农用无人机（精选八篇）
农用无人机 篇1
作业优势凸显
中国农机化协会农用航空分会秘书长郭庆才指出, 农用无人遥控飞行器 (简称无人机) 最初应用在地图测绘、地质勘测、灾害监测、气象探测等方面, 属于高科技产品。目前被广泛应用到农田地理信息获取, 农作物长势监测和病虫害监测, 农作物播种、施肥、施药等领域。
据农业部农机化研究所主任薛新宇介绍, 无人机采用低量喷雾, 可节省90%的水和50%农药, 农药有效利用率35%以上;无人机空中作业, 不受地形环境影响;利用无人机进行药剂喷洒, 是由专业飞控人员实行远距离遥感作业, 使农民和农药的接触降到最低;同时用无人机代替农民喷洒农药, 也可解放农民劳动力, 从而保证农民的身心健康。
记者在研讨会现场了解到, 农用无人机在我国尚属起步阶段。截至2012年底, 我国约有100余台无人机在使用, 操作人员有120余名, 而在日本, 已经有2400余台农业无人飞机在使用, 培训操作手14163名, 2012年防治面积963, 250h㎡, 占总耕种面积的50%, 且形成了规范的服务体系。国内农业用途的无人轻、小型飞机在国内处于研究和初步试用阶段。应用的主要机型有单旋翼直升机和多旋翼直升机两种。
市场需求旺盛
来自全国的7家科研单位及企业代表介绍中无不提到农用无人机的高产高效和生态安全。无人机的作业效率是目前地面植保机具防治效率最高的高架喷雾器作业效率的8.38倍, 飞机作业不仅效率高、节省大量人力和农药, 而且完成同样作业面积的耗油量也比拖拉机等农业机械少。在引入无人机的地区, 特别是双季稻产区逐渐受到用户的认可和欢迎。
与会企业代表还说, 无人机发展前景广阔, 市场潜力巨大。预计2015年国内无人机需求量将达到2000台, 2020年不会低于5000台。比如, 2012年, 我国耕地面积18亿亩, 如果每年喷洒5次, 每亩作业价格10元, 那么在植保市场上, 无人机一年的作业收入将达到900亿元。
如何冲破藩篱
无人机的优势凸显, 日益受到重视。然而, 在农业实际作业中还面临很多亟待解决的问题。对此, 与会企业代表强烈呼吁, 政府主管部门应早日制定我国农业无人飞机的制造标准、鉴定标准、作业标准;争取将农业航空飞行器纳入购机补贴目录;深入开展农业无人机技术的宣传和试验示范推广工作。
中国农机化协会农用航空分会会长杨林表示, 机遇和挑战并存。无人机虽不完美, 但是家庭农场、土地流转、服务组织的升温给农用无人机的发展带来了前所未有的机遇。农用航空机械的推广应用需要企业和政府的共同努力。农用航空企业要充分考虑到不同地区的农民需求, 生产研发出来的产品能经得住市场考验。
农用无人机，现代农业的助航者 篇2
随着全球信息通信技术和智能控制技术的快速发展，无人机在许多发达国家和新兴经济体都取得了突破进展，并在很多领域表现出巨大的应用前景，尤其是在农业领域。2015年发布的中央一号文件强调，强化农业科技创新驱动作用，突破智能农业的发展局限。由于智能农业的发展需要精准化的数据驱动和集约化的作业模式，而无人机在农业数据监测、信息采集、植保作业等方面具有突出的优势，多以无人机可以为农业现代化的推进提供强大的助力。可以预见的是，在悄无声息地改变着农业的生产作业方式的同时，农用无人机将引领现代农业的智能化发展之路。
农用无人机优势突出
没有驾驶舱，但安装有自驾仪和飞行姿态控制仪，没有灵巧的机动性能，但是有突出的稳定性和简约的结构设计，这就是农用无人机，无人机领域的一个小家族。近来，农用无人机真可谓大放异彩，吸引了了众多人的眼球，因为国际无人机系统协会的一份研究报告显示，在美国，无人机将在2015年正式开始商业化评估，其中无人机商业化的第一个十年当中将创造经济效益820亿美元，而其中农用无人机创造的经济效益会占到750亿美元。
农用无人机真的有那么强悍吗？在以往我们接触的领域中，无人机在民用领域的应用主要是在航空摄影，地面灾害评估，航空测绘，交通监视，消防人工增雨等方面，将无人机引入到农业生产中，究竟可以起到多大的作用呢？
让我们用相关数据来说话。无人机可用在农业生产中的地方实在是太多了，但主要体现在农作物的播种（授粉）、洒药、施肥，以及对农作物长势和病虫害进行监测等方面。
有了农用无人机，就可以大幅提升农业现代化水平与生产效率。
如利用无人机喷洒农药，可以将农民从繁重的植保劳动中解放出来，而且效果更佳。与纯手工喷洒相比，无人机喷洒效率提升近30倍，无人机洒药平均每亩仅需2分钟，每天可300亩，而人工每人每天仅能完成10亩。据统计，美国平均每个农民可耕种面积为100至200公顷，合1500亩到3000亩（有报道称美国最为现代化的农场可以实现一个农民耕作3000英亩，约合1.8万亩），相当于国内水平的3至6倍。
将无人机引入到农业生产中还可以大量节约资源，利于环境保护。还是以喷洒农药来说，无人机喷洒农药使用的是低量喷雾技术，不但可以节省20-40%的农药，重要的是相比人工操作，无人机还可节省90%的水，对我国这样一个缺水国家又是何等重要。由此带来的食品安全和环境保护效益也不可忽视，因为随着虫害抗药性的增强，农药的毒性也在与时俱进，而减少用药量无疑有利于食品安全，也利于水土保护。
