植保无人机动态变量施药系统设计与试验

针对我国植保无人机施药系统控制方式单一,施药流量无法根据飞行参数自动调整造成的雾滴分布不均匀、重喷、漏喷等问题,设计了基于ARM架构单片机的施药控制系统,提出基于PWM(脉宽调制)的施药流量控制方法,采用多传感器融合技术,实现施药参数的实时动态监测。设计了基于LabVIEW的地面站控制软件,实现对施药系统的远程控制和作业数据存储。基于3CD-15型单旋翼无人机平台对动态变量施药系统实际作业性能及施药效果进行了测试。试验结果表明,在飞行速度为0.8~5.8 m/s时,该动态变量施药系统可实现施药流量与飞行速度自动匹配,实际流量与理论流量之间平均偏差为1.9%,实际施药作业优选飞行速度为3.91~5.10 m/s,此时有效喷幅为5 m,雾滴覆盖密度为18~41个/cm~2,变异系数为34%~75%,雾滴沉积量为42.1~52.4μg/cm~2。     

作物冠层雾滴沉积研究进展与展望

精准施药的目标是实现冠层内雾滴的全覆盖和均匀沉积。然而,作物冠层形态、郁闭度和枝叶力学参数等特征差异大,需综合靶标特征参数、器械施药能力、施药环境条件等作业工况参数,才能实现最少药液用量和最佳雾滴沉积的双重目标,从而提高药液利用率、确保防治效果、降低环境污染。雾滴沉积机理、检测与分析是精准施药参数优化与控制的决策依据,成为数字化、智能化植保作业装备技术发展的研究热点。首先分析了不同施药方式下冠层内雾滴沉积过程及辅助手段对沉积性能的影响机理,归纳了改善作物冠层内雾滴沉积的不同研究视角、方法和层次。然后从沉积性能田间试验研究、沉积机理分析与建模、雾滴沉积检测与评价、施药作业参数优化等方面重点阐述,分析了近年来冠层雾滴沉积中雾滴、枝叶、气流等交互作用研究的共性关键问题,归纳了该领域技术研究的开放性问题。最后总结了精准施药技术中作物冠层雾滴沉积相关研究面临的挑战和机遇,提出了融合多源传感技术和大数据分析及深度学习等人工智能技术,构建作物冠层雾滴运移及沉积数字孪生体,实现冠层雾滴运移沉积过程数字化描述与分析的研究建议。     

六旋翼植保无人机风场竖直分布特性数值模拟与验证

植保无人机作业过程中,旋翼风场竖直方向分布特性对雾滴的输运效应及作物冠层的扰动作用直接影响施药沉积效果。本文以六旋翼植保无人机风场竖直分布为研究对象,采用基于格子玻尔兹曼方法的数值模拟技术建立了无人机前飞作业时旋翼风场仿真模型,并根据正交试验方法研究了多特征参数融合对风场竖直分布特性的影响。仿真结果表明,竖直分布风场垂直于飞行方向对称分布,当飞行高度和飞行速度增加或作业载荷减小时,风场强度逐渐减弱;竖直分布风场沿侧风方向倾斜,侧风风速大于3m/s时,风场横向倾斜超45°。基于此,采用恒温差热敏芯片研制了微型无线风速采集系统,并开展了植保无人机风场竖直分布特性的多因素田间验证试验,试验结果表明：仿真模拟与田间试验旋翼风场竖直分布规律基本一致,相对误差较小,风场竖直分布特性具有较好的一致性;数值模拟方法可有效模拟植保无人机飞行过程的非定常流动,仿真与田间试验结果为植保无人机雾滴沉积的研究提供了理论基础。     

植保无人机变量施药监测技术研究发展与展望

植保无人机凭借其低成本、高效率、精准作业等优点,已经广泛应用在林木病虫害防治中。但是无人机的植保作业质量无法得到及时有效的评价,因此航空变量施药监测技术显得尤其重要。对植保无人机变量施药监测技术的研究现状进行梳理和总结,提出基于多信息融合的无人机变量施药监测技术,分别从无人机飞行参数监测、施药参量监测和药箱液位监测进行阐述,展望航空变量施药监测技术的发展前景,为国内外科研机构的研究与发展提供参考。     

基于液位显示功能的多旋翼植保无人机设计与雾化喷洒试验研究

植保无人机作为新型农业机械在作业效率、安全性、适用性、利用率、成本等方面与传统人工施药和地面机械施药相比具有诸多优势,而植保无人机有效喷幅的确定是精准作业的前提。以自行设计的具有液位显示功能的电动多旋翼植保无人机开展雾化喷洒试验研究,通过雾滴处理软件DepositScan对水敏纸上的雾滴进行分析,结合有效喷幅判定方法,得出电动多旋翼植保无人机的有效喷幅,为实施植保作业提供参考。     

