基于微小型无人机的遥感信息获取关键技术综述

近年来,基于微小型无人机的遥感信息获取技术广泛应用在农业领域。采用微小型无人机遥感信息平台获取农田作物信息,具有运行成本低、灵活性高以及获取数据实时快速等特点,是目前农田作物信息快速获取的主要方法之一,是精准农业发展的重要方向。该文主要对微小型无人机遥感技术平台的发展、遥感信息获取技术、遥感图像的处理与解析、以及微小型无人机遥感平台应用在作物信息监测和生产管理等方面进行了深入剖析,强调了遥感信息获取与解析技术的重要性和存在的问题,受微小型无人机飞行稳定性和载荷量的限制,如何实时快速准确地调整机载遥感传感器的姿态使被测目标始终处于监测视野中,并实现图像信息的远距离获取与传输,以及如何处理和解析无人机遥感系统获取高质量的遥感图像是微小型无人机遥感技术能否被广泛应用在各研究领域的关键技术。最后,提出了增强无人机飞行控制系统的高稳定性、遥感图像的精确获取及数据的实时传输和高精度的图像后处理方法,对作物信息监测技术的发展和应用具有重大意义,是实现大面积精准农业生产管理决策的重要依据。     

施肥无人机槽轮式排肥器槽轮结构参数优选

现有槽轮式排肥器存在低转速下脉动性较强和排量范围较小的问题,较难满足农用无人机低空高速施肥对大排量范围以及排量连续性和准确性的要求。针对以上问题,该研究设计了凹槽形状和凹槽列数不同的排肥槽轮,并利用EDEM仿真模拟和台架试验测试了各槽轮的排量范围以及排肥时的脉动性和准确性,优选出满足无人机施肥要求的排肥槽轮。仿真结果表明,转速为10～40 r/min时,凹槽的截面形状和列数对脉动性影响较大,且直槽槽轮的脉动性较为明显,外切4列和内切5列对脉动的幅度和时间间隔的影响最小。台架试验结果表明,转速为40～120 r/min时,各槽轮排放复合肥和尿素的排量均在17 kg/min以上,且均随转速的增大而增大,能够满足无人机施肥时对排量的需求。方差分析表明凹槽截面形状和凹槽列数的主效应和交互作用对排量的影响均显著（P=0.000）,而且会受到转速的干扰。对于复合肥,外切6列、直槽6列和外切5列槽轮的变异系数波动最小,基本稳定在1%以内;内切4列、内切6列和外切4列槽轮的变异系数波动范围稍大,但均在3%以内。对于尿素,内切4列和直槽4列的变异系数波动较大,排量准确性较差,内切6列和直槽6列槽轮的变异系数波动较小,基本稳定在1%以内;直槽5列、内切5列、外切4列、外切5列和外切6列槽轮的变异系数波动范围基本在1%～2%。综合低转速下的排量脉动性和高转速下的排量准确性,为了确保不同转速下的排肥效果,施肥无人机排放复合肥时可选择外切4列槽轮,排放尿素时可选择外切4列或内切5列槽轮。该研究可为施肥无人机的排肥性能研究提供参考。     

农用飞行器恒力矩姿态建模及仿真

飞行器在农田环境中进行作业需要较高的系统平衡稳定性。通过构建恒力矩条件下四旋翼飞行器姿态模型的方法对系统的平衡稳定性进行预估,该模型解算出的实时姿态角数据可以在理论上进行系统稳定性参数的反演计算。本文通过对飞行器电机拉力不同方向的分解,对姿态角之间的关系进行转换,在分析恒力矩机身参数的条件下,建立起四旋翼飞行器的机体模型,并结合初值边界条件对实时三轴姿态角(α,β,γ)进行模拟计算,同时借助机械系统动力学软件Adams对姿态角进行相同条件下仿真。结果表明,所建模型的理论值和软件仿真值存在极大的相似性,验证了恒力矩姿态模型构建的正确性。     

无人直升机风场无线传感器网络测量系统设计与试验

为了实现田间多点、多风向、可移动、实时采集无人直升机旋翼气流在作物冠层所形成的风场相关参数,设计了一种风场无线传感器网络测量系统,对该系统风速测量时的可靠性进行了分析和田间试验检验。系统由若干三向风速传感器无线测量节点(WWSS)、无人直升机位姿信息测量模块(FGPS)以及智能总控汇聚模块(ICFN)组成,试验结果表明:选用叶轮风速传感器设计的三方向风速无线测量节点风速平均测量相对误差不大于3.52%,最大绝对误差为0.2 m/s,且各叶轮风速传感器之间无显著差异,变异系数不大于4.41%,能够可靠准确地测量风场内相应的风速值;三方向安装支架可方便地将三方向风速无线测量节点置于水稻田间,智能汇聚节点(ICFN)和WWSS节点以星形拓扑结构通过无线数据传输方式组网,非常适合在田间进行多点、多风向、可移动、实时采集数据;此外,FGPS模块采用RTK GPS等高精度传感器测量直升机的位姿信息,有利于后期开展授粉作业影响因素的综合分析,为开展无人直升机用于水稻制种辅助授粉的田间作业参数优选提供有效工具。     

