我国植保无人机的应用前景

针对植保无人机迅速发展的新形势,分析植保无人机在农业领域的应用优势、发展应用所面临的问题,探讨我国植保无人机的发展应用前景。     

农用遥控飞行植保机发展现状及展望

近年来,利用无人驾驶飞行植保机进行施肥、施药等大田作业技术得到了推广与应用。这项技术具有低作业成本、高作业效率、地形适应性强的特点,能够节约资源和保护环境,非常适合江苏省农业现状和农业科技创新发展的需要。但在推广农用遥控飞行植保机过程中也遇到一些问题。本文介绍了农用遥控飞行植保机发展现状,并对江苏农用遥控飞行植保机推广应用提出建议。     

植保无人机旋翼下洗气流对喷幅的影响研究

基于XV-2植保无人机,利用流体仿真,探究了该无人机旋翼下洗气流的速度分布特性。在此基础上,分析了在下洗气流影响下的雾滴运动方式,并进行实地测试。仿真分析说明:旋翼下洗气流从中心向外的流速差使流场从上向下有向外的铺展效应,使得喷幅增大,且喷幅与飞行高度成正比;旋翼外沿的卷扬气流使得喷幅范围内的雾滴沉积数出现2个峰值。试验结果表明:当飞行高度为6 m时,有效喷幅为10 m;飞行高度8 m时,有效喷幅为12 m。2种飞行高度下的雾滴分布均匀性基本一致。试验结果与仿真结果基本一致。研究结果可为无人机喷雾系统设计和航空植保作业参数的选择提供参考依据。     

遗传算法在植保无人机控制系统中的应用

以无人机飞行控制系统为研究对象,通过对植保无人机的应用进行分析,提出一种双闭环控制方式的植保无人机飞行控制系统。由于作业需求,植保无人机飞行轨迹应根据作业状态进行不断调整,有效避开飞行航线中的障碍物,因此控制系统中兼容一种基于遗传算法的植保无人机飞行避障算法。仿真实验表明：植保无人机在飞行过程中能够有效进行单障碍及多障碍的规避,避障过程存在较小的误差,不会对植保无人机的作业状态产生影响;不同飞行速度对无人机的避障会产生不同程度的误差影响,速度越高,误差越大。     

基于Porous模型的多旋翼植保无人机下洗气流分布研究

植保无人机进行果树施药时,果树冠层周围及内部的下洗气流时空分布对雾滴的附着和分布有重大影响,为明确无人机下洗气流时空分布规律,针对六旋翼植保无人机,结合RANS方程、RNG k-ε湍流模型、Porous模型、滑移网格技术及SIMPLE算法,建立了六旋翼植保无人机悬停施药下洗气流时空分布的三维CFD模型。数值模拟结果表明:无果树时,旋翼下洗气流近似呈圆柱形向下发展,到达地面后形成地面铺展,在旋翼正下方0. 6～1. 7 m区域内出现速度范围为3. 0～4. 0 m/s的Z方向(竖直向下)速度稳定区;有果树时,冠层对旋翼下洗气流有明显的阻挡作用,不再出现Z方向速度稳定区。以本文模拟的3棵果树为例,Ⅰ号果树冠层周围气流从冠层上半部区域开始呈圆锥形向下发展,以一倾斜角发展到地面形成小范围地面铺展,地面铺展末端出现近地面卷扬,Ⅱ、Ⅲ号果树冠层周围气流卷扬严重,在计算区域内无明显地面铺展;旋翼中心正下方Z方向速度最大接近8 m/s,随着冠层压力损失系数的增大,旋翼中心正下方Z方向速度衰减加快,同时旋翼气流向四周产生扩散;计算冠层内部Z方向最大速度衰减比发现,除Ⅲ号果树冠层下半部,无果树和Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号果树冠层内部Z方向最大速度衰减比依次增大。试验表明,无果树时旋翼正下方0. 3、0. 8、1. 3、1. 8 m处和近地面2. 3 m处试验值与模拟值的相对误差分别在10%以内和不大于25%,总体拟合优度0. 984 6,数值模拟准确;试验果树与模拟果树冠层内部的气流速度分布规律具有很好的一致性。     