丘陵山区果园植保机械研究现状及发展趋势

丘陵山区是我国水果生产的主要地区,病虫害防治是果品生产中重要的管理作业之一,我国丘陵山区果园植保机械化率较低,已严重制约我国果品产业进一步发展。本文对国内外丘陵山区果园新型植保机械与装备进行了综述,介绍了国外"智能喷洒、精确喷洒、选择喷洒"等先进喷雾技术和植保无人机的发展及应用,对国内丘陵山区果园植保机械的研究与发展现状进行了论述,分析了国内植保机械与国外相比存在的主要差距,并提出了未来我国丘陵山区果园植保机械发展的几点建议:研发小型轻便的、适用于丘陵山地果园的智能化植保机械;无人机的推广与使用正能有效地解决我国丘陵山区果园施药的各方面问题;学习国外先进植保技术,将精准对靶技术、机电一体化技术、变量施药技术等先进的科学技术应用于植保机械的生产及使用过程中等。     

环境风速对六旋翼无人机下洗气流和雾滴沉积影响研究

小型多旋翼植保无人机存在农药飘移、雾滴沉积不均等问题,为此本文结合RANS方程、SST k-ω湍流模型和SIMPLE算法,对耦合六旋翼植保无人机下洗气流场和喷雾雾滴的两相流场进行数值模拟计算,探析环境风速对无人机下洗气流和农药雾滴沉积的影响。机身下方空间点风速试验和模拟值相对误差在15%以内,验证了数值模型的准确性。数值模拟结果表明：植保无人机飞行作业时,来流造成无人机下洗风场出现漩涡,来流速度对机身正下方流场的影响大于其对旋翼正下方流场的影响;侧风造成无人机下洗风场出现较大漩涡,下洗风场稳定性降低;两侧旋翼正下方对称布置喷嘴提高了雾滴沉积均匀性,来流造成雾滴卷积,雾滴飘移量随着来流速度提高而增大。综合各因素,无人机喷嘴应在旋翼下方对称布置,在小型六旋翼植保无人机实际作业时,无人机作业方向需要与外界环境风向保持平行,同时在晴朗环境下施药作业,从而降低雾滴飘移,提高农药利用率。     

植保无人机智能喷洒系统的研究

随着科技的快速发展,植保无人机已经广泛应用于农业生产。现有的植保无人机喷洒方式,普遍采用相对比较粗放的作业方式,对无人机驾驶员的手动操作依赖性较高。针对这一问题,为了提升植保无人机的作业质量,对植保无人机的喷洒系统进行智能化的优化设计。植保无人机智能喷洒系统包括智能配药单元、精准喷洒单元和智能监测单元三个部分组成,并利用智能算法进行实时的优化作业,最终实现植保无人机的智能喷洒作业。     

无人机精准施药关键技术综述

无人机施药技术具有快速、高效、适应性广和操控人员安全等显著特点,近年来在我国发展迅猛,已成为一个具有中国特色的新兴产业。无人机精准施药技术针对田间作物的生长发育阶段和病虫草害状况,按需对作物喷施农药,可显著提高施药作业效率、增加农药的有效利用率,并减少对人体的危害和对环境的污染,精准施药技术得到了植保行业的高度重视。该文从无人机机体、无人机飞控导航避障技术、田间作物信息获取和航空变量施药技术方面,综述实现无人机精准施药的关键技术及其发展现状,分析目前在指导实际田间无人机精准施药过程中存在的问题,即缺乏针对具体作物和病虫害的药剂及药量配方指导、所需雾化特性参数和应有的飞行参数的系统研究,提出应将人工智能AI（Artificial Intelligence）技术有效引入无人机精准施药系统中,提高系统的自适应性和鲁棒性,使农业从业者容易操纵植保无人机精准施药系统,推动无人机精准施药技术尽快得到应用、推广和普及。      