水稻气力式排种器导向型搅种装置的设计与试验

为提高水稻气力式精量穴播排种器的排种精度,在该排种器的吸种盘上设计并安装了一种由2个搅种齿组成的导向型搅种装置。以培杂泰丰、Y两优1号种子为对象,采用单因素试验和因素组合对比试验的方法,研究了吸室真空度、吸孔直径与搅种装置对排种器性能的影响。结果表明,排种器安装导向型搅种装置后,工作转速显著提高,对工作气流真空度要求降低,性能得到改善;在真空度2.0kPa、吸种盘转速30r/min、搅种齿厚度2mm、搅种齿楔角60°、内侧搅种齿安装角90°、外侧搅种齿间安装角60°以及吸孔直径1.6mm的最佳排种参数下,排种器对含水率20.7%的Y两优1号破胸芽种排出(3～4粒)/穴的概率为59.48%,≤2粒/穴率为15.03%,≥5粒/穴率为25.49%。试验结果显示导向型搅种装置对籼稻种子存在分离、导向、摩擦和支撑等助吸作用,可提高排种器的排种精度。     

液位监测技术在植保无人机中的应用分析

为了探究适合植保无人机药箱液位实时监测的可行方法,阐述了国内外常见的接触式和非接触式液位监测方法,包括差压式、浮体式、电极式、电容式、超声波式、激光式、光电式、流量计式、机器视觉式、雷达式等主要方法,指出了植保无人机作业过程中,其药箱存在的特点,包括液面波动剧烈、药液的理化特性各异、药箱空间小、防腐蚀要求高等,并对上述常见液位测量方法用于植保无人机药箱液位测量时存在的局限进行了分析,在此基础上,探讨了适合植保无人机质量轻、功耗小、精度高、耐腐蚀药箱液位监测方法及装置,并针对植保无人机药箱液位监测中需克服的难题,提出了气压式液位无线监测的解决方案,为进一步开发适用于植保无人机的药箱液位监测装置提供参考。     

基于无人机遥感技术的黄华占水稻施肥决策模型研究

目前,水稻生产中氮肥施用过量,肥料利用率和产量相对较低等问题日益突出。无人机遥感能够实现无损、及时、快速大面积地获取作物田间信息,已被广泛应用于精准农业管理中。以黄华占水稻为研究对象,设计了不同施氮梯度的小区试验,利用无人机搭载rededge-M多光谱相机获取水稻生育期冠层多光谱图像,提取NDVI植被指数,分析了不同氮素条件下水稻冠层NDVI值的变化规律,研究了NDVI和标准种植比值指数(RISP)与水稻植株氮含量之间的相关关系;依据有效积温数据,建立了基于标准种植比值法的水稻关键施肥节点的施肥量决策模型。研究结果表明:随施肥量增加,水稻冠层NDVI值也随之变大,整个生育期呈现出"快速增加-缓慢增加-缓慢降低"趋势;NDVI和RISP值均与水稻植株氮含量显著相关,且RISP的相关系数达0.9以上,可更好地用于诊断水稻生育期氮素养分状况;基于标准种植比值法的水稻施肥决策模型拟合决定系数为0.991。模型验证试验发现,模型种植区平均施氮用量为99.64kg·hm-2,而传统种植区平均用量为135.60kg·hm-2,施肥量减少26.52%。且模型种植和传统种植的产量差异不足1%,说明该施肥模型在保证产量的同时提高了氮肥利用率,为实现作物养分管理决策支持系统提供了一种新的模型方法。     

农业机械化与社会主义新农村建设

从物质文明建设、精神文明建设、农业可持续发展等角度入手,对农业机械的影响力进行了分析.通过例证说明,农业机械在社会主义新农村建设中起着基础性、主导性、决定性的作用,是新农村物质文明建设的重要基础,是新农村精神文明建设的有效载体,是实现农业可持续发展的有力保障.加速发展农业机械化,体现了建设我国社会主义新农村的基本要求,是建设我国社会主义新农村的基础和必由之路.     

农业物料撒播技术在无人直升机中应用的思考

为了探究适合无人直升机的农业物料撒播技术,阐述了国内外常见的播量调控技术和抛撒技术,包括机械式、气力式播量调控技术,以及离心式、气力式、均分杆式、摆管式、锥盘式抛撒技术等,并详细分析了不同播量调控技术和抛撒技术的特点和适用范围及其在农业航空撒播方面的应用条件。对比了有人驾驶飞机撒播技术和无人机撒播技术的作业特点及目前航空撒播中常用的方法,分析了无人直升机撒播技术的可行性、优越性、重要性和应用需求及无人直升机撒播的作业要求,并讨论了可在无人直升机中应用的播撒技术和开展相关研究需要解决的关键问题,为进一步开发适用于无人直升机的农业物料播撒装置提供参考。     

适用于水田的激光平地机具液压系统设计

设计了一种水田激光平地机具液压系统.该液压系统主要由液压油泵、电磁换向阀、液压缸、蓄压器和散热器等元件组成.液压泵由拖拉机的动力输出轴驱动;电磁换向阀采用拖拉机电源直流12V供电,可实现平地机具两端分别独立升降;蓄压器起到缓冲作用可改善系统油压的稳定性;散热器可保证液压油温不超过70℃;背压阀用来调节平地机具的下降速度.实际应用表明,水田激光平地机构液压系统能与控制系统相匹配,工作正常.