此外通过无人机进行航拍测绘作业，可以极其廉价的方式收集到大量有效数据，监控作物长势或预估产量，同时这些数据也可作为进一步调整农业生产管理措施的依据。
综合来看，农用无人机具有作业效益高、速度快、防治范围广、操作安全性能稳定等优点，能大幅降低农业作业对人力在数量和劳动强度上的要求。而且无人机不受农作物长势及地理环境的限制，可有效应对农作物生长过程中人力以及施药（肥）等作业机械无法工作等情况，如在我国南方丘陵山地地区，耕作区域地形崎岖，土壤湿重且黏性大，普通机械很难下地作业，而无人机则可以在不损坏农作物及土壤物理结构的条件下省时省力地完成作业，很好地解决这一难题。
近日发布的中央一号文件强调，强化农业科技创新驱动作用，要在智能农业等领域取得突破。智能农业的发展需要精准化的数据驱动，而无人机在农作物数据监测和信息采集方面具有其他技术无可比拟的优势。2014年中央一号文件提出要“加强农用航空建设”，农用无人机产业发展政策环境良好。
我国是一个农业大国，发展安全节约高效的精准农业是农业现代化的重要标志，也是我国农业发展的一个目标。无人机在精准农业发展中具有非常重要的应用价值，因此将成为当前我国现代化农业发展中的迫切需求。
农业是无人机商业化的真正突破口
无论是中国还是美国，未来民用无人机最大的领域都一样，那就是农业和物流领域。但相比物流领域，农业所遇到的障碍要小得多。这其中并不是由于技术问题，而是无人机在物流领域中的应用需要较多的立法准入条件，以及需要通航政策的进一步放开，因为这涉及到空域的安全问题。
目前美国的无人机物流必须在 FAA（美国联邦航空管理局，Federal Aviation Administration） 登记，禁止其在人群上空飞行。无人机的时速被限制在 160 公里之内，最高只能在 500 英尺（约 152 米）海拔高度飞行，飞行时能见度必须超过 5 公里。而在中国，对无人机物流还没有具体规定出台，所以现在还处于禁止状态（虽然淘宝网曾经试探性地将货品通过圆通公司提供的无人机进行快递递送服务，但是在2015年2月国家空管委就淘宝网在北京送快递事件进行调查说明，并明确无人机相关单位责任，北京空军认为淘宝无人机快递不符合现在对无人机飞行航空管制规定的要求。）。
业内专家认为，面对种种障碍，农业才是无人机商业化的真正突破口，农业市场对无人机的“刚需”主要有以下理由：
首先，农业作业区往往处于偏远郊区，地广人稀，视野开阔，也不会对法律以及监管政策造成冲击；而且国内大多跟政府或者合作社合作，也在一定程度上避免和公共利益发生冲突；其次是农业市场也足够大。国内无人机市场潜力非常大，市场可容纳15万架植保无人机，年服务总值预计在450亿元。
在美国，将农业视作美国无人机商业化的第一个突破口是经过了风险和回报比对所得出的结论。
美国无人机行业专家表示，从控制风险的角度来看，农田远离市区，地广人稀，视野开阔，完全可以符合监管部门要求的飞行距离不能过高，不能造成交通事故以及必在操作者视野范围之内的安全性要求。而且美国农田基本属于“私人用地”，这样就避免和公共利益发生冲突，也处在可商业、可私用的灰色地带。这都是农用无人机更容易获得监管部门批准的原因。
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除了风险可控而经济效益巨大之外，农用无人机在其他国家已经开始使用的成功案例也给美国、中国的监管方提供了借鉴。美国农业部发展专家卡尼 （R.J. Karney） 就在美国国会呼吁，日本和澳大利亚从上世纪80年代开始就在使用农业无人机，美国应该赶紧立法迎头赶上。而《经济学人》的报告显示，在已经可以使用农用无人机的法国，每公顷的农田因此增加收入约62美元。
目前，农用无人机在美国、日本、西欧等地使用已非常普及。日本是无人机农业应用领域中的佼佼者，从1990年推出世界上第一架用于喷洒农药的无人机到现在，每年有超过2000台雅马哈生产的直升机被用来给大约1517万亩稻田喷洒农药，给该国农业植保带来了很大的便利。
农用无人机在中国的市场机会窗口则在2014年快速打开。
2014年中央一号文件首次提出加强农用航空建设。什么是农用航空？就是与农业作业相关的航空设备和服务。我国的农业植保仍以手动为主，既危险又低效。我国每年农药中毒人数有10万之众，致死率约20%。农药残留和污染造成的病死人数至今尚无官方统计。所以在以“规模化、集约化”为特征的中国现代农业对农用飞机提出了迫切需求；同时，中国“十二五”期间设立的农业航空补贴项目进一步扩大了农用航空市场。
目前我国已经有多个省市开始对农用无人机进行补贴，比如在2014年，河南省首次将农用航空器列入农机购置补贴范围，并实行累加补贴。农民或农民专业合作组织购置农用无人机，将享受到1/3省财政专项资金补贴和1/3农机购置补贴。农民或者合作社购买一架市场价卖18万的农用无人机，只需6万块钱就能买到。
