山地蕉无人机自主吊运装置研制

针对目前山地蕉采后运送作业主要依靠人工背运,存在劳动强度大、人力成本高、果实容易损伤以及易发生安全事故等问题,该研究设计了一种山地蕉无人机自主吊运装置,能够实现无人机山地蕉吊运过程中对果轴的自主抓取和卸载,减少人工参与,保障作业人员安全。基于测定的山地蕉蕉穗形态特征参数设计抓取机构、吊具、导向机构以及连接件等,并通过SOLIDWORKS软件建立装置的三维模型,同时搭建了上下位机通讯系统。基于ANSYS Workbench软件的显式动力学分析(explicit dynamics)、静磁分析(magnetostatic)对吊运装置的关键零部件进行仿真和理论计算,确定满足使用要求的电磁铁与舵机型号及参数。室内试验表明,装置的果轴平均抓取成功率为92.59%,果轴平均卸载成功率为96%,平均吊运成功率为88.89%,抓取与卸载的平均耗时分别为63.8和20.8 s/次。无人机搭载吊运装置进行田间试验,平均吊运成功率为83.33%,抓取与卸载平均总耗时90.8 s/次,平均吊运速度0.99 m/s,是人工背运速度(0.17~0.33 m/s)的3倍以上,且由于蕉穗悬空在吊运装置下方不与其他物体接触从而不会对果指造成损伤,满足无人机自主吊运山地蕉的作业需求。研究结果可为快速、低损、安全的无人机山地蕉吊运装置设计提供参考,促进香蕉产业的高质量发展。

祁连山无人机增雨(雪)作业积冰条件分析及防除冰技术路线

无人机作为新型人工增雨(雪)作业技术手段,研究其防冰和除冰对业务化具有重要意义。基于飞行积冰报告及外场探测资料、探空及再分析资料,对祁连山地区大型无人机积冰分布气象条件进行统计分析,结合电加热法防除冰试验,形成适用于祁连山地区的无人机防除冰技术路线。研究表明,大型无人机开展人工增雨(雪)作业的强烈积冰区为-8~-2℃,且当云粒子浓度大于0.93 cm^(-3)、云水含量大于0.0043 g·m^(-3)时更容易出现积冰。祁连山地区春、秋、冬三季容易出现积冰的高度在4000—5500 m,夏季在5000—5500 m,积冰中心高度在5000 m上下。搭载电加热防除冰系统可有效解决大型无人机的积冰问题。

青藏高原念青唐古拉山廓琼岗日1号冰川变化研究

小冰川对气候变化非常敏感,监测与定量评估此类冰川变化有助于理解冰川对气候变化的响应幅度与机制。本研究结合多源遥感数据(卫星遥感与无人机航测),分析了近50年来青藏高原念青唐古拉山廓琼岗日1号冰川面积变化趋势,定量评估了该冰川近期的冰面高程变化幅度与空间分布。结果表明,1968—2021年廓琼岗日小型冰斗冰川的面积从(1.444±0.013)km^(2)缩减至(0.712±0.001)km^(2),萎缩幅度达到50.7%,冰川末端退缩平均速率约为(6.23±0.71)m·a^(-1)。基于2020—2021年高精度无人机航测数据发现,廓琼岗日1号冰川冰面平均高程差达到(-2.41±0.69)m,冰川末端高程变化大于3 m,中部的冰面高程下降幅度在1.5~3 m之间。研究还发现冰川表面河道对冰面高程空间变化起着重要作用,该冰川表面共发育有13条表面河道,2020—2021年河道向西北方向偏移约2 m。冰面河道的向下侵蚀与侧向消融导致末端冰面高程变化呈现显著的空间差异。

基于无人机遥感和SAM的山区房屋提取研究

为了解决山地区域房屋信息难以高效准确提取的问题,以无人机遥感作为地理环境监测手段,采用新兴的人工智能与信息化技术,基于Segment Anything Model(SAM)进行房屋提取模型的构建,并在典型研究区进行房屋提取实验和结果分析,新方法在无人机遥感影像上CPA为0.9956,房屋IoU为0.8611,非房屋IoU为0.9954。研究表明,基于无人机遥感和SAM的山区房屋提取方法对于复杂地理环境具有较好的适应能力,能够有效挖掘房屋相关特征信息,提取的房屋具有形态完整、边缘准确的特点,可满足山区房屋信息获取相关要求。研究结果表明,该方法展现遥感技术和人工智能在山区治理相关工作应用潜力,能够为铁路线路选线、地质灾害防治提供新的信息化技术支持。

