红外热成像技术在农业中的应用

介绍了红外热成像技术的基本原理和常用热图像处理方法,总结了红外热成像技术在作物水分胁迫、侵染性病害监测、冻害胁迫以及产量预测等领域中的应用,分析了红外热成像技术在农业领域的开发与应用中所面临的难题和未来的发展趋势,以期为红外热成像技术在农业上的实际开发应用提供参考.

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。

中国农业航空发展现状及对策建议

农业航空是现代农业的重要组成部分,为全面、深入地了解中国农业航空行业的发展现状和趋势,同时反映行业面临的困难和问题,增强社会公众对农业航空的了解和认知,推动农业航空行业的健康快速发展,农业航空产业技术创新战略联盟秘书处组织编写了《中国农业航空行业发展报告》。该文以该报告为基础,从有人驾驶航空器和无人驾驶航空器涉农航化作业2个方面对近年来中国农业航空行业的发展情况进行了综述,比较全面地展示了中国农业航空行业的总体状况,分析了目前行业发展中有人驾驶航空器农林航化作业时间稳步增长、无人驾驶航空器发展势头良好的特点,以及在行业标准、法规体系、核心技术以及配套经营主体、社会化服务等方面存在的亟待解决的主要问题:行业标准规范的建设滞后,尚未形成完善的标准化体系;农业航空相关政策及法规体系不健全;研发经费投入不足,共性核心关键技术研究滞后;发展模式未成型,社会化组织的服务能力不强;企业规模小,产业结构不合理,市场无序竞争。随后,针对上述问题,该文从管理、模式、标准、创新、应用和政策6个方面提出了进一步促进中国农业航空行业健康发展的对策与建议,包括应进一步明确中国农业航空的管理办法、探讨中国农业航空的发展模式、加强技术标准和规范的制定、加强关键技术协同创新研究、加强技术推广应用以及制定促进中国农业航空发展的政策等,可为政府引导行业发展和企业规划自身发展提供参考。

航空静电喷雾技术现状及其在植保无人机中应用的思考

农业航空应用是现代农业关键技术的重要组成部分,农业航空施药技术的广泛应用是反映农业现代化水平的重要标志之一,大大推进了现代农业的发展和进步。航空静电喷施技术作为农业植保技术领域先进的植保技术,大大改进了传统施药和地面施药器械施药的缺点与不足,航空静电喷雾系统的静电作用能有效提高药液雾滴在靶标表面的附着率和分布均匀性,在一定程度上达到了抑制雾滴飘移的目的。本文主要针对传统农业植保作业方式的不足进行了论述,深入剖析了航空静电喷施技术的基本原理,介绍了国内外学者在航空静电喷施技术上开展研究中取得的进展并对相关研究进行了分析,对航空静电喷施技术在农业植保技术领域的开发与应用中存在的问题进行了深入的剖析,提出了航空静电喷雾技术应用在植保无人机飞行航空作业上所面临的难题和未来可能的发展趋势和解决方案,以期为研究开发出更有效的植保无人机静电喷施技术提供借鉴与参考。

植保无人机仿地定高飞行控制技术的应用现状及展望

随着中国农业信息化、智能化的发展,农业生产对植保无人机的作业质量越来越重视。植保无人机进行仿地定高飞行作业,是提升植保无人机作业质量的关键。回顾了多种传感器和多传感器信息融合技术的研究与应用的进展,概括和总结了超声波传感器、激光雷达、毫米波雷达、GNSS、气压传感器、视觉传感器和多传感器信息融合技术在定高飞行技术上的应用。并对上述传感器技术和仿地定高飞行控制方法进行了局限性分析,在此基础上,结合植保无人机作业场景的特点,提出对植保无人机仿地定高飞行进行区域划分,并提出姿态调整控制策略。通过对植保无人机仿地定高飞行的控制方法进行系统分析,探讨了适合植保无人机的适应性广、可靠性高且成本较低的测距方法及仿地控制方案,提出了多种传感器组合定位、人工智能场景识别定位、基于模型设计的高精度定高控制系统等解决方案,为植保无人机更好地实现精准作业提供有效的参考。