湖南省也将农用无人机列入农机购置补贴范围。湖南的另一有益经验是在没有国家标准的情况下，2013年湖南出台了《超低空遥控飞行植保机》地方标准，为农用无人机的生产和使用提供了规范，农用无人机作业面积也迅速增长。
此外，行业的突破还在于在科技部中国农村技术开发中心、中国工程院农业学部、中国农机化协会等单位的协助下，我国农用航空产业技术创新联盟在2013年成立了，目前罗锡文院士担任理事长，联盟由积极投身于农业航空产业技术进步，从事相关技术与产品的研究、开发、生产、制造、服务的企业，科研单位和大专院校，以及农业航空市场管理，产品检测鉴定及技术推广等相关机构自愿组成。该平台为我国农用无人机长足发展提供了组织保证和技术交流平台，。
谁会挖到农用无人机的第一桶金
我国是农业大国，随着经济社会的快速发展和农业现代化的加快推进，以“高效精准”为特征的农用航空产业受到社会的广泛关注。农用航空在农情信息采集、植保机械化、农业特种作业等方面得到广大用户的认可，市场潜力巨大。
我国耕地面积超1.2亿平方公里，目前，中国18亿亩耕地红线，适合飞防植保的约为15亿亩。预测2015年土地承包经营权试点覆盖面积达到5亿亩，另农垦系统有约9180万亩耕地。以每年喷洒5次，每平方公里作业价格150元为例，农用无人机一年的理论作业收入接近千亿元。专家预计，到2015年，农用航空器国内总需求量将超过2000台，至2020年不低于5000台。那么，究竟谁会挖到农用无人机产业的第一桶金呢？
应该说，农用无人机生产领域的重点企业，是该产业的第一梯队，也掌握着对该行业的重要影响力。
目前农用无人机的重点生产企业有40多家，如荆门航空、西安飞行自动化控制研究所、贵州飞机、安阳全丰、无锡汉和、中航天宇、珠海银通、山东新晨、高科新农、韦德沃德等农用飞机整机企业、通航作业公司等业内领军企业。
比如“无锡汉和”等企业在引进国外微小型无人机型的基础上，开发了电动航拍系列和农业植保系列无人机型，目前已基本定型，任务载荷在10、15、20KG，产品已经进入小批量生产。此类无人机由于受机体和载质量限制，田间作业时无法完全实现自动驾驶而采用了半自驾的方式，经济性较好。汉和旗下的核心产品CD-15农用植保小型无人驾驶直升机，使用普通汽油为燃料，每次装药量为15公斤，喷洒时间12～15分钟，可以喷洒20～30亩地，集成有各种传感器在飞行时可保障飞行系统安全容易操作；拥有喷洒轨迹显示与信息化管理系统，对喷洒轨迹与喷洒面积进行远程记录、计算、管理与结算。产品可广泛应用于农药喷洒、作物授粉、农业测绘、病虫害监测等领域。该产品已出口至美国、俄罗斯、南美等国家。
位于重庆的金泰航空也是该领域的佼佼者。金泰航空工业以高尖端微型涡轮喷气发动机、共轴直升机和多轴无人飞行器为核心技术，在无人航空器制造领域，金泰航空工业相继开发并制造出具有多项国内外领先且独立知识产权的无人航空产品。金泰航空推出的农用无人机产品单价在40万～65万元。据悉，在此前的一次农业机械展览上，来自山东、新疆等地的买家就订购了金泰航空生产的农用无人机100多架。
另外，我国200多家航模企业中也已经有很多介入到农用无人机的生产。此类无人机多以电池提供动力，载质量在10KG以内，在国内已具备大批量生产能力，其优点是轻便，灵活，能效高、起降方便，价格低，缺点是载质量低，续航时间短，但也具备了一定的价格优势。
在科研方面，我国目前以浙江大学，农业部南京农业机械化研究所，华南农业大学，等单位为代表开展了航空施药技术，GPS自动导航技术，农用无人机平台技术，航空施药污染评价技术，低空遥感平台等技术的研究，并取得了多项技术成果，包括无人驾驶自动导航低空施药技术，低量低飘移施药技术研究在高精度GPS的无人驾驶自动导航低空施药技术研究方面取得突破性进展，精确的航路规划解决了航空喷雾作业喷幅的精确对接，提高作业质量。同时以解放军总参六十所、沈阳自动化所等单位为代表的无人机生产企业，研究开发了一批具有较高自主水平，能够在空中自主飞行，或进行远程引导，并执行任务的旋翼无人飞行器。由于受到技术、市场等因素限制，此类无人机没有形成大批量生产，很多还处于样机阶段。
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联合助推农用无人机进入新时代
近几年国内农用无人机发展迅猛，从业企业数量激增，包括国营企业、民营企业、大型企业和小型企业。农用无人机的应用也从喷药、播种、施肥、数据收集向着更广泛的领域发掘，目前农用无人机示范应用越来越多，形势喜人。2014年中央一号文件首次提出加强农用航空建设，为农用无人机提供了更大的机遇。然而，农用无人机在我国还属于新生事物，发展中难免会遇到一些问题。
其中之一是产品标准还没有出台，包括质量标准、作业规范、效果评价规范等基本还处于空白状态。这种标准的空白一方面是由于我国农用无人机的技术落后和企业实力不强造成的，比如在无人机的续航能力方面，我国的农用无人机普遍表现为无法满足长时间、高强度的农事生产需要。一般的无人机续航能力在半小时左右，作业时需要频繁更换电池，这使得其使用效率大打折扣。只有续航能力提高到2～3小时以上，才能体现出其效率优势，大范围推广应用。
