷嘴两大类,良好的喷嘴性能能够大大提升航空施药喷洒的均匀性,提高农药的利用效率。该文总结了各类植保无人机常用喷嘴的原理、特点以及应用场合,提出了喷嘴性能评价指标并总结了三大类常用的雾滴粒径、沉积量、分布、速度等指标的测量手段,包括雾滴收集方法,雾滴沉积量测试方法以及仪器测量法。最后,针对目前无人机施药缺乏专业的指导,农药喷施效果有待提升的现状,该文提出合理的施药决策是结合靶标作物、喷药需求以及喷施环境三方面因素共同作用的结果,并从喷嘴喷雾角、防堵塞性、喷嘴压力与流量以及最佳作业粒径4个方面分析了喷嘴选型的思路,从专业喷嘴选型决策系统的建立以及无人机植保专用喷嘴的研发两方面对今后的研究进行展望。     

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。     

“农业航空工程”专题导读

2017年4月22—24日,“国际工程科技发展战略高端论坛—农业航空技术”在北京召开,农业部农机化司李伟国司长在致辞中指出：农业航空技术是新兴的高端农业机械化技术,在现代农业生产中特别是航化作业、病虫害防治等方面发挥了越来越重要的作用。为全面、深入地了解中国农业航空行业的发展现状和趋势,反映行业面临的困难和问题,本刊特策划“农业航空工程”专题,共刊发8篇相关研究成果报道。兰玉彬院士团队的研究综合分析了植保无人机旋翼风场分布特性、雾滴与无人机旋翼风场交互机理、雾滴沉降与飘移机理、雾滴与叶片表面的交互机理及雾滴分散和蒸发特性等国内外研究现状,并给出植保无人机施药技术的未来发展建议,对优化植保无人机结构、科学应用植保无人机、提高农药利用率、减少环境污染具有重要意义。杨宁等采用无人机获取了内蒙古河套灌区沙壕渠灌域内试验地的无人机多光谱遥感图像数据及不同深度的土壤盐分数据,使用3种光谱指数筛选方法,对比3种建模方法,模拟3个深度土层的土壤盐分分布,比较了传统光谱指数及引入红边波段的改进光谱指数在盐渍化建模方面的潜力,具有创新性和一定的学术价值。陈锋军等针对云杉计数问题给出了较为完整的基于航拍和机器视觉的解决方案,对YOLOv3的网络结构进行了有益探索和改进,解决了YOLOv3模型小样本训练过拟合问题和云杉特征丢失问题,提升了云杉计数的准确率,具有重要的研究意义和实用价值。王玉娜、陈晓凯等基于低空无人机平台和成像光谱仪获取陕西关中地区拔节期冬小麦高光谱影像,将无人机高光谱遥感应用于冬小麦氮素营养监测和叶面积指数估算,对降低监测成本、增强时效特性等具有一定新意和重要意义。陈日强等利用无人机载激光雷达采集苹果园的果树单木冠层信息,并评价空间分辨率对于果树单木树冠检测与提取的影响,具有一定的学术价值和实用性,对精准果园管理生产具有重要意义。杜蒙蒙等提出了一种基于多旋翼无人机与激光测距技术的农田地形测绘方法,在多旋翼无人机测绘平台上搭载激光测距模块与后处理动态差分全球定位系统设备获取激光测距值序列、PPK-GPS三维定位数据以及无人机的飞行姿态数据,综合激光测距、GPS数据进行高程测量,对农田微地形测量具有很好的实用价值。孔繁昌等以东北地区粳稻稻瘟病高光谱识别诊断为选题,运用多旋翼无人机载高光谱遥感技术获取健康、轻度、中度和重度等级水稻穗茎的冠层指数,利用随机森林的方法对光谱预处理变换数据、光谱曲线特征提取参数、植被指数组合进行建模,填补了无人机高光谱遥感监测大田穗颈瘟病和实验室穗颈瘟病光谱理论研究之间的研究空白。本专题集中刊发的8 篇系列文章,分别来自华南农业大学、沈阳农业大学、西北农林科技大学、北京林业大学、河南理工大学、河南科技大学、东北农业大学等机构,源于国家自然科学基金、国家重点研发计划项目、广东省重点领域研发计划项目、广东省引进领军人才项目、中央高校基本科研业务项目、河南省高等学校重点科研计划项目等的研究成果,从理论综述、机理模型到实用技术,具有创新性、重要性、实用性等特点,对促进国内航空植保事业发展、农业航空技术全面推广应用、明确航空植保施药发展方向和未来智慧农业的发展与实现具有重要的理论和现实意义。     