水稻氮肥精准管理技术研究进展

氮肥施用是水稻生产中比较重要,对水稻增产效益最高的环节,但目前我国水稻氮肥管理形式粗放,过量施用情况时有发生,这不仅增加了生产成本,还对环境造成污染。因此,进行氮肥施用精准管理研究,对水稻生产的提质增效有重要意义。对影响水稻氮肥吸收利用的主要因素进行深入分析,包括水稻品种、土壤理化性质、气候条件、水分管理、氮肥施用技术等5个方面;并对基于测土配方、生长模型、实地观测、遥感监测的主流水稻氮肥管理技术进行总结归纳,深入剖析当前我国水稻氮肥精准管理中所存在的主要问题;最后,提出解决我国水稻生产中氮肥过量施用问题的有效方法,并指出在未来水稻氮肥施用中,无人机遥感用于精准施氮决策将是重要的发展方向之一。水稻氮肥精准管理技术的研究对我国农业生产中化肥的减量施用具有重要意义。

作物航空喷施作业质量评价及参数优选方法

农用飞机由于具有很好的机动性、灵活性和施药效率,近年来受到高度重视,成为植保产业的重要发展方向。影响航空喷施效果的因素有很多,机型、喷嘴型号、喷雾压力、喷施角度、环境因素、作业高度、作业速度、药剂配方、药剂浓度等因素等都会影响雾滴在植物表面的分布特性,从而影响航空喷雾作业效果。地面药液的雾滴分布特性是决定航空植保效果的主要因素,研究不同因素条件下的雾滴分布情况能为航空喷施作业时选择相对合适的喷嘴型号、喷雾压力、喷施角度、作业高度、作业速度、药剂配方及药剂浓度等提供参考,从而有利于保证航空施药效果。该文在对目前中国航空植保产业发展现状进行深入剖析的基础上,研究分析了目前中国航空植保存在的主要问题,同时提出了作物航空植保技术规程中作业参数的优选及评价方法。该研究为中国主要作物航空植保喷施作业技术规程的制定提供了参考。

田间水稻冠层图像分割算法的研究

水稻氮素状况是评价水稻长势、估测产量与品质的重要参考指标,对水稻氮素的精确诊断与高效管理具有重要意义。用计算机图像处理技术能够精准、简便、实时无损地检测水稻的营养信息,在精准农业中得到广泛应用。其中,水稻冠层分割的准确度和速度直接影响了模型的性能和效率。分析了3种典型田间背景下水稻图像的RGB颜色通道特点,并从图像边缘、颜色、区域等方面对水稻冠层部分进行分割,提出了基于G-R颜色通道的最大类间方差分割方法,并与其他方法进行了时间开销和分割效果的对比。结果表明,该方法的分割成功率达92.5%,时间开销最小。

施肥量和降雨对水稻田氮流失影响的试验研究

过量且不合理的施肥作业方式,往往导致了氮肥的大量流失,引起水体富营养化等现象,造成了农业水环境的严重污染,是农业非点源污染的重要原因之一。为了能够及时监测氮肥流失的程度和原因,减少农业非点源污染,对稻田水中氨态氮和硝态氮离子浓度的快速测定具有重要意义。本研究使用德国WTW公司的氨氮硝氮在线检测传感器,采用实地取样的方式,对稻田水体环境中氨氮和硝氮离子浓度的变化规律进行了试验研究,探索了不同天气条件下,农田水中氮的流失情况。结果表明,降雨对氮的流失程度有很大的影响,降雨造成的氮流失是农田非点源污染的重要因素,同时施肥量越高,氮的流失情况也越严重。控制农田氮流失必须从施肥方式、耕种方式和灌溉方式等方面进行改善。本研究对于如何减少农业非点源污染,探索合理的氮肥施用方式以及在农田作业中实施最佳管理措施提供了有益参考。