所以，未来需要明确产品质量鉴定与监管部门，尽早制定我国农用无人机产品设计、生产、制造的技术标准，建立产品质量检测标准与质量管理体系；研究制定农业植保无人机飞行作业管理规范与标准，农业植保无人机飞行作业操作人员岗位培训与资质认证体系，实现持证上岗；研究制定无人机航空植保作业质量、防治效果评价和环境风险评估标准规范，促进无人机航空植保产业的高质量、高效益和安全可控发展。
其次是相应的政策法规还比较缺乏。
虽然我国相关部门也出台了一系列政策，旨在逐步放开1000m以下的低空空域，以鼓励和支持我国农业航空的发展。到目前为止，在国家层面尚未有促进农业无人机航空产业发展的行业政策，也没有对无人机进行采购或者能耗补贴的扶持政策。目前只有安徽、河南的几个省出台的补贴政策，类似于农用无人机这种贵重农机购置，补贴政策已成为左右农机市场的决定性因素，补贴政策实施的力度、执行的好坏直接影响着市场的动态和产业的发展。目前因飞机价格、维护、使用成本高，农用航空器材的推广受到很大限制。应加快对通过质量检测鉴定飞机和航空植保装备的农机补贴进度。
另外，目前对农用无人机的管理处于模糊地带。将农用无人机的管理体制参照目前的民用航空管理办法，明显不合时宜。因为这种超低空，超短距的飞行方式，是无须用原有的民用航空管理办法进行制约的。所以目前无人机航空作业的管理置于真空地带，如果不及时出台管理规范，将可能导致一系列相关社会、法律问题的出现。
最后则是农用无人机社会化配套服务体系还不健全。
农用无人机在农业生产，尤其是在农业植保方面起着非常重要的作用。虽然目前我国的农用无人机市场正在飞速增长，但是与其配套的形式多样的社会化服务体系尚不健全，中介、培训、维修、保险、租赁等还未实现规模化经营，少数从事相关服务的企业也因承受不了巨大的成本支出，而无法实现规模化、市场化。
我国目前亟需要建立确定安全监管机构，以健全航空植保准入和运行的安全监管法规体系，定期对农用无人机及航空植保装备进行资格检查，对训练学习和机具操作人员资质进行定期审核，对参加作业人员进行安全教育并签字，做到防患于未然，确保航空植保作业顺利进行。
针对上述问题，为确保我国农用无人机产业的健康发展，我国应进一步加强农用无人机作业的软硬件环境建设，切实提高农用无人机作业的适应性。在合适的条件下，针对农用无人机行业加强立法，出台有针对性的政策法规，以强化管理和规范。只有在各方的共同努力下，我国农用无人机产业才能优化内外部环境，带动我国农业的现代化进程步入一个崭新的时代。
农用无人机喷洒系统研究 篇3
无人机 (unmanned aerial vehicle, UAV) 是一种机上无人驾驶的航空器, 其具有动力装置和导航模块, 在一定范围内靠无线电遥控设备或计算机预编程序自主控制飞行[1]。20 世纪初, 无人机最先出现在美国, 并被运用在军事上, 经过近百年的发展, 无人机技术越来越成熟, 并且被广泛运用在各个领域, 尤其是农业方面越来越多的出现无人机的踪影。农用无人机按结构可以分为固定翼无人机、多旋翼无人机和无人直升机。按动力分, 分为电动、油动混合动力无人机。随着科学技术的发展, 劳动成本的提高, 无人机越来越多的被用在农药喷洒、灌溉作业、森林灭火、电力寻线、水质监测等农业方面。
我国是一个农业大国, 发展安全、节约、高效的精准农业是农业现代化的重要标志, 也是我国农业发展的一个目标。无人机在精准农业发展中具有非常重要的应用价值, 因此也成为当前我国现代化农业发展中的迫切需求[2]。与固定翼、无人直升机相比, 多旋翼农用无人机在喷洒农药, 液体肥料等方面有更大优势。其优点主要表现在以下几点:
1.1 高效安全
与纯手工相比, 无人机喷洒效率提升近30 倍, 无人机洒药平均每667m2只需2min, 每天可喷洒20hm2, 而人工每人每天仅能完成0.67hm2[3]。人工打药劳动强度大、效率低、天热还容易中毒, 无人机作业使人无需与药物直接接触, 能够有效解决安全问题。
1.2 雾化效果好
无人机飞行高度低、旋翼向下的巨大旋力推动农药雾流对作物从上到下穿透、漂移少、雾化效果较好。与地面常规大容量喷雾相比, 无人机低量喷雾的药剂稀释倍数减少了40倍, 也即雾滴中的药剂浓度提高了40倍[4], 药物用量大大减少了, 而雾化效果大大提高了。
1.3 操作简单灵活
多旋翼的最大特点是, 操作简单, 易上手。多旋翼无人机的飞机结构非常对称, 飞机的重心在机身的几何中心点, 再加之, 其有智能化飞行系统, 所以飞机在空中姿态特别平稳。多旋翼无人机由于能够垂直起降、自由悬停, 可适应于各种速度及各种飞行剖面航路的飞行状况[5], 具有很好的灵活性。
2喷洒系统原理介绍
喷洒系统主要包括液位测量系统与无线电遥控系统。液位检测系统检测机载端液位高度, 无线电遥控系统传输实时液位高度数据, 在低液位时进行低液位报警, 并对水泵开闭进行相关的控制[5]。当飞机在远处进行喷洒作业时, 人的肉眼无法看到药箱中药物剩余量以及药物是否喷尽。这时可以在药箱中设置一个电容式液位测量传感器, 来实时检测液位高度。被测量通过传感器的检测, 把液位高度数据传送给处理器, 处理器将机载端的液位数据通过数据发射端传送到地面端数据接收端, 数据接收端与地面遥控系统有线连接, 地面系统通过无线电波控制执行机构的开闭, 从而达到对测量的控制。原理图如图1 所示:
3喷洒系统硬件设计
3.1 喷洒系统液位测量控制
喷洒系统液采用8031 处理器进行控制, 液位测量采用电容式液位传感器。电容式传感器是将被测非电量的变化转化为电容量变化的一种传感器[6]。主要包含1 个测量电路, 包括以下几个模块:信号发生模块、接收采样模块、DSP处理模块和时钟模块。测量的原理是:电容敏感元件的两极浸没在被测液体, 随着液面高度的变化而变化, 从而引起对应电容量的变化, 最后将电容量变化转化为对应液位高度即可。
喷头是带有防滴功能的硬管和软管全部兼容的内走水喷头, 主体采用高强度尼龙, 喷嘴采用铜制成, 强度和韧性更好, 同时可配备50 目或80 目高质量不锈钢过滤网, 不易堵、雾粒细、雾化均匀, 大大提高农药的利用率。
主体组成:该种喷头由喷头体、快接嘴、防隔膜、防滴帽、过滤网、密封垫、快拆帽、喷嘴等组成。更换或清洗喷嘴、过滤网时非常方便, 只需将快拆帽拧动1/4圈即可;喷嘴还可以任意调整喷洒角度。主体由高强度尼龙与铜组成, 制作精良, 经久耐用。
雾化:由于喷嘴由铜制成, 不仅经久耐用不变形, 而且铜喷嘴的制作工艺比传统塑料喷头可以做的更加精细, 所以使得雾化效果更好。
流量:由于快接嘴使用的管径6mm的铜制成, 而传统喷头使用的管径10mm尼龙制成。这样的情况下, 同样容量的水, 使用同样的压力, 该喷头的压力更大, 流量更小。
3.2 数据传输控制
飞行数据处理采用叠加模块 (IOSD) , 与飞控系统配合使用, 对飞行数据进行叠加, 也可将喷洒系统的实时数据进行叠加与传送。
数据远程传送模块包括2 部分, 图传发射极和图传接收极。发射极处于机载端, 传送飞行数据及喷洒系统液位高度数据, 接收极处于地面端, 两者是通过无线电波进行实时数据传送的。
无线遥控模块包括遥控发射极和遥控接收极, 通过无线电的来控制电子开关的导通与关断, 进而控制水泵的通与断, 最终达到控制液位的目的。
系统硬件连接关系方框图具体如图2 所示:
4系统软件设计
喷洒系统主要包括液位测量系统与无线电遥控系统。液位测量系统软件以Arduino为开发环境, 以C/C++ 为基础语言。系统软件总流程图如图3 所示, 第1 条语句if (millis () -fast_loop Timer >29) 中的millis () 函数是在程序开始运行进入系统初始化时开始中断等待, 如果等待时间超过30ms时就会执行下面全部程序, 不满足条件就会一直等待。初始化完成以后, 然后系统会进入系统参数检测的子程序, 对数据进行处理、读取。如果系统系统的数据读取不成功或者有误, 将会重新返回, 进行参数检测, 直至数据读取成功为止。读取的数据一方面通过无线电远程传送, 在显示器上显示液位高度, 另一方面将读取的数据进行参数修改、储存在FLASH中, 返回到“中断等待”, 准备下一次液位高度的读取。其中, 无线遥控系统主要是根据液位测量系统获取的液位高度, 对执行机构进行控制, 即对水泵的远程控制, 达到控制液位高度的目的。
5结论与展望
实际作业中表明系统喷洒效果好, 效率高。中国是一个农业大国, 农业机械化生产方式还未普及, 再加之劳动力的缺乏, 给无人机在农业方面的应用与推广带来了前所未有的机会。多轴无人机因其智能化程度高, 飞行稳定、操作简单, 在喷洒农药方面, 受到人们的广泛喜爱。由于其动力的限制, 使用锂电作为动力电池, 所以续航时间有限 (15~20min) 。希望能找到一种混合动力来替代纯电动动力, 来突破续航时间的限制。
摘要：本文首先分析了农用无人机 (unmanned aerial vehicle, UAV) 的发展和优势, 在此基础上设计了一种农用无人机喷洒系统。本设计以四旋翼无人机为平台, 利用无线传输技术最终实现喷洒系统的液位高度测量、液位临界点报警、水泵自动关闭等功能。
关键词：农用无人机,喷洒系统,液位高度
参考文献
[1]Adem C, Vincent G, Everett A.Unmanned Air-craft System in Romote Sensing and Scientific Research:Classifcation and considerations of Users[J].Romote Sensing, 2012 (4) :1671-1692.
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[4]岳基隆, 张庆杰, 朱华勇.微小型四旋翼无人机研究进展及关键技术浅析[J].电光与控制, 2010 (10) :47-51.
[5]高圆圆.无人直升机 (UAV) 低空低容量喷洒农药雾滴在禾本科作物冠层的沉积分布及防治效果研究[D].东北农业大学, 2013:1-5.