果园施药机械资源消耗水平评价模型研究

在施药机械满足喷雾质量前提下,为降低果园施药综合成本,需要对果园施药机械资源消耗水平进行评估。本文选择典型地面风送喷雾机、单旋翼和六旋翼植保无人机进行果树施药试验,对比分析冠层雾滴沉积分布、雾滴穿透性、地面雾滴流失等主要喷雾效果指标,结果表明：3种施药机械在树冠纵向各层、横向各层雾滴沉积密度均大于25滴/cm2,能够满足果园植保要求;比较冠层雾滴分布/沉积均匀性,树冠纵向沿送风方向整体呈下降趋势,树冠横向由外到内整体呈下降趋势,变异系数最高分别达63.54%和79.19%;对比雾滴穿透性,风送喷雾机较优,纵向与横向变异系数最大为5.35%,单旋翼植保无人机横向最差,变异系数为35.20%,而六旋翼植保无人机纵向最差,变异系数达40.77%。但单旋翼和六旋翼植保无人机地面雾滴流失量分别是风送喷雾机的2.78%和12.50%,减少了农药浪费。进一步综合施水量、施药量、用工量、作业时长和作业能耗等指标,采用基于变异系数客观赋权法与主观赋权法两种线性加权方法,构建了施药装备资源消耗水平评价模型,验证结果均表明,综合资源消耗由小到大依次为单旋翼植保无人机、六旋翼植保无人机、风送喷雾机;两种评价方法的资源消耗综合评价指标值变异系数分别为110.2%和74.2%,说明基于变异系数客观赋权法的评价模型,综合指标值之间差异更明显、评价效果更符合实际。     

农机装备智能测控技术研究现状与展望

农机装备正朝着智能化方向发展,智能测控是实现智能农机的核心技术。农机装备智能测控技术以农机装备为载体,包括农机作业相关信息智能感知、精准监控和作业决策与管理等技术。目前,我国农机装备智能测控存在高端装备、核心技术国产化程度低的问题。本文从农机作业智能感知技术、农机装备精准监控技术和农机作业智能决策与管理技术等方面对国内外研究现状进行综述。阐述了作物生长信息、土壤信息和农机作业状态信息等智能感知技术的大量成果;阐述了耕深、平整地、土壤消毒、播种、植保和收获领域的农机装备精准监控技术的研究进展;阐述了农机作业智能决策与管理技术在农机作业质量监管、农机调度方面的技术突破;重点阐述了农机装备智能测控技术在土地耕整机、土壤消毒机、播种机、施肥机、植保机、收获机及农机作业管理平台的应用现状,分析了各环节待解决的问题。最后,提出了农机装备智能测控技术未来发展方向：农机装备智能测控系统化技术研究;无人农场农机自主作业关键测控技术研究;田间复杂环境农机核心部件及传感器研发;农机大数据支撑的作业决策模型研究。     

矮化密植果园喷雾机选型试验研究

为了提升林果生产机械化水平,北京市正大力推广林果矮化密植技术。为此,针对目前市场林果植保机械型号多及喷雾质量参差不齐的问题,开展了适合林果新种植模式下的植保机械选型试验研究,并选取了4种喷雾机。试验结果表明:针对果园篱壁型冠层,3种地面喷雾机在喷量为喷枪常规喷量条件下(施药量108L/6 6 7 m2),冠层雾滴分布平均密度均超过100个/cm2,对靶风送式变量喷雾机在施药量40L/(667m2)条件下,雾滴沉积平均密度达62个/cm2,植保多旋翼无人机在施药量为1L/(667m2)时,雾滴沉积平均密度达67个/cm2,均远超过20个/cm2的行业标准。因此,建议选用风量、施药量可调喷雾机或喷雾机配备不同型号喷头,以实现不同冠层密度变量施药。     

基于Web-GIS的多机协同作业远程监控平台设计

为了实现对多机协同导航作业的实时远程监控,设计了基于Web-GIS的多机协同作业远程监控平台。该平台主要包括数据收发、数据存储、数据查询、数据显示和数据分析模块。其中,数据收发模块采用Socket技术实时接收多机位置和航姿等作业信息,并可以向车载终端发送远程控制命令。数据存储模块负责将接收到的作业信息存储到相应的SQL Server数据表中。数据查询模块用于多机作业历史信息的查询,并以表格的形式将查询结果呈现在网页中。数据显示模块结合Web-GIS技术,通过与百度地图服务器进行实时交互,实现多机作业轨迹的可视化显示。数据分析模块实时分析处理多机位置和航姿信息,对各农机进行决策分析和任务调度,从而实现多机协同作业。试验结果表明：平台具有良好的稳定性,能够实时显示多机作业轨迹和作业信息,并可以实现多机任务调度,从而满足多机协同作业需求。     