植保无人机飞防助剂与杀虫剂的混配方式对二化螟防治效果影响研究

为探究飞防助剂类型与杀虫剂的混配方式对水稻二化螟防治效果的影响,本研究以杀虫剂(10%甲维∙茚虫威SC、5%氯虫苯甲酰胺SC和0.8%鱼藤酮SC)、飞防助剂(有机硅助剂、矿物油助剂和卵磷脂助剂)、施药液量(21、24和27 L/hm^(2))为因素设计了3因素3水平的L9(34)正交试验,通过方差分析(ANO⁃VA)方法对各因素的显著性水平进行了分析。结果表明,在本研究的试验条件下,施药后第14天,杀虫剂对水稻二化螟防治效果有显著性影响(P<0.05),飞防助剂对水稻二化螟防效有极显著影响(P<0.01);在设定的施药液量范围内(21~27 L/hm^(2)),施药液量对水稻二化螟防效无显著性影响。混配方式7(0.8%鱼藤酮SC、有机硅助剂和27 L/hm^(2)施药液量)具有较好的速效性与持效性,施药后第14天的防效达81.45%;混配方式4(5%氯虫苯甲酰胺SC、有机硅助剂和24 L/hm^(2)施药液量)持效性显著,施药后第14天的防效为79.30%。本研究成果可为防治水稻二化螟的药液混配方式提供参考。

我国智能农机的研究进展与无人农场的实践

智慧农业是现代农业的高级形式,无人农场是实现智慧农业的重要途径,智能农机是无人农场的物质支撑。本文以植物生产为例,介绍了智能农机的智能感知、自动导航、精准作业和智慧管理4项功能在智慧农业中的地位和关键技术的研究进展;介绍了华南农业大学集成相关智能农机创建水稻无人农场的实践和无人农场的5个特点,包括耕种管收生产环节全覆盖、机库田间转移作业全自动、自动避障异况停车保安全、作物生产过程实时全监控和智能决策精准作业全无人。在2020年的中稻和2021年的早稻生产中,水稻无人农场的稻谷产量均高于当地的平均产量,表明了其巨大的发展潜力。无人农场的建设为解决“谁来种田”和“如何种田”的问题提供了重要途径。

Harris角点自适应检测的水稻低空遥感图像配准与拼接算法

图像配准和拼接的自动化是微小型无人机能否被广泛应用于水稻长势低空遥感监测的关键技术之一。为了改进Harris角点检测算法中阈值需要人为设定的局限,文章提出了基于Harris角点自适应检测的水稻低空遥感图像配准与拼接算法。该算法在Harris角点检测算法的基础上进行改进,采用基于图像像素灰度值标准差标准化的方法进行角点的自适应确定,并对角点进行特征描述,利用角点特征描述算子之间的欧式距离进行配准。为了验证算法的有效性并进行相关参数的优化,采用多旋翼无人直升机获取了水稻长势的低空遥感图像,并设计了重复率(衡量角点检测的稳定性)、辨识率(衡量角点描述算子的辨识度)、配准率(衡量图像的拼接精度)以及运行时间(衡量算法的运算速度)4个评价指标对配准与拼接的结果进行评判。随机选取获得的低空遥感图像分成3组进行测试,试验结果表明,平均配准率达到了98.95%,且各组图像之间的重复率与配准率差异不显著(显著性水平为0.05),说明改进后的算法稳定。设计了角点自适应检测算法阈值参数的优选试验,阈值参数为标准化处理后的图像像素灰度值标准差,方差分析结果表明,图像像素灰度标准差为1和2时配准率的差异不显著(显著性水平为0.05),但当图像像素灰度标准差为1时,图像配准与拼接平均运行时间是其为2时的2.5倍,因此,可设定图像像素灰度标准差为2作为本算法的较优参数。

