树障清理机器人的设计与实现

针对环境复杂的区域,高大树木、复杂地形等问题容易造成用电危险,而传统的人工清理树障的方法易造成安全事故,我国现有研发的机器人具有空中姿态控制不稳定以及数据传输不稳定等问题,对树障清理空中机器人进行了设计和实现.该机器人的结构组成主要包括多旋翼无人机、控制系统、远程监控系统、通信系统和刀具装置.通过确定地面坐标系和无人机坐标系的关系,建立空中机器人的动力学模型.充分考虑环境等因素对空中机器人传感器采集数据的影响,建立了传感器的数据融合算法,对传感器采集数据进行处理.采用PID(Proportion Integral Differential)控制方法对空中机器人的姿态控制器进行设计.为了验证该树障清理空中机器人的性能,对其进行了姿态控制试验和树障清理试验.试验结果表明机器人的姿态控制响应时间较短,最短可达1.2 s.在进行树障清理时,最大可清理树障直径约为4 cm,切割最长时间为3 s.

探照灯诱虫带对迁飞草地螟的空中阻截作用

针对2008年8月初草地螟1代成虫在北京市区的突然暴发,利用300台探照灯诱虫器在北京北郊建立两条阻截带,并辅以频振式杀虫灯形成立体式防控。安置探照灯诱虫器阻截带之前,延庆(阻截带前)、昌平(阻截带间)、朝阳(阻截带后)3个地区地面灯诱虫器日平均诱虫量差异不显著(F=1.317,n=87,p=0.273>0.05),日诱虫量呈极显著相关[R(延庆-昌平)=0.994(p<0.01),R(延庆-朝阳)=0.995(p<0.01),R(昌平-朝阳)=0.920(p<0.01)];设置阻截带后日平均诱虫量差异呈极显著水平(F=8.486,n=231,p<0.01),昌平和朝阳日诱虫量呈极显著相关(R=0.904,p<0.01),延庆和昌平呈显著相关(R(延庆-昌平)=0.475,p<0.05),延庆和朝阳相关性不显著(R=0.287,p>0.05)。结果表明探照灯诱虫器可有效拦截空中迁飞的草地螟成虫。设置探照灯诱虫器阻截带这一应急措施不但确保了北京奥运会的顺利举办,而且也可作为一种新的植物保护技术在生产中加以应用。

航空重力数据低通滤波处理及其功效分析

针对航空重力测量数据事后处理的特点,基于窗函数法设计了FIR数字滤波器。数据处理结果表明:FIR数字滤波器具有精确的线性相位,滤波过程稳定;设计方法简单,易于上机实现;在滤波过程中卷积运算能够部分降低傅立叶变换中的栅栏效应。

基于AI图像识别的输电线路无人机激光清障系统设计

目前设计的输电线路无人机激光清障系统识别清晰度较低,导致工作效率较差。为了解决上述问题,基于AI图像识别设计一种新的输电线路无人机激光清障系统。硬件设备主要包括前端的监控传感器、无人机激光器、通信装置和后台控制服务器。后台控制服务器选用支持Windows 10系统的计算机,能够支持移动网络和无线网连接,运行内存8 GB,储存内存256 GB及以上,处理芯片能够支持AI图像识别系统正常运行。根据灰度检测方法,识别定位输电线路漂浮物,依据判断结果下达相应指令实现软件操作,指导无人机进行清障作业。实验结果表明,基于AI图像识别的输电线路无人机激光清障系统能够有效提高识别准确度,提升工作效率。

树障清理空中机器人刀具调速系统控制器设计

树障清理空中机器人的刀具系统在进行切割作业时存在负载扰动,且刀具电机的电机参数会有摄动情况的发生,若使用常规的双闭环 PI控制,会存在动态性能欠佳、超调大、适应性差等不足,而且在给定转速突变的情况下可能会导致 Windup现象。针对以上问题,为防止给定突变时产生 Windup现象,电流环控制器采用了一种在反计算 Anti Windup方法基础上改进的变结构 Anti Windup PI控制方法。为提高系统的自适应能力,将模糊控制思想与PID控制思想相结合,设计了转速环的模糊 PID自适应控制器。最后通过仿真与实物实验对提出的控制器的可行性进行验证。结果表明,控制器对系统参数变化有很强的自适应能力,且对负载的扰动有很强的抑制能力,给定转速突变时系统有较快的动态响应且超调较小。

悬挂刀具结构的树障清理空中机器人设计

为提高输电线路通道内树障清理的安全性与作业效率,设计了一种悬挂刀具结构的树障清理空中机器人。该机器人通过在机体上安装旋翼组件以及悬垂的作业刀具,适合于自上而下或由外向内对树障实施“剃头式”大面积快速清理,可有效保证操作人员与树障处高压输电线的安全距离,提升了清障作业的效率并降低操作风险。树障清理空中机器人建模与仿真证明,该机器人在空中能够实现稳定作业,验证了树障清理空中机器人工程应用的可行性和有效性。