国外农业航空静电喷雾技术研究进展与借鉴

农业航空静电喷雾技术作为中国发展精准农业航空应用技术的内容之一,对农药的有效利用和减少环境污染有积极意义。农业航空静电喷雾技术在国外发展较早也相对成熟,美国已有应用于有人机的商业化产品,并在美国、巴西等国各类粮食作物、经济作物和杂草防治作业中开展了大规模田间应用。该研究首先从基础研究、田间应用和优化工作等方面梳理了国外农业航空静电喷雾技术的研究进展,分析了农业航空静电喷雾技术在增加雾滴沉积、减少飘移和具备低施药液量等方面的优势。在此基础上结合中国植保无人机快速发展的实际对研究和应用适合中国国情的农业航空静电喷雾技术进行思考,提出了农业航空静电喷雾技术的研究路线,最后从采用接触式等非感应式充电方式、开发农业航空静电喷雾的测量技术,以及思考荷质比作为衡量指标的意义等方面探讨了可进行深入研究的方向。中国农业航空静电喷雾技术研究特别在植保无人机静电喷雾技术方面的研究与应用有很大的发展空间,可参考国外经验,围绕航空静电喷雾技术的基础性研究、田间试验、成果转化、示范推广和服务指导全方面制定发展规划,把单一强调对雾滴带电的实现转向对技术系统的整体研究。     

植保航空喷药技术在柑橘木虱统防统治中的应用效果分析

2016年,柳州市首次引进植保无人机及有人驾驶直升机采用专业化统防统治的模式大面积开展植保航空喷药技术在柑橘木虱统防统治中的应用,示范面积1 500 hm2次,结果表明:植保无人机防效平均在90%以上,超过背负式动力喷雾机,有人驾驶直升机防治效果略低于背负式动力喷雾机。植保航空喷药具有作业效率高、防治效果好、劳动强度低、对作物安全的特点,在柑橘集中成片的种植区,植保航空喷药技术适宜大面积推广。     

无人机技术在精准林业中的应用与挑战

森林是陆地生态系统的主体和国家生态安全的保障。随着信息化技术的发展,无人机作为智能化装备的代表,在森林精准调查、设计和管理等方面发挥了关键作用。近年来,随着精准林业的发展以及无人机技术的应用,如何有效协同无人机技术和林业发展需求,实现森林质量精准提升和可持续发展,成为林业研究的重点和热点问题。该文从林业无人机系统及关键技术、研究现状、应用进展以及挑战等方面对近年无人机技术在精准林业中的应用进行阐述,重点探讨了无人机技术在森林资源调查监测、病虫害预警、火灾防控、林业植保、林业管理与执法等方面的应用,并分析了无人机技术在精准林业中面临的机遇和挑战,以期为无人机技术助力精准林业发展提供有益参考。     

植保无人机在蔗田化学除草上的应用效果探索

甘蔗是我国重要的经济作物,在国民经济中具有重要作用。甘蔗作为重要的糖料作物,当前的种植规模也较大,为提高甘蔗种植水平,利用无人机开展蔗田杂草防除工作具有重要的现实意义。对植保无人机的具体应用情况进行研究,探讨在蔗田杂草化学防治过程中,植保无人机的施药安全性及不同化学药剂的除草效果,掌握植保无人机在蔗田化学除草过程中的化学药剂,为植保无人机在甘蔗田除草作业中的有效应用奠定基础。     

无人机在江汉平原冬油菜生产中的应用现状及展望

油菜无人机飞播技术是一种随着无人机产业蓬勃发展而兴起的播种技术,它以农用无人机为作业平台完成油菜籽播种任务,具有省时、省工、成本低、效率高和智能化的特点,同时具备田间信息获取、完成追肥和打药任务等功能,能够与其他智能装备互联互通,真正实现农业现代化生产.江汉平原作为湖北省冬油菜主产区,无人机已广泛应用在其冬油菜生产中,...     

农业植保机械技术应用现状及对策探究

农业机械化作为农业现代化的特征之一,是发展现代化农业的必然要求,但是我国的农业植保机械技术和发达国家相比较为落后。基于此,分析我国农业植保机械技术的应用现状和发展中存在的问题,提出加强农业植保机械技术应用效果的相关措施。     

植保工作适应农业结构调整的措施探究

开展有效的植保工作,可以保证植保工作与农业结构调整之间的适应性,从而促进农业种植的健康发展,保证农民的经济收入,对推动农业经济的可持续性发展具有重要的现实意义。在这一过程中,需要重视植保工作面临的主要问题,要认识到植保工作对农业生产的重要性,提出促进植保工作与农业生产结构调整之间适应的对策,才能够为农业生产提供有效的技术保障。