农用无人机“展翅”冬交会 篇4
这两架用于喷施农药的无人直升机长约3米, 前端装有油箱, 两侧为装药壶, 腹部则是喷洒口。这个看似遥控玩具的无人机在实际农业生产中究竟能发挥多大作用?该公司一位工程师的一番解说, 让周围的农业“老把式”们大开眼界:
这款遥控无人机使用GPS定位操作, 一次可装载10千克农药, 在作物顶端2～3米处飞行, 20分钟就可完成1.3公顷农田或林地的农药喷施, 工作效率是传统人工的60倍以上。同时, 飞机旋翼产生的强大气压能让药剂向下定向喷施, 使植物全株带药吸收率提高30%以上。由于无人机是以微量喷施的方式作业, 因此, 每公顷的用药量也下降三成, 极大地减少了过度施用农药对环境的破坏。
据了解, 作为现代植保技术的前沿技术, 无人机低空施药在欧美等发达国家已经成为植保服务的主要方式, 但这在我国还处于起步阶段。在美国, 70%的农药喷洒由5家专业的飞机植保公司完成, 而在日本和韩国, 这一比例达到100%。近年来, 随着我国农业产业化的不断推进, 土地流转进程加快, 大量土地向种植大户、合作社组织以及农业龙头企业集中, 这为飞机喷施农药作业创造了良好条件。
全丰植保公司总经理周国强告诉笔者, 该公司目前开发的两款无人机价格已经接近一般的普通农机, 由于使用效果明显, 目前全国已有20多个省份的客户发来了意向订单, 购买群体主要是各地植保部门、小型农场以及农资经销商, 也有一些种田大户买来自用。
随着无人喷药直升机市场的逐步升温, 由此衍生出的无人机租赁服务、操作员培训、浓缩农药生产等产业也崭露头角, 共同构成了一条新的产业链条。
对无人喷药直升机进行了详细考察的湖北天升畜牧养殖有限公司总经理刘欣向笔者算了一笔账:“按无人机每天作业26.7公顷, 每公顷只收150元服务费计算, 每天毛收入可达4 000元。除去投入的动力和维修成本, 大约70天就可以收回成本。所以我准备买一架在自己的农场使用, 平时出租也是合算的。”
正是看到这一前景, 安阳全丰公司已在全国率先办起了无人喷药直升机操作员培训班, 初级班50天的培训费为1.5万元, 报名者趋之若鹜, 一个无人机操作员培训产业正逐渐形成。周国强还指着衣服背后印制的“全丰飞防大队”几个字告诉笔者:“我们公司已经投入了30架无人机, 和政府合作成立了专门的飞机植保防治服务队, 向各个农业专业合作社出租设备和提供打药服务, 目前订单也不少。”
平阳首次引进农用无人机 篇5
近日, 浙江省平阳县大雁植保专业合作社购买4台农用无人机, 开创平阳县引进农用无人机先河。这4台无人机是江西黑蜻蜓无人机科技有限公司的产品, 型号为3HQT￣4A, 动力采用锂聚合物电池, 旋翼8个, 任务载质量4 Kg, 可喷洒农药0.067~0.1 hm2/min, 售价5万余元。据大雁植保专业合作社负责人介绍, 该机性能平稳、可靠、安全, 操作简便, 易学易用, 性价比高, 合作社今后将充分利用无人机开展植保服务。
农用植保无人机的推广应用探讨 篇6
1 无人机在农业植保方面应用的优势
1.1 高效安全
农用植保无人机每天作业面积超过350亩, 是人工喷洒效率的30倍以上, 与地面植保机具的防治效果相比, 其效果也比普通高秆款喷雾器高出6—8倍。此外, 农用植保无人机由于受自动飞控导航控制, 从而避免了工作人员与农药的直接接触, 对工作人员的生命健康安全具有良好的保护作用。
1.2 作业自动化程度高
农用植保无人机的施药工作不受地形或高度的限制, 只要其飞行高度处于控制信号范围之内便能接收到控制信号的各项指令, 所以在田间、地头等任何位置均可起飞。即便无人机处于控制信号范围之外, 其失控保护功能也会立即启动并等待信号恢复, 待重新进入控制信号范围之内时, 便能立即重启航线自主接力, 即从断药处开始补药, 从而避免了人工重复喷洒的现象发生[2]。还可以依据航路规划, 自主飞行作业, 一键起降。
1.3 防治效果好
农用植保无人机具有在较低的高度进行低量喷药的特点, 保证了其药液雾化的效果。此外, 在药液喷洒时, 旋翼所产生的向下气流能帮助雾流穿透作物, 避免雾流漂移至别处, 从而增加了药液在单位面积上的沉降覆盖密度。药液均匀的喷洒, 不仅有效提升了农药喷洒的效果, 还能进一步减少因农药落入土壤而对土壤与环境造成污染的现象发生。
1.4 劳动强度低
在工作效率方面, 农用植保无人机的运用不仅能让工作人员远离药的危害, 还能极大降低工作强度, 保证工作效率。这对解决目前农村劳动力紧张、劳动成本高等问题提供了切实可行的办法[3]。当病虫害大面积发生时, 该方式则能将其迅速控制, 从而最大限度减少虫病的危害。
2 农用植保无人机的应用策略
2.1 开展无人机病虫草害实际防治效果的研究
针对农用植保无人机的推广与运用, 相关部门应加大与无人机生产企业、植保部门的合作, 积极开展关于无人机实际防治效果的专题讨论会, 从飞行的速度、高度、气流、不同作物以及不同作物的生长周期等各方面去分析, 并与常规施药工作流程进行比对, 从而进一步优化机具参数, 有效提升农用植保无人机的工作效率。
2.2 进一步提高无人机的性能
1) 电动无人机是由蓄电池提供动能, 要保证具有足够长的续航时间和较大的载荷, 蓄电池的容量和性能极为重要。
2) 针对无人机设计方面的优化, 主要工作在于完善其飞行控制程度, 以提高无人机的智能化与自动化的程度, 促使其具备自动躲闪障碍物、飞行记忆、缺省保护、自主飞行等功能, 全面提升机具操作的方便性, 有效提升农用植保无人机的推广应用范围。
3) 随着现代社会的不断发展, 农业生产规模化已是大势所趋。对此, 相关部门与无人机生产企业应在研发大载重无人机的同时加强植保的应用效果, 以确保机具施药的精准性。