植保无人机药箱液量监测装置的设计与试验

药箱的液量是植保无人机精准作业中需要监测的重要信息之一。为了实现对植保无人机药箱液量的实时监测,针对植保无人机作业过程中存在的液面波动剧烈、药液的理化特性各异、药箱空间小、防腐蚀要求高等特点,该文提出一种双气压式液量监测装置的设计方案,包括双气压式液位监测、药箱液面震荡干扰滤波、机身倾斜干扰校正以及液位-液量换算模型等。为了验证方案的可行性,制作了液量监测装置的样机,并设计了相关的验证试验进行性能测试。试验结果表明:采用同时监测环境气压和密闭气室内气压的双气压式差值法,液位高度与气压差值之间呈线性负相关关系,决定系数为0.998 9,可有效消除环境气压变化对测量精度和稳定性带来的影响;融合了中位值平均滤波法与滑动平均滤波法优势的混合数字滤波算法,使药箱液位数据的变异系数由滤波处理前的28.45%降低到12.27%,对液面震荡干扰具有较好的滤波效果;基于微机械陀螺仪的校正算法,在机身倾斜30°时,气压差值误差从校正前的-1.09 h Pa,降低至校正后的0.05 h Pa,可较好地消除植保无人机飞行中机身倾斜带来的药箱倾斜干扰误差;在植保无人机机载动态测试试验中,设计了前进、后退、田间掉头移行等3种常见的飞行工况中进行测试,在2、4、6 L的载药量时,液量监测器输出的液量数据均值分别为1.985、3.942、5.984 L,经过校正处理后液量相对误差分别为0.75%、1.45%、0.77%,均方根误差分别为0.182、0.199、0.180 L,表明液量监测器在不同实际作业工况中的数据输出较稳定可靠。

农药助剂对空中和地面防控林业有害生物的雾滴粒径影响

【目的】量化分析农药助剂对空中和地面防控林业有害生物的雾滴粒径影响,为农药助剂的生产应用、喷头的操作使用提供技术依据,为进一步研究新型农药助剂、设计新型喷头和喷雾设备提供理论支持。【方法】利用开路式风洞和激光粒度仪对农药助剂在空中和地面防治时不同风速、喷头类型、喷头孔径、喷施压力、喷雾介质等情况下的雾滴粒径、分布跨度进行研究,并根据美国S572.1标准判断喷头雾谱等级,分析农药助剂配比、喷头结构参数、施药技术因素对雾滴粒径分布的影响。【结果】压力增大和喷头孔径减少,均会导致喷头的雾滴体积中径变小。相较于水作为喷雾介质,当以飘移抑制剂41A作为喷雾介质时,所有喷头的雾滴粒径变大,分布跨度增大,雾谱等级改变。当以表面活性剂LI700和润湿剂CHEMWET作为喷雾介质时,地面国产喷头的雾滴粒径稍变小,雾谱等级维持不变;对于空中CP系列扇形喷头,导流板设置的喷雾偏转角度增大,雾滴粒径减小,雾滴谱分布跨度变小,雾滴雾化均匀性更好。【结论】农药助剂与体积中径、分布跨度显著相关。进行空中施药时,为了降低雾滴飘移,需要添加合适的农药助剂(如飘移抑制剂41A)增大雾滴粒径,提高附着性;进行地面施药时,为了确保覆盖面积和冠层穿透性,需要添加合适的农药助剂(如表面活性剂LI700)降低雾滴粒径,增强沉积率。蜡质层较厚的树木叶片,其表面较难被药液润湿,对于此类靶标喷施农药时,应使用润湿剂CHEMWET,以增加药液在靶体表面的润湿性能和黏附性能。