基于滚动速度障碍法的无人机山地航测避障路径规划研究

无人机在进行山地航测时,经常遭遇鸟类等动态障碍,若不能及时规避掉障碍,极容易发生坠机事故;为此,研究一种基于滚动速度障碍法的无人机山地航测避障路径规划方法;基于山地环境模型,结合飞行路径长度、路径平滑度建立一个综合目标函数并利用改进布谷鸟搜索算法求解,得到无人机山地航测的初始路径;对图像进行预处理后,识别无人机初始路径飞行过程中遇到的障碍物,并通过超声波测量无人机与障碍物之间的距离,以此建立速度障碍模型,实现速度障碍碰撞分析,通过滚动窗口的方式确定无人机与障碍物是否存在飞行冲突;基于滚动速度障碍避障方法实现滚动角度避障和速度避障,获取最终的优化路径,完成基于滚动速度障碍法的无人机山地航测避障路径规划;测试结果表明:航测避障路径长度为571.45 m,平滑度为165.52,规划的方案更具合理性。

无人机贴近摄影测量技术在贵州山区滑坡监测中的应用

贵州山区是中国地质灾害频发地区,滑坡是其最常见和危害最大的地质灾害。滑坡的监测和预警对于减少人员伤亡和财产损失具有重要意义,然而,传统的滑坡监测方法存在监测范围有限、数据更新周期长以及监测成本高等问题。因此,文章基于无人机贴近摄影测量技术,对贵州山区滑坡的监测建模与智能预警进行研究,将基于贴近摄影测量的裂缝监测作为滑坡监测、预警的重要组成部分,以提高滑坡监测的效率和准确性。

综合遥感技术在山区铁路泥石流勘察中的应用

为了解决传统泥石流勘察中存在效率低、盲区多、风险大等问题,采用小基线集雷达干涉测量(SBAS-InSAR)和无人机低空遥感两种技术手段(前者通过密集像获取植被覆盖区域高可靠性的形变信息;后者通过区域网平差等处理获取高分辨率实景三维模型),综合形变与影像纹理,对某山区铁路沿线泥石流沟谷开展勘察分析,获取流域内地质灾害隐患的时空分布情况。结果表明,通过SBAS-InSAR技术,发现该泥石流沟谷存在多处随季节变化的活动隐患体,最大形变量为28.5 mm/a;依据无人机实景三维模型,完成形变隐患体的空间形态、方量、产状及发育情况的详查,其中最大规模的滑坡体方量为(16.5~18)万m3。现场调查显示,综合遥感技术可有效克服山区地形复杂,人不易至的难题,为灾害筛查提供多维度视角,具有人员投入少、监测面积广、灾害定位快以及筛查精度高等优势。

无人机激光雷达技术在陡峭山区作业中的应用研究

文章针对陡峭山区地形测绘,探讨了无人机激光雷达(UAV-LiDAR)技术的应用及提高数据精度的方法,研究目的在于通过优化飞行规划、航线设计和数据处理策略,提升UAV-LiDAR技术在陡峭山区作业中的应用效率和数据精度。研究结果表明,通过采用地形跟随飞行技术和后差分定位技术(PPK),结合地面控制点(GCPs),UAV-LiDAR能够有效地穿透植被,获取高精度的地形数据,显著提高陡峭山区地形测绘的精度。

城区与山区无人机影像重建对比及精度分析

利用无人机通过视觉三维重建处理是进行地形表面重建的重要手段,具有响应快速、精度较高、适应性强的优点。由于城区与山区地面三维特性不同,利用无人机影像重建在精度和覆盖度上也有所不同。为探究无人机影像三维重建在地面典型城区与山区区域的不同,该文在利用无人机影像进行三维重建的基础上,对城区与山区重建结果的精度和覆盖率进行统计,分析不同区域下的重建质量,为后续无人机在不同区域的重建任务提供参考。