4) 相关部门与无人机生产企业应在大力研发新型无人机的同时加大专用喷头的研发, 以增强无人机的施药效果。
由于无人机植保虽是以无人机为载体, 但无人机的操作、维修与保养等各方面仍需具备一定技术能力的工作人员才能完成。因此, 制定可行的发展模式十分有必要。此外, 相关部门要加大对无人机植保技术的宣传与引导, 根据各地的实际生产需求, 给予相应的扶持力度, 鼓励种粮大户积极响应政府号召, 统一管理, 统一作业, 进一步增强农业植保效率。
2.3 建立无人机驾驶员培训制度
为确保农用植保无人机在农业种植地区的广泛应用, 首先应建立完善的无人机驾驶员培训制度, 以保证整个行业的稳定发展。2014年6月, 在中国民用航空去的委托授权下, 中国航空器拥有者与驾驶员协会已着手进行了对首批无人机驾驶员的培训工作, 进一步提升了工作的安全性与使用效果。因此, 拥有农用植保无人机的单位, 应积极响应政府的号召, 必须聘用经过专业培训的无人机驾驶员来开展田间作业。
3 结束语
综上所述, 目前, 我国农用植保无人机技术正处于起步阶段, 其发展仍需得到相关部门的大力支持, 以推动农业产业化的发展进程。考虑到农用植保无人机技术的复杂性以及设备购买的高成本, 政府应加大对农业植保无人机技术研发的扶持力度, 以普及农用植保无人机在农业中的应用, 从而扩大我国农业生产规模, 进一步提升农业生产效率。
摘要：随着社会不断的发展, 我国的农村劳动力转移以及农业经营的规模都进一步扩大。同时, 农业生产对植保机械安全、效率以及精准性方面的要求也越来越高。近年来, 市面上逐渐兴起了一种农用植保无人机, 其具备效率高、无需操作人员自己动手喷洒农药的优势, 适用于各种环境。本文通过具体分析无人植保机在农业植保方面的应用优势, 并提出农用植保无人机的应用推广策略, 有利于为农用植保无人机的应用推广提供重要的理论依据。
关键词：农村,植保无人机,应用
参考文献
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便携式农用无人机整体设计 篇7
1 试验无人机
本文介绍的无人机是小型的以锂电为动力的无人机,采用遥控飞行,添加无人机辅助飞行系统后可进行手动、半自动以及全自动飞行,简单易操作,性能安全可靠。其机翼采用三段式折叠的方法,机身采用两段对折的设计,以此来满足便于携带,适用各种农田地形的要求。折叠后整机以及所有监测设备可以放在60 cm×50 cm×30 cm的箱子里,并且1~2人可以在短时间内将无人机快速组装好,进行检查调试后即可起飞并对目标区域进行监测。该无人机通过挂载监控摄像头以及图像实时传送设备来及时把航拍监测图像回传到地面站,从而进行图像分析得出监测结果。
2 整机结构设计
2.1 对翼型的选择确定
考虑到该无人机需要挂载一定的监测设备,以及对农田监测时需要慢速巡航飞行的需求,综合要求即需要低速高升力系数的翼型。对典型平凸翼型CLARK Y、典型对称翼NACA0012和凹凸典型翼型Benedek 12355用profili进行翼型比较分析。
由图1可以看出,Benedek12355在相同的迎角时具有最大的升力系数,并且在一定范围内升力系数随着迎角增大而增大在迎角为10°时升力系数达到最大值,随后随着迎角增大而减小,这一现象称为机翼的失速。由图2可以看出,Benedek12355在升力系数最大的迎角时阻力系数较小。图3是3种不同翼型升阻比随迎角变化曲线,可以看出在小迎角时Benedek12355翼型具有较高升阻比,当迎角达到5°之后虽有所减小,但仍然比较大[1,2]。综合分析最终选取使用典型凹凸翼型Benedek12355来作为该款农用无人机的翼型。
2.2对机身以及机翼折叠结构设计
为了便于携带,尽可能减小占地空间,对整体机型采取折叠设计,这样可以极大地缩小空间。参考近几年国内对折叠翼的相关研究[3,4,5,6],以及国外方面的相关研究。Love等[7]介绍了洛克希德·马丁的变形机翼飞行器,采用了一种“Z型”折叠翼;对此“Z型”折叠翼,Snyder等[8]进一步做了振动和颤振特性研究,Tang等[9,10]研究了其气动弹性特性;Wang等[10,11]对不同数量翼面的折叠翼飞机模型的气动弹性和结构动力学做了相关研究。2010年,美国Terrafugia公司推出了一款名为“The Transition”的飞行汽车。考虑到可操作性以及制作难度最终决定机翼采用三段式的折叠方式即机翼2段向下折叠180°和中段重叠,机身采用两段式折叠的方式即后半段机身在中间处向上折叠180°。由于后半部机身需要与前半部重叠,为避免单垂尾的影响故采用双垂尾设计,这样折叠完后机头螺旋桨恰好处在两垂尾之间,效果良好。
关于折叠处的结构设计,考虑到整体的强度以及气动弹性的因素最后采用小型弹簧合页作为连接,机翼翼梁采用工字梁以及碳杆加强的方式来确保强度
2.3 对动力及控制系统的选择
经过最初的试验设计制作,最终整机加外载设备在1.5kg左右。考虑到后续增加挂载重量结合不同规格电机的拉力值最终选用朗宇X2820 KV1200无刷电机提供动力,其在不同螺旋桨不同电压的测试结果见表4。
根据测试数据为了最大限度地提高拉力,提高桨效选用EMP12x6螺旋桨、60A无刷电子调速器搭配作为动力组合。另外需4颗9 g银燕金属舵机分别控制航模的升降舵面、副翼舵面以及方向舵面。另外为降低无人机的驾驶操作难度,将在无人机上配备无人机自主飞行控制系统,在经过对市面常见的几款民用自主飞行控制系统进行比较后确定使用APM6.0飞控,这样降低操控门槛便于普及,并且提高飞行稳定安全性。
3 整机外形的构建及制作