稻田气力式变量施肥机关键部件的设计与试验

目前在水稻的机械追肥作业中以离心圆盘式撒肥机为主,该方式在作业幅宽方向上的撒施均匀性不稳定,且难以实现作业幅宽方向上的变量施肥。为了满足水稻变量追肥作业的需要,达到化肥减施增收的目的,设计了一种外槽轮式排肥、以空气流为肥料输送和撒播动力的稻田气力式变量施肥机。文章对该机器的关键部件进行了仿真和测试试验,研究了排肥轮转速与排肥量之间的相关关系,并对排肥管道长度对排肥出口风速与排肥滞后时间的影响、排肥管出口相对高差对排肥滞后时间的影响进行了试验。试验结果表明：排肥轮转速与排肥量之间存在极显著的线性相关关系,相关系数R2=0.998,调节排肥轮转速可以较精确的调节施肥量的大小,在变量作业时,结合施肥量的需求及施肥机具的前进速度,对排肥轮的转速进行实时调节,从而达到变量施肥的目的。当机具前进速度为1 m/s,排肥轮转速在10～40 r/min之间变化时,单凭转速调节可实现每公顷施肥量在40～200 kg范围内的变量调节,此外,各排肥口的排肥量误差小于±5%,基本上达到了施肥均匀性的要求。文章还研究了排肥管道长度及安装高差对排肥滞后时间的影响,结果表明：排肥管道长度对排肥出口风速有显著影响,排肥管长度和出口安装的高差对排肥滞后性亦有显著的影响,因此,为了尽可能减小因排肥滞后对排肥均匀性的影响,应避免排肥管过长,并尽量使排肥管出口不高于入口。该研究为进一步的样机制造和优化提供了依据。

电动多旋翼植保无人机升力特性综合测评方法

升力特性是电动多旋翼植保无人机性能测试的重要参数之一。为了实现对电动多旋翼植保无人机升力特性的性能检测,针对不同型号、不同规格的电动多旋翼植保无人机在评价过程中存在无统一的评价指标问题,该文提出了一种半系留式电动多旋翼植保无人机升力特性的测试与评价方法,包括性能检测平台、升力特性测试方法及指标、升力特性的评价方法。为了验证方法的可行性,对3种不同机型(分别为四旋翼机型Ⅰ、六旋翼机型Ⅱ、八旋翼机型Ⅲ)进行了升力特性指标的性能测试试验。试验结果表明:3种机型在功率载荷、重量效率、热效比等方面有较大差异,功率载荷最好的机型Ⅲ比最差的机型Ⅰ大7.6 m N/W,重量效率最好的机型Ⅰ比最差的机型Ⅱ大0.33,热效比最好的机型Ⅲ比最差的机型Ⅱ大10.5 N/℃,反映出3种机型在设计过程中整个动力系统效率、机型整体结构和材料选择上的差异,从而在整机作业性能上表现出差异。在上述指标测试的基础上,结合无人机动力系统数学模型,提出了运用功率载荷、重量效率和热效比进行电动多旋翼植保无人机升力特性综合评价的评分方法,对上述3种机型进行综合评分的结果为:机型Ⅲ>机型Ⅰ>机型Ⅱ,该结果表明所提出的评价方法能有效对不同类型电动多旋翼植保无人机的升力特性进行综合评判。该文所给出的测试与评价方法,不仅能用于电动多旋翼植保无人机性能的评测,还能为机型性能的进一步改进提供参考。

涵道风扇式高地隙杂交水稻制种授粉机设计

为了寻求更高效、更可靠的辅助授粉方法,以利于实现杂交水稻制种的全程机械化,该文设计了一种涵道风扇式高地隙杂交水稻制种授粉机,采用计算流体力学技术对涵道风扇式授粉器的流场特性进行仿真研究与试验分析,并试制了样机,根据仿真试验得到的授粉器优选参数,进行了田间验证试验。试验结果表明,在授粉机行走速度为1.5m/s及授粉器电机转速为9000rad/min条件下,单位视野内母本厢花粉采集点的花粉平均粒数为8.39粒(杂交水稻制种农艺上要求至少有3粒花粉),较好地满足了杂交水稻制种授粉对花粉数量的最低要求。安排了涵道风扇式高地隙杂交水稻制种授粉机赶粉与农用无人机赶粉的实际生产作业对比试验,测得2种授粉方式的结实率分别为44.2%、42.7%,两者作业效果相近,说明所设计的涵道风扇式高地隙杂交水稻制种授粉机能满足杂交水稻制种的实际生产需要。该研究为杂交水稻制种机械化提供了参考。