农业植保无人机高精度定位系统研究与设计——基于GPS和GPRS

农业植保无人机凭借其高效率、低作业成本等特点,目前正逐步地取代人工植保,成为农业植保领域的一种重要装备。定位系统作为农业植保无人机控制系统的核心,是实现无人机自主工作和飞行的关键,也是无人机进行各项植保飞行作业的基础,研发和设计高精度的无人机定位系统是未来农业植保无人机技术进一步突破和应用的关键。为此,针对GPS定位系统在复杂环境下的稳定性差、定位精度有限、无法为农业植保无人机提供高精度稳定的定位服务的问题,提出了一种基于GPS和GPRS的混合农业植保无人机高精度定位系统的设计,通过该系统可以有效地弥补GPS在复杂环境的定位不足,提高农业植保无人机的定位精度,对进一步促进农业植保无人机技术发展具有非常重要的意义。     

农用植保旋翼无人机地面监控系统的设计与实现

植保无人机凭借其低成本、高效率、精准快速作业等优点,在农业植保领域得到快速发展,成为现代农业的一种重要装备。为了能够实时远程监控农用植保旋翼无人机的飞行状态信息,提高无人机飞行作业安全和作业质量,进行更好的飞行控制管理,设计并实现了植保旋翼无人机地面监控系统,可实现与植保无人机的远距离实时通信、监测飞行姿态、显示飞行作业轨迹和飞行控制等操作。地面监控系统采用嵌入式树莓派2作为硬件平台,2.4G无线模块实现数据收发,使用跨平台C++图形用户界面应用程序框架Qt对地面监控系统软件功能和交互界面进行开发,并制定了旋翼无人机与地面监控系统之间的数据通讯协议。该系统实际测试表明:监控系统可长时间连续稳定的工作,有效实现了对农用植保旋翼无人机实时监控与操作。     

不同植保机械施药对棉蚜防效的影响

为研究不同植保机械施药对棉蚜防治效果的影响,探索防治棉蚜的最佳植保机械.使用3种植保机械,即喷杆喷雾机、喷枪、植保无人飞机进行了棉田施药试验,以虫口减退率与校正防效为指标,考察了3种植保机械对棉蚜的防治效果.考虑到雾滴在棉花叶片上的沉积效果对棉蚜防治效果的影响,综合对比了3种植保机械在棉花叶片上的雾滴沉积效果.试验结果...     

中国精准施药技术和装备研究现状及发展建议

植物化学保护即使用植保机械喷施化学农药是当前最主要的病虫害防控方法,一直以来对保障农业生产安全与粮食有效供给起至关重要作用。能够实现按需精准施药、变量施药、人机分离与人药分离的高效、精准、智能的施药技术和装备是提高农药药效与利用率的保证,也是保障食品安全、降低农民劳动强度的重要措施,是目前国内外研究的热点。本研究对精准施药关键技术及研究现状进行了分析,对适用于不同作业场景的精准施药装备的研究现状、典型代表、应用进展等进行了分类总结,分析了目前精准施药发展中面临的挑战,并提出了对策和建议。本研究可为精准施药技术研究的推进、智能施药装备的研发和现代化农业的发展提供参考和思路。     

基于CAN总线的旋翼无人机喷洒模拟系统

设计了一套高精度、高可控性的无人机喷洒模拟平台,并进行了试验验证。该系统机械部分采用直线导轨结合伺服电机,最大承载质量50 kg,控制部分采用MFC设计上位机控制软件,与主控板STM32通过串口进行通讯,实现对水平和垂直2个方向上伺服电机的控制,同时采用CAN总线与喷洒控制器通讯和远程操控,可以实现喷洒流量控制以及旋翼风速控制。为评价系统运行精度,采用激光测距仪分别对系统在水平运动速度0.05、0.10、0.15、0.20 m/s下和垂直运动速度0.01、0.02、0.03、0.04 m/s下的控制距离进行距离测量,结果显示,垂直和水平方向上,控制参数与实际行程决定系数R2=1,水平与垂直重复精度优于2 mm,系统控制精度高;采用振动测试仪对系统在0.05、0.10、0.15 m/s运行速度下进行测试,通过分析振动数据,在不同运动速度下系统振动均不超过20 m/s2,其中X向和Y向在运行中存在较为稳定的4~5 m/s2的加速度,系统运行稳定。本系统可以有效降低喷洒试验载具成本,降低试验风险。     

基于5G的无人机图传及在植保无人机的应用展望

5G技术与无人机图传的结合,有助于提高图传的画质和传输速率,推进无人机在多个行业的深入应用,并且运用在植保无人机上,还能促进植保无人机对靶喷洒技术的发展.通过梳理无人机图传的几种方式,分析5G无人机图传的优势,综述国内外5G无人机图传和植保无人机对靶喷洒的研究现状,指出5G信号不稳定、图传系统功能单一、5G无人机图传在...