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。     

秀洲区推动植保无人机规模化应用

正近日,在浙江省嘉兴市秀洲区新塍镇火炬花苑西侧的农田里,一位农民使用遥控器隔空操作一台植保无人机,随着机器翅膀"嗡嗡"一阵声响,无人机按照设定路线在空中缓慢盘旋,随后以"之"字形飞行,通过螺旋桨带动气流,将农药均匀地喷洒在农作物页面上,相比传统人工喷雾效果更佳。据介绍,这是一架新型智能植保无人机,直径超过1米,空载重量18公斤,起飞高度在麦田上方2至3米。智能植保无人机可用于农林植物保护作业,通过地面遥控或自动导航飞行,根据测量数据自主完成喷洒作业,每小时作业可达60亩,每亩喷洒药量只需800毫升。测算数据显示,     

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。     

植保无人机作业技术

植保无人机,是用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机,由飞行平台(固定翼、直升机、多轴飞行器)、导航飞控、喷洒机构三部分组成,通过地面遥控或导航飞控,来实现喷洒作业,可以喷洒药剂、粉剂等。随着土地流转规模的扩大和现代务农人员的转行,科学合理高效地做好农业植保,利用无人机应用于农业植保提高植保效率已成为趋势所在。     

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。     

助剂影响大载荷植保无人机喷洒沉积特性的试验研究

为了研究助剂对大载荷植保无人机喷雾沉积分布均匀性、雾滴抗飘移性和抗蒸发性的影响,通过添加5种喷雾助剂改变液滴的表面张力,并利用热线风速仪测量了FR-200大载荷植保无人机不同作业环境下的风速和温度,对FR-200大载荷植保无人机的雾滴沉积分布均匀性、抗飘移性和抗蒸发性这3种喷洒沉积特性进行了试验研究.试验采用图像处理软件DepositScan分析雾滴沉积参数,获得雾滴沉积分布规律.结果表明:大载荷植保无人机添加喷雾助剂进行施药作业时,能提高靶区范围内的沉积浓度,溶液的表面张力越低、雾滴沉积分布越均匀;在侧风作用下大载荷植保无人机不使用助剂时飘移现象十分明显,加入5种喷雾助剂后均能明显改善雾滴抗飘移性;通过分析不同温度对雾滴沉积的影响,发现温度升高时,添加助剂可以提高大载荷植保无人机喷洒雾滴的沉积浓度,说明助剂可以改善雾滴的抗蒸发性.     

基于射线检测算法的无人机植保作业电子围栏设计

保障植保无人机执行喷洒作业时不越过作业地块边界,是保证植保无人机作业安全性与高效性的必要前提。设计了一种高效可靠的无人机植保作业电子围栏,能够实时检测无人机是否越界,并在有越界风险时及时发出预警。首先,算法根据作业地块边界、无人机飞行速度等关键要素确定电子围栏报警模型并由此生成安全边界。当无人机飞行在安全边界内时,算法不对其进行越界检测;当无人机飞行于安全边界与作业边界之间时,算法将进行越界检测并同时发出预警,提示无人机操作人员随时准备控制无人机改变航向;当无人机飞行于作业边界之外时,将反馈越界标志,提供给飞行控制系统或无人机操作人员介入控制。测试表明：无人机植保作业电子围栏能够实现高效、可靠的飞行监测,实时检测植保无人机飞行是否越界,并在有越界风险时及时发出越界预警。     

无人机农业植保作业优势与关键技术

为提高农业植保作业效率,降低病虫害对农作物生长造成的威胁与影响,笔者分析了无人机农业植保作业的优势,并对无人机农业植保作业的关键技术展开研究。为满足无人机农业植保作业需求,笔者提出了应在作业前,选择水基类型的药剂,包括水乳试剂、微乳化试剂、悬浮试剂、乳油试剂,合理配置无人机农业植保作业药剂;从高压扇形喷头喷药量、喷药速率、行距等方面设计喷洒作业技术参数;使用三相交流无刷电动机,建立无人机农业植保作业的动力系统,实现在喷洒过程中对无人机作业动力与飞行的集中控制。实验结果表明：采用该无人机农业植保作业方法,可以使农药喷洒作业效率达到10 hm²/h以上,对区域内害虫的消灭率可达到95%以上。     