基于固定翼无人机激光雷达点云数据的输电线路三维建模与树障分析

[目的]针对当前输电线路树障巡检周期长、作业强度大、无法保证巡检结果客观性与完整性的问题,提出了一套基于固定翼无人机三维激光点云数据进行输电线路三维建模及树障隐患智能识别的方法。[方法]通过固定翼无人机搭载三维激光扫描仪获取输电线路点云数据,提取点云中电力线点并模拟出完整电力线,计算电力线与电力线保护区范围内植被的欧式距离,将计算的结果与电力线安全规范比较得到树障点或预警点等信息。[结果]试验结果表明:自动拟合的电力线误差较小,满足树障检测的要求。[结论]研究方法可自动、快速、完整地提取电力线,且提取精度满足树障检测的精度要求,可大幅提升现有输电线路树障隐患检测的质量与效率。

无人机系统安全控制研究综述:控制障碍函数

近年来,控制障碍函数因其具有实时性强、兼容性强、约束性强、鲁棒性强等优势,已成为无人机安全领域的一个重要研究分支.由于无人机系统多以非线性控制系统为主,且保障无人机飞行安全至关重要,首先以非线性控制系统为基础,展开介绍控制李雅普诺夫函数、控制障碍函数、安全屏障证书的基本概念;然后围绕基于控制障碍函数构成的二次规划控制器差异的角度梳理其在无人机系统中的应用现状,多无人机系统相比单无人机系统拥有更高的任务效率和适应性,因此进一步梳理集中式和分散式两种类型安全屏障证书在成对无人机中的应用;最后针对当前控制障碍函数在无人机系统应用中存在的技术难题进行分析,并提出未来需要进一步发展的研究方向.

基于观测器的四旋翼控制-抗扰-避障一体化

针对四旋翼飞行器“规划-跟踪”避障方法中存在执行器跟踪误差的问题,采用控制-抗扰-避障一体化的设计方案,提出了一种带障碍约束的避障位置控制器。将Barrier李亚普诺夫函数用于约束障碍物边界,通过引入飞行器与目标位置的距离信息使目标点成为平衡点,从而解决传统势场方法中目标不可到达的问题。对于四旋翼控制系统状态强耦合、模型建立不精确的问题,提出了一种基于观测器的模型补偿控制策略并应用于姿态控制。采用补偿函数观测器估计模型偏差及外界扰动,并实时将估计值反馈补偿给控制器以达到自适应抗扰的控制跟踪效果。最后,对上述算法仿真验证,结果表明,基于观测器的模型补偿控制相较于其他控制算法在暂态性能、跟踪期望响应和抗干扰方面有更优的控制效果;避障位置控制器无需考虑跟踪误差问题,在仿真时间角度上,一体化避障方法较传统的“规划-跟踪”避障方法大幅度缩短,通过给定起始、目标位置后可以实现对静态障碍的躲避。

毛乌素沙区腹地提高飞播成效的技术措施研究

飞播治沙造林作为一项快速有效的现代化造林措施,已经成为鄂尔多斯毛乌素沙区腹地植被恢复与建设的重要手段。长期的飞播造林实践表明：①在飞播区,设置沙障是提高飞播成效的重要途径。设置平铺式间距4 m行列式沙障和直立式间距6 m行列式沙障,飞播物种成苗率较高,比对照（CK）区的成苗率高出36.5%～37.1%。②飞播种子包衣、丸化处理,均能促进成苗,包衣处理更有利于飞播植物生长。飞播种子包衣、丸化处理与裸种相比,成苗率分别提高了10.6%和13.72%。而且包衣种子播后15 d,其根长、根条数、地径和高生长比对照分别高出11.93 mm、0.9条、0.29 mm和3.24 mm。③不论是在何种立地条件下,经过地面处理的样方内的飞播种子成苗量明显高于对照区样方内的成苗量,其中,采取综合措施的破土处理效果最好,成苗量是对照区的6～8倍。

库布齐沙漠飞播成效的研究

通过长期的飞播造林实践证明:1)在库布齐沙漠西段半荒漠地带高大沙丘设置间距4m平铺行列式沙障和间距6m直立行列式沙障,飞播植物成苗率分别为45.6%和46.2%,比其它类型沙障区的成苗率高出8.9%～30.2%,比未设沙障的对照(CK)区高出36.5%～37.1%。2)种子包衣丸化处理后,沙丘迎风坡等不易落种地段的落种量比对照(CK)提高了59%～86%;在成苗率方面,比裸种提高了13.02%;在生长量方面,包衣丸化种子播后15d,其平均根长、平均侧根数、地径、苗高分别比裸种提高了11.93mm、0.9条/株、0.29mm、3.24mm。3)在库布齐沙漠腹地,采取综合措施的地面破土效果最好,成苗量可达对照区的6～8倍。