不同飞行参数下八旋翼植保无人机下洗气流场对雾滴沉积分布特性的影响

近年来,应用植保无人机防治农业有害生物已成为中国植保机械发展的一大新亮点。无人机旋翼提供飞行升力的同时具有下洗气流场,低空低量施药作业雾滴沉积分布质量优劣与旋翼下洗气流场的作用密不可分。为探究植保无人机旋翼下洗气流场对喷雾效果的影响,本研究以当前植保无人机主流机型——“X型”布局八旋翼无人机为研究对象,采用实际作业测试方式,利用微气象测量系统测定无人机飞行状态下旋翼下方不同水平位置下洗气流场风速,同时采用诱惑红示踪剂水溶液代替农药喷雾获取喷雾沉积分布情况,重点对下洗气流场分布实测结果进行可视化分析,包括不同飞行高度、不同速度下旋翼下洗气流场分布特性与雾滴沉积分布特性以及二者的相互关系。测试结果显示：八旋翼植保无人机飞行过程中随着飞行速度加快（1.0~6.0 m/s）和飞行高度升高（1~2 m）,冠层位置X、Y、Z三向下洗气流场总体表现为气流强度由强到弱、分布状态由集中到分散的变化趋势;X方向气流来源于下洗气流与外界空气相互作用产生的卷扬气流,对喷施雾滴的作用为逆飞行方向;Y方向为下洗卷扬气流以及地面效应共同作用的结果,对雾滴的作用为垂直于航线朝向两侧;Z方向为下洗气流竖直向下方向分量,对雾滴下降沉积具有直接促进作用;飞行速度与下洗气流场范围内风速峰值（P＜0.05,r=-0.836）和有效喷幅内平均沉积量（P＜0.05,r=-0.833）均表现出显著负相关;在飞行速度为1.0 m/s和3.0 m/s时,雾滴沉积量与下洗气流场风速均呈现极显著正相关关系（P＜0.01,r＞0）,即垂直地面方向的下洗气流场越强,有效喷幅内沉积的雾滴越多;速度加快至6.0 m/s,风速显著降低,气流场对雾滴沉积的促进作用逐步消失（P＞0.05）。因此,植保无人机作业时飞行速度不应设置超过6.0 m/s,避免因下洗气流场作用减弱而导致雾滴损失。本研究结果可为改善低空低量施药作业质量和无人机田间作业规范的制定提供技术参考和支撑。     

基于植保无人机近地面施药技术的研究

针对传统人工背负式农药喷洒技术落后、药物危害大、药液雾化不均匀、劳动强度大、效率低,不能满足山丘、盆地等特殊农耕地快速精准施药要求等问题,课题组设计了一款简易植保无人机,并进行了经典PID控制及模糊PID控制的无人机变载荷飞行姿态控制实验。实验结果表明,基于模糊PID控制的植保无人机在变载荷飞行条件下,通过参数调节可以保持姿态角的基本稳定、维持无人机与作物之间的近地面距离;通过进行植保作业实地测试,植保无人机没有出现漏喷、重喷等现象,且飞行稳定,飞行与喷洒效果达到了预期目标。     

基于多速率卡尔曼滤波的植保无人机仿地飞行方法

针对四旋翼植保无人机坡地适应性差、作业时定高精度低的问题,提出了一种融合立体视觉、气压计及惯性测量单元(IMU)的多速率卡尔曼滤波估计无人机高度的仿地飞行方法。首先基于无人机实时高度、姿态与最佳视觉检测区域之间的关系,提出了视觉检测区域自适应算法;然后融合多传感器信息建立多速率卡尔曼滤波模型用以估计无人机对地高度;最后通过自主飞行实验对无人机高度估计算法与仿地飞行方法进行验证。实验结果表明,当飞行高度为2 m,飞行速度为1、2、3 m/s时,植保无人机在平坦地面与15°缓坡区域均可实现高度估计平均绝对误差小于20 mm,高度估计标准差小于30 mm;高度控制平均绝对误差小于30 mm,高度控制标准差小于30 mm;本文验证了植保无人机在地形变化场景下仿地飞行的有效性,为植保无人机在复杂地形自动化作业奠定了基础。     

遥控飞行植保机安全技术“大阅兵”