植保无人机在农田病虫害防治中的实践探析

传统农田病虫害防治是通过人工作业进行农药喷洒,农药一般只存留在农作物的顶部,难以对农作物下部产生作用,影响了农作物病虫害防治效果,降低了农作物的产量和经济效益。而植保无人机在农田病虫害防治中具有可控制农药用量、提高农业机械化水平、降低农户用药成本、人工操作便捷等优点。基于此,笔者在分析农作物植保无人机的应用优势的基础上,剖析了其喷洒作业地形要求、节药节水要求及全面植保方案要求,提出了提高植保无人机保有量、开发专业化喷洒药剂、加强政策引导、加快行业标准制定、强化操纵队伍建设等建议,探讨了农作物植保无人机的具体应用前景。结果表明,植保无人机可在不同施药要求的环境下进行低空喷洒作业,作业效率高,可提高农药喷洒效率,减轻了人工作业强度,降低了生产成本,提高了农户收益。     

启飞Q10 2020植保无人机

正启飞Q10植保无人机是启飞智能研发的一款经济型畅飞版10L无人机,体积小巧方便运输,结构简单耐用。Q10采用压力喷头及智能化喷洒系统,降低了旋翼乱流影响,提升了药液喷洒的靶向性,在旋翼下压风场配合下,药液可深入作物根部,防治更彻底;喷洒监测系统可实时监测喷洒工作信息(如流量、流速、已喷洒药量等);手动飞行可以预设喷洒流量,飞行速度与喷洒速度的联动设计使喷洒更均匀更安全;在智能航线及AB点航线飞行时,手控接管无人机后系统将停止喷洒,有效的避免了重喷造成的不良影响。可靠的结构设计,喷洒作业尽在掌控,     

高效自适应喷雾植保无人机设计与研究

农作物植保无人机对植株进行喷雾作业时,多由操作手进行目测无人机与植株的垂直距离进行喷雾高度的调节完成施药,而采用人眼目测法易造成喷雾沉积量、沉积密度误差的问题。为了提高对药物充分利用及植保无人机的喷雾效率,设计了一种高效自适应喷雾植保无人机,使用超声波完成无人机至植株竖直距离的数据采集,并实时检测植株密度,自动调节植保无人机飞行姿态及喷头的施药速率。试验结果表明:设计的高效自适应喷雾植保无人机喷雾姿态自适应调节响应速率快,喷雾位置精确,药物流失少。     

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。      

智能化无人机植保作业关键技术及研究进展

搭载高性能传感器和施药装备的农业植保无人机系统是精准农业领域具有代表性的智能装备之一。本研究首先从前端田间作业环境动态感知技术出发,阐述了无人机光谱成像遥感、多传感器融合的SLAM实时环境建模等技术在无人机植保作业方面的应用情况;然后对精准施药过程建模与优化控制有关的前沿技术进行了分析,包括旋翼下方风场结构演化及雾滴沉积过程仿真建模、多区域全覆盖条件下的智能作业路径规划、精准变量施药控制等;最后论述了作业效果评估与过程监管相关技术的发展现状,包括施药作业质量评价方法、基于云平台数据管理的全过程可视化监管等。在总结现有技术发展现状基础上,对未来智能化无人机植保关键技术发展趋势进行了预测,阐明了光谱图像获取与计算智能的深度学习识别聚类、基于高精度雾滴谱和风场模型预测的精准变量施药作业路径规划、基于传感器实时数据的作业质量评估和作业监管等新技术手段,将在遥感信息反演、药液飘移抑制、作业效率优化、施药过程管控等方面带来革命性的进步,使植保作业数据化、透明化,全过程可观化可控制,推动农业生产管理从机械化向智能化和智慧化迈进。     