基于无人机精准投放赤眼蜂的探讨

为了探究适合无人机精准投放赤眼蜂的技术,阐述了国内外常见的投放技术,包括人工悬挂蜂卡、人工抛撒、喷洒赤眼蜂悬浮液以及投放赤眼蜂释放器等,并详细分析了不同投放技术的特点、适用范围及其在农业航空投放虫卵方面的应用条件。对比了人工投放技术和无人机投放技术的作业特点及目前航空投放中常用的方法,分析了无人机投放技术的可行性、优越性、重要性、应用需求及作业要求,探讨了开展无人机投放技术的相关研究需要解决的关键问题,为进一步开发适用于无人机的赤眼蜂投放装置提供参考。

气力式无人机水稻撒播装置的设计与参数优化

当前用于无人机挂载的撒播装置通常为离心圆盘式,该方式的落种区为圆弧形,撒播均匀性不稳定,且在作业幅宽方向上的调控比较困难。为了改善撒播作业的效果,探究适合无人机挂载的水稻撒播装置,该文设计了一种气力式无人机水稻撒播装置,利用气流将种子沿不同的方向吹送出去。该文就种子颗粒在所用无人机平台风场中运动情况进行分析和归纳,对撒播装置的关键部件进行了仿真和测试试验,研究了分流箱气流出口尺寸与出口风速的关系,以及导流通道的锥角对导流通道内的气流与气压分布的影响及对撒播幅宽和撒播均匀性的影响。试验结果表明:分流箱气流出口尺寸与出口风速之间存在极强的负相关关系,根据设计需求选择φ32 mm作为较佳的气流出口直径。导流通道的锥角与撒播幅宽之间存在极强的线性相关关系,相关系数R2=0.999。综合考虑通道内的气压和流速分布,以及锥角对幅宽和均匀性的影响,优选130?为导流通道的锥角。该文进一步研究了无人机作业高度对撒播幅宽和撒播均匀性的影响,结果表明:在1~2.8 m的范围内,作业高度与撒播幅宽的相关性显著系数为0.359>0.05,作业高度与撒播均匀性的相关性显著系数为0.197>0.05,在给定的高度范围内无人机作业高度对撒播幅宽和撒播均匀性的影响不显著,在实际作业中,综合考虑撒播幅宽和均匀性变异系数以及田间作业环境等因素,优选2 m作为该无人机平台的适宜作业高度。该研究为进一步样机的优化改进提供了参考。

杂交水稻穗层埋入式管道送风辅助授粉机设计与试验

高地隙杂交水稻制种授粉机在作业过程中,当泥底层高差变化过大时,两侧的授粉器上下颠簸导致授粉器风场脱离父本穗层最佳作用位置,甚至完全脱离父本穗层,从而导致局部区域出现授粉缺失。为解决上述问题,该研究设计了一种杂交水稻穗层埋入式管道送风辅助授粉机,从减轻授粉器质量和增加有效作用深度2个方面进行优化,对授粉器的分流器和授粉管进行分析,并对分流器的气流均布效果和授粉器的气流风场特性进行仿真试验。仿真结果表明:在工作区间内,分流器的气流均布效果与入口风量无关(P>0.05),根据参数优化选出的分流器可使3支授粉管的入口总压平均变异系数仅为1.14%;授粉管的喷孔直径为12 mm时,授粉边界区域风场速度约为1.2 m/s,可保证花粉横向悬浮运送至整个母本区域。根据理论分析和仿真结果试制样机并进行试验,结果表明:授粉机行走速度为1.5 m/s,作业效率约14 hm^(2)/h,在通过200 mm地面高差时依然具有稳定的穗层风场保持能力,授粉管喷孔轴心气流平均速度为34.2 m/s的条件下,母本厢花粉采集点的载玻片单位视野内平均粒数为8.35粒(杂交水稻制种农艺上要求至少有3粒花粉),其中平均花粉粒数多于3粒的采集点数量占比为96.02%,基本解决了局部区域授粉缺失问题。该研究可为杂交水稻制种田间机械化授粉提供参考。