无人机LiDAR技术在山区铁路测绘中的应用

复杂山区铁路建设项目中,所涉及的区域一般自然环境恶劣,地形条件复杂,传统测绘手段难以获取满足设计精度要求的测绘资料。结合我国西部高海拔山区的某铁路勘测项目,根据工作区域、地形地貌等特点,提出基于北斗高精度区域定位的旋翼无人机多载荷仿地飞行方案,获取测区有效范围内高密度、高精度、高质量激光点云数据以及数码高清影像等数据资料,再对数据进行试验加工处理,形成各类测绘产品,满足勘察设计各专业对测绘资料精度需求,同时系统总结了适用于高海拔复杂地形、大高差、高寒缺氧等特殊环境下的无人机LiDAR测绘作业模式与技术手段,包括载荷性能指标、飞行航线指标、飞行平台指标、采集参数设置、内业数据处理详细步骤等。研究表明,在高海拔复杂山区作业环境下,充分利用无人机LiDAR机动灵活、环境适应能力强、数据精度高、仿地飞行等优势,可作为传统卫星影像测量、航空摄影测量等勘测技术的有效补充,在铁路勘察小范围精细化地形图制作、中线测量中具有得天独厚的优势,可以解决高海拔复杂山区铁路测绘难题。

山地果园无人机运送关键技术及其应用前景分析

无人机作为一种能快速穿越复杂地形的高灵活度空中飞行机器人在农业运送,尤其是山地果园运送领域拥有巨大潜力。早期无人机受技术、运载能力、运送成本等的限制,主要用于航拍和遥测,无法满足山地果园运送作业要求。近年来随着大载重无人机以及无人机农业作业技术的进步,山地果园无人机运送已具备初步实现条件。本文对我国山地果园运送现状进行了系统的归纳总结,探讨了无人机应用于山地果园运送的可能性,重点分析了山地果园无人机运送涉及的关键技术以及不同的应用前景;同时指出未来山地果园无人机运送的研究方向,并对后续相关工作的开展与改进提出了可行的建议,为我国现代农业无人机装备研发提供参考。

基于遥感影像的丹霞山国家级自然保护区森林景观格局分析

森林景观格局分析是景观格局优化、森林资源的可持续性经营与保护的重要基础。以无人机遥感影像和DEM为基础数据,利用ArcGIS和Fragstats软件对所选取的不同景观指数进行计算,分析了丹霞山森林景观的类型、格局特征及其地形分异规律。结果表明:1)从类型水平指数来看,丹霞山森林景观类型以天然林为主,占总面积的78.42%,表现出较高的集中连片性;2)从景观水平指数来看,丹霞山景观多样性和均匀度指数均较低,而蔓延度指数和连通度指数则较高,分别为77.85和99.97,表明景观以少数大面积的斑块为主,斑块间连接密切,自然连通度高;3)从功能分区景观格局和地形分异规律来看,与人类活动密切相关的农田、人工林、裸地、居民地、人工水体和自然水体六类森林景观主要集中分布于海拔较低(60—150 m)、坡度平缓(0—5°)、无坡向的实验区内;灌木、草地、天然林和裸岩四类森林景观则较均衡的分布于海拔60—350 m的各级坡度和坡向的核心区和缓冲区内。综上所述,丹霞山森林景观保持完好,破碎化程度较低,人为活动干扰较少,斑块之间物质、能量和物种交换的潜力较大。应建立无人机遥感监测系统,长期、准确的跟踪森林景观格局的动态变化,为维持丹霞山森林景观的稳定性打下坚实的基础。

天津北部山区典型地质灾害遥感监测应用

本文筛选了天津市北部山区崩塌和泥石流两种典型的地质灾害点,分别采用图像全站仪和无人机低空遥感技术进行监测,并对具体应用效果进行分析。图像全站仪对崩塌体进行动态监测,监测精度可到mm级,解决了地质灾害监测人员对难以到达的监测点的监测,确保了监测人员的安全。无人机低空遥感技术对泥石流进行区域监测,监测精度可到cm级,其获取的DOM和DSM能准确把握泥石流灾害周围地形情况和松散堆积物的分布情况,实现对被监测体的整体面域监测。本工作是地质灾害遥感监测的典型示范应用,对后续开展地质灾害调查监测具有一定的借鉴意义。

植保无人机助推山区智慧农业发展的路径分析

随着新一代信息技术的不断成熟以及我国对于农业重视程度的不断提高,丘陵山区智慧农业市场呈现出需求大、热度持续走高的特点。其中,植保无人机在智慧农业市场中占据了较大份额,但其发展还存在许多阻碍。为了探明植保无人机的发展方向,扫清智慧农业发展道路上的阻碍,课题组从植保无人机、智慧农业的发展现状出发,分析了现阶段的市场现状和政策现状,提出当前植保无人机存在推广难度大、缺少系统监管、设备技术有待完善等问题。基于现存问题,对植保无人机助推丘陵山区智慧农业发展的路径进行了整合讨论,得出以下路径:构建符合山区实际情况的特色植保无人机监管模式、发展山区植保无人机信息化管理系统、确定山区植保无人机科技创新方向。对于增强山区智慧农业发展内生动力,奠定山区智慧农业及乡村振兴发展基础具有一定参考价值。