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。     

平地向坡地转换喷灌水量分布计算模型研究

针对坡地喷灌水量分布实测困难问题,以坡地喷头射程计算公式为基础,依据喷头射流方向总水量守恒原理,构建了喷灌水量分布由平地转换到坡地的计算模型,并通过试验验证了模型的正确性。利用该模型,分析了喷头布置方式、喷头间距、工作压力和坡度等对坡面喷灌水量分布的影响,结果表明,三角形布置有利于坡地单喷头水量分布的叠加,且其组合喷灌均匀度略高于方形布置;随着喷头间距的增大,组合喷灌均匀度呈下降趋势;喷头低压运行时,组合喷灌均匀度相对较低,不能满足喷灌均匀性的要求,随着喷头工作压力的增大,组合喷灌均匀度逐渐增大;在一定坡度范围内,不同坡度对水量分布和组合喷灌均匀度的影响较小。因此,在坡地喷灌系统设计时,若选用雨鸟LF1200型喷头,建议采用三角形布置,喷头间距宜为1.0~1.2倍平地喷头射程,喷头工作压力宜选用300 k Pa。     

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。     

我国农业无人机航空植保技术现状与发展趋势分析

无人机航空植保技术是一种现代化的施药方式,适合复杂地形和小面积作业,在我国南方水田、丘陵山地等地有着较好应用前景。但目前,我国无人航空植保技术的研究还处于初级阶段。本文在介绍国外无人机航空植保技术现状的基础上,分析了我国无人机航空植保技术的发展水平及存在的问题,并提出无人机植保施药技术的发展方向与技术需求,仅供参考。     

大载荷无人直升机静电喷雾沉积特性试验研究

为探索在大载荷植保无人直升机下洗气流作用下各因素对静电喷雾沉积特性的影响规律,将正交试验与Box-Behnken响应面试验相结合,在定性分析的基础上,建立起沉积特性参数与荷电电压、飞行参数等影响因素之间的数学预测模型,定量地分析了各因素对沉积特性的影响.结果表明:大载荷无人直升机静电喷雾沉积特性受施药过程中荷电电压和飞行参数的影响显著.雾滴单位面积沉积量与荷电电压成正相关,与飞行速度、飞行高度成负相关.相同飞行参数下(飞行速度5m/s、飞行高度4m),荷电电压8kV的静电喷雾单位面积沉积量为0.3180μL/cm²,比非静电喷雾单位面积沉积量提高了1.17倍.与此同时,沉积量变异系数与飞行速度成正相关,与荷电电压、飞行高度成负相关,即增加荷电电压、降低飞行速度或者提高飞行高度能有效改善雾滴的沉积均匀性.     

植保无人机飞行控制精度测量方法及不确定度分析

结合植保无人机目前应用的领域及现状,分析其系统组成和指标性能特点。从作业属性和用户体验角度,选取植保无人机飞行质量的检验检测方向为研究对象,提出一种针对植保无人机飞行控制精度指标的测试方法。系统介绍测量设备组成和操作方法,重点对该方法的测量不确定度进行分析和评估,为植保无人机相关的质量鉴定和选型筛选提供一定依据。      

无人机在大豆植保作业中的适用性评价体系研究

本论文通过研究和分析构建大豆植保无人机的适用性评价体系,提出了评价大豆植保无人机适用性的3个指标:匀速飞行速度波动、喷雾沉降量、喷雾均匀性.并提出了各性能指标的量化方法.通过运用德尔菲法和层次分析法相结合构成的综合权重分析法以及yaAHP权重分析软件对大豆植保无人机适用性评价的3个性能指标进行了权重分析,研究结果显示对...