<正>当今世界正在进行着绿色农业、有机农业、精准农业的技术革命,还将实施更先进的数字农业。随着近年来农业现代化进程的不断推进,农业无人遥控飞行植保机械已越来越多地应用到实际的农业生产中,飞行植保作业的优势正不断地显现出来。其不论是从节约劳动力,减少水、药消耗,还是高效的作业效率等方面,都是其他机械和人力无法替代的。然而,国内外无人机干扰航班、农用飞机坠落民房等安全事件也屡见报道,作业环境、作业人员和飞行器的安全事故也多有发生,遥控飞行植保机的安全技术问题备受关注。     

遥控飞行植保机械化技术的对比验证分析

农业病虫害防治是农业生产的重点内容,其中的植保作业是技术含量高、用工多、劳动强度大、风险控制难的环节。大力推广遥控飞行器植保作业新技术,逐步提高农业病虫害的防控水平,是广东省近年来农机推广工作的重中之重。本文对遥控飞行器与机动喷雾器和背负式喷雾器的进行对比试验,结果表明遥控飞行器植保作业的技术比较先进,效率十分显著、作业成本也较低,达到省工、省时、节省费用的目的。     

小型植保无人机下洗气流场影响雾滴运动特性规律研究

为了研究小型无人机下洗气流场对雾滴运动特性的影响规律,以小型无人机为基础,采用Navier-Stokes(N-S)方程、realizable k-ε模型和Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations算法,对施药过程中的下洗气流场和雾滴离散运动进行了详细的数值模拟分析。研究分析无人机下洗气流的速度特性、雾滴沉积特性以及作业高度对农药沉积效果的影响。通过试验结果可知,模拟值与试验值的相对误差在20%以内,验证了下洗气流场数值模型的可行性。进一步模拟分析结果表明,在无人机喷药平台的影响下,下洗气流场在距离旋翼1 m处达到速度峰值。随着作业高度的增加,雾滴逐渐分散并扩散。雾滴主要分布在两个“气流引入区”和两个“气流导出区”,该分布特征有助于优化施药效果和提高农药的使用效率。根据分析结果,当无人机飞行作业姿态与地表保持平行,且将作业高度调整至0.8～1.0 m之间时,可显著提高农药沉积量,从而提高植保无人机的施药效果。本研究验证了下洗气流场数值模型的可行性,为小型植保无人机的对靶雾滴漂移及沉积研究提供了参考依据。     

便携式植保无人机自主控制模式飞行精度检测系统研究

【目的】提高植保无人机自主控制模式飞行精度的检测能力。【方法】以植保无人机为研究对象,根据NY/T 3213—2018标准要求,提炼出便携式植保无人机自主控制模式飞行精度检测系统性能指标,运用RTK（实时动态）载波相位差分技术原理,搭建便携式植保无人机飞行精度检测系统。系统硬件由基准站（XRTK4）、RTK采集器、数据接收器和测试电脑组成,系统软件设计考虑了软件的模块化、松散耦合、高内聚、易于使用、代码可维护性等原则,整个系统能力框架包含了Mesh网络调试管理模块、设备管理模块、测试任务管理模块、用户管理模块等。检测系统搭建后以3WWDZ-15.2A型农业无人机为测试样机,进行自主控制模式飞行精度试验,对检测系统进行校验。【结果】该检测系统符合标准飞行轨迹检测系统性能指标的要求,可以保证检测系统测量的准确性和精度,测试样机符合NY/T 3213—2018《植保无人飞机质量评价技术规范》要求的自主控制模式飞行精度试验项目。【结论】该检测系统可以提升植保无人机检验检测技术水平,确保植保无人机产品的质量安全,从而提高植保无人机产品综合性能,更好地促进植保无人机产业发展。     

植保无人机下洗气流对作物冠层作用规律研究

植保无人机作业过程中,旋翼下洗气流不仅会对雾滴沉积效果产生影响,还会对作物冠层产生扰动作用.揭示冠层扰动区域的特点,有助于理解无人机作业特征,可为优化雾滴沉积效果和施药系统提供理论依据.本文通过航拍方法和机器视觉技术研究了无人机下洗气流对作物冠层的影响.结果表明:单旋翼和多旋翼无人机下洗气流所引起的作物冠层扰动区域特征...     