无人机在森林防火工作的应用初探——以雾灵山自然保护区为例

随着无人机技术不断完善和发展,无人机已在林业、农业、气象等领域广泛应用。目前,在森林防火工作中,主要是利用无人机进行森林防火巡查和火灾监测。以河北雾灵山国家级自然保护区管理中心为例,分析了多旋翼无人机在森林防火工作应用中存在的问题。

山地地区轻小型无人机航测制图方法

本文基于大疆精灵Phantom 4无人机航测系统,对轻小型无人机在山地地区航测制图方法进行了研究,提出并应用了一种大面积区域分割且在多个点位分别起降无人机的航测方法,并对成图精度进行了分析与评定。结果表明:该方法减少了山地地形起伏大引起的航测像片重叠度及分辨率不一致问题;制图精度满足大比例尺制图要求。该方法可以为类似项目航测产品生产提供参考。

浅谈无人机在山地光伏发电项目施工物料运输中的应用

针对山地光伏发电项目施工物料运输的难题,笔者结合工程实例,探讨无人机在山地光伏发电项目建设物料运输中的应用,分析了采用无人机运输的可行性,并与人工搬运方式对比分析工作效率和经济效益,总结采用无人机运输的优势及注意事项。结果表明:采用无人机运输方式,可提高工作效率,降低施工运输成本。该研究可为山地光伏发电项目施工运输方式的选择提供借鉴。

无人机仿地飞行在复杂山区大比例尺测图中的应用

传统的无人机航摄采用固定航高,这种方法在复杂山区由于地形高低起伏变化大,获取的影像分辨率差异大,重叠度难以满足要求。为了解决重叠度、分辨率不一致造成的成果精度不合格问题,分析了航摄技术,提出采用仿地飞行的作业方式进行大比例尺地形图生产。以某生产项目为例,采用固定航高进行飞行,并快速生产得到任务区数字表面模型,使用WapPointMaster软件进行仿地航线规划,获取仿地飞行影像数据,按照500 m间隔完成像控点、检查点的采集。利用PIX4D进行空三解算、数字表面模型及数字正射影像生产,基于EPS软件进行地形图测绘,根据实地特征检查点对地形图成果精度进行检测统计。结果表明,本次使用的检查点,其平面与高程点位中误差精度均可达到1∶2000地形图成果规范要求,此作业方案可为复杂山区、高山地区大比例尺地形图生产提供借鉴。

一种便携式固定翼山地监察无人机研究

针对固定翼型监察无人机在山地等复杂环境不便于携带、起降使用的问题,研究了利用“北斗定位系统”定位功能和可拆卸、手抛无人机为核心的便携式固定翼山地监察无人机。该无人机采用手抛式起飞,感应卡锁解体结构,无人机可以安全降落。制作了实物样机,试验测试结果表明:无人机尺寸为1200 mm×800 mm×150 mm,起飞高度为2500 mm,起飞仰角为45°,推力为30 N,无人机可续航1 h,低速下降触地2 s可完成解体降落。该研究可帮助固定翼无人机摆脱地形依赖,实现固定翼无人机全地形的使用,具有一定参考价值。

上海崩塌灾害的多传感器融合观测技术与普查识别

上海市西部零散分布的基岩残丘群,由于历史时期强烈的采石和建筑工程活动,形成了崩塌灾害易发区,岩体崩塌事件相继发生。受技术条件限制,以往开展的崩塌灾害调查无法实现有效的监测和预警,传统地质勘察、地形测量难以在陡峭山体开展,或者其精度无法满足灾害评估的要求。三维激光扫描、无人机倾斜摄影与机载激光雷达等实景复制技术是近年来快速发展的高新技术,是目前解决上海市山体崩塌灾害的可能路径。在此背景下,笔者在比较多种新型观测技术优势基础上设计了上海市崩塌灾害多技术手段综合调查技术流程。以辰山采石坑为例,基于无人机获取的高精度山体实景模型,构建了地质灾害三维解译场。通过数字地形分析和计算机模拟等技术实现了灾害特征数据自动化提取、结构面产状的智能化识别和崩塌地质灾害过程模拟,为崩塌孕灾条件调查、危险性评价找到了新的方法和手段。研究结果表明,辰山矿坑距边坡30 m的范围内为崩塌潜在的风险区域。本次研究为上海市基岩残丘区崩塌灾害调查和防治提供了技术方法借鉴。