基于高度融合的植保无人机仿地飞行方法研究

多旋翼植保无人机在坡地作业过程中一般作业于作物上方1.5~3 m的近地空中,需要保持稳定的仿地飞行才能保障无人机的安全飞行和喷洒均匀性。提出了一种仿地飞行方法,通过前置毫米波雷达进行坡度判断,在坡度起伏较小时,将差分GPS高度与对地毫米波雷达高度进行卡尔曼滤波融合以提高精度,在坡度变化超出阈值时,将前置毫米波雷达与对地毫米波雷达的高度进行多雷达高度信息融合以提高响应速度,最后采用模糊PID控制算法控制无人机高度。通过仿真和实地飞行测试,实现了植保无人机坡地仿地飞行高度误差小于40 cm的目的,保证了无人机的环境适应能力和喷洒均匀性,为植保无人机在不同地形下的全自动作业奠定了基础。     

农业植保多旋翼无人机飞行控制系统设计

【目的】为了确保农业植保无人机能够在合适的位置喷洒农药,提高控制精度、作业效率并降低成本,有必要对多旋翼无人机的飞行控制系统进行优化设计。【方法】本研究团队以STM32F428IGT6芯片为核心,设计了农业植保多旋翼无人机飞行控制系统。首先概述了无人机飞行控制系统的整体架构,该飞控系统由主控系统、惯性测量单元、喷洒系统、空速测量系统等构成。其次,详细分析了无人机飞行控制系统的电源供电系统设计、通信设计、传感器选择、喷洒系统设计等硬件设计。最后,阐述了无人机飞行控制系统的算法设计,主要包括无人机姿态解算和PID控制算法,并介绍了该系统应用优势。【结果】该系统各模块之间执行SPI和CAN总线协议,可以将传感器实时采集的高度、速度、偏航角等参数传输到主控系统中,利用MCU芯片完成参数的分析处理,在此基础上发出新的调控指令,让多旋翼无人机沿着既定航线飞行,在到达特定位置后启动喷洒系统并完成喷药作业。【结论】该系统能让无人机在合适位置喷洒农药,达到远程控制、自动作业的效果,提高了植保作业效率,有利于促进现代农业机械化高质量发展。     

基于网络安全理念的智能植保机设计研究

以植保无人机通信网络安全为研究对象,通过对植保无人机总体应用技术及无人机通信系统进行分析,分析了无人机通信网络安全的影响因素,并提出一种通过飞行轨迹进行安全预测、通信网络中注入噪音以及协作多点通信方式的网络通信优化措施。仿真实验表明:该优化措施能够有效地保障植保无人机在作业过程中通信数据传输安全性,具有一定的推广价值。     

遥控飞行植保机安全作业有关建议

一、当前农用遥控飞行植保机械技术水平及应用状况 众所周知,随着近年来农业现代化进程的不断推进,农业无人遥控飞行植保机械已越来越多地应用到实际的农业生产中,航空植保作业的优势正不断地显现出来。不论是从节约劳动力,减少水、药消耗,还是高效的作业效率等方面,都是其他机械和人力无法替代的。     

农用遥控飞行植保机的试验与分析

正为了考核农用遥控飞行植保机在农田作业的适用性、可靠性、安全性和经济性,2015年河南省农机推广站按照农业部农机推广总站《关于开展农业机械化技术验证工作试点的通知》要求,选定了试点,制定了《遥控飞行植保技术验证方案》,选择国内有代表性的电动、油动及带自动巡航的3种机型4种型号的农用遥控飞行植保机,在河南省舞阳县东红农机专业合作社的玉米、大豆地块进行了田间作业测试及大面积跟踪调查,性能测试面积380     

动力伞植保机

正1动力伞发展及应用动力伞是一种有动力装置的最容易掌握的可控飞行载人飞行器。动力伞飞行原本是一项集技能、体能、智能于一体的时尚体育运动,现拓展的用途主要有:航空表演、飞行体验、航空摄影、电力架线、空中观光旅游、空中广告宣传、野外营救、巡线与侦察、森林防火、娱乐休闲,以及近几年在农林领域发展与推广的动力伞植保等等。动力伞,顾名思义就是在滑翔伞上加配了动力装置。