一是根据对机身及机翼的整体设计要求,使用CAD建模软件对飞机模型进行整体建模设计以及各个部分图纸的构建。二是采用大型激光切割机按照设计好的图纸将飞机的各部分切割好。考虑到重量以及强度的要求,整机采用轻木作为主体航空层板做加强碳杆做翼梁的方式制作。三是对切割好的各部分零件进行尝试性的搭建,确定好各个位置时开始逐步对各模型部分进行搭建粘接。首先搭建机翼龙骨,将各翼肋按大小顺序逐个地拼插在横梁的卡口处,固定好再分别安装前缘和后缘最后进行矫正粘固。然后,搭建机身方法同机翼的搭建。四是将所有骨架都粘和牢固后,晾置半天等彻底牢固,对机身全部进行打磨然后开始对飞机骨架进行蒙皮。五是折叠机构的组装,安装电子设备,进行调试。
4 监测设备的选择及安装
由于该无人机将要进行对农作物的病虫害监测以及灾害受损评估,需要将实时的田间情况发送到地面站,因此需要在飞机上安装高清的摄像头以及图像实时传送装置,还要有一些相应的感应器以及传感器。对市面上现有的设备进行筛选,最后确定使用性能较好的aomway 1W图传结合微型高清摄像头,对设备进行地面距离测试,在空旷地域传送距离可以达5 km,可以满足对农田监测的要求。将检测设备调试好安装在无人机上,进行最后的检查、调试。对重心调整以及对摄像头角度进行调节,以确保可以得到最好的监测效果。
5 对试验机实践应用进行综合评价
选取一块试验田,采用无人机对试验田进行灾害受损评估。先在地面对无人机航线进行规划,无人机起飞后在试验田上空60 m的高度进行往返巡航飞行,对整片试验田进行监测观察,同时实时把监测视频回传到地面站,监测员对采集到的视频资料进行分析对试验田的灾害损失进行评估。
6 结论
一是介绍了一种将无人机技术应用到农业灾害监测评估的思路,并且从前期论证到模型的设计制作以及最后的实践测试进行了简要的论述。将无人机应用在农业生产当中将极大地提高工作效率、减少人力、物力。二是对不同翼型进行对比选出凹凸翼型,但在翼型设计及优化上仍然有待于进一步的研究。三是在对农业监测方面本文只是采取微型摄像头进行信息的反馈,对更优化的红外摄像头以及其他精准农业信息索取方式及最后的分析评估需作进一步研究。
摘要：本文介绍一种农用病虫害监测以及灾害损失评估的便携式无人侦察机。该无人机采用三段式折叠机翼,减少占地空间,便于携带,此外,该无人机具有一定的携带能力,可携带侦察监测设备对地面田间进监测。采用无人机对农田进行监测快速简单,可以节省大量的人力资源及时间。
关键词：无人机,便携式,折叠机翼,农业监测
参考文献
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农用无人机 篇8
农用无人机迎合市场需要快速成长
随着农村劳动力短缺与农业劳动力需求的矛盾日益严峻, 市场上急需能够服务于农业生产的高效率的作业机具。与传统地面植保机械相比, 无人机施药效率明显提高, 平均每小时可达50亩以上, 每天作业面积可达300亩以上。同时无人机适应各种复杂环境和各种经济作物, 特别是水稻、玉米、甘蔗等高秆作物。采用无人机进行低空低量航空施药才能够实现生长期全过程植保机械化, 以应对日益严峻的病虫害防治任务, 符合现代农业可持续发展要求。
根据《2013年全国农业机械化统计年报》数据显示, 2013年农用飞机作业面积 (当年使用农用飞机进行播种、植保等作业的面积) 2511.87千公顷, 比2012年的2383.88千公顷增 加了5.37%。中国农机化协会副秘书长、农用航空分会主任委员杨林告诉记者, 2014年农用飞机作业面积也必将大幅增加, 农用无人机一年来的发展之快用“飞速”二字来形容都不为过, 打电话咨询的人越来越多, 不仅由于其作业效率高, 更重要的是人员伤亡率低, 最大程度上避免了农药对人身体的伤害。
中国农业大学教授何雄奎告诉记者, 目前我国已经有200余家企业生产的20多种航空施药无人机已经在包括水稻、小麦、玉米、甘蔗、果树、棉花等多种作物上进行了病虫害防治作业, 实际效果证明已经能够达到实用水平, 目前正处于快速发展阶段。
技术改进和培训服务要并驾齐驱
中国农机化协会农用航空分会今年走访调研了农用无人机企业和用户, 发现目前市场上存在的主要问题是无人机故障率高和购机成本高, 具体表现在飞机在喷洒农药的过程中存在安全隐患。究其原因有:一是存在农户自行购买零部件和飞控系统进行组装的情况;二是企业研发的产品性能不高;三是操作起来复杂, 不容易上手。由此看来, 虽然植保飞机“省时省力省液”, 但是让用户不省心的是购机成本较高。
湖南省植保植检站工作人员给记者仔细算了一笔账, 单旋翼机型市场价15万—22万元, 多旋翼4万—24万元, 一般使用寿命在300小时左右, 而每亩作业成本在14—18元, 比其他施药机械作业成本高30%—40%, 因使用年限短, 作业成本相对较高。而如果购买未经鉴定的植保飞机或“购零组整”, 虽然费用少了, 但存在安全隐患。因此, 我国的农用无人机尚不能完全满足用户的需求, 产品性能上还需改良;另外相关的技术培训也要跟上。
研讨会上, 各单位代表从不同角度阐述了无人机的市场前景和技术改进等问题, 技术层面不容乐观。有企业代表提到从无人机植保作业规范指引, 开发航空专用药剂, 以及成立专业航空植保组织等三方面提高无人机航空植保效率。何雄奎的一项研究结果表明, 小型无人机航空施药采用超低量喷雾, 用水量和用药量均小于地面机械;采用25%速灭威可湿性粉剂亩用100克对水稻稻飞虱进行防治, 小型无人机的防治效果优于地面施药机械。这一结果得到了业界的一致认同。据农业部南京农机化研究所主任薛新宇介绍, 由于农业作业低空低速飞行要求, 稳定性控制难度甚至高于军事飞行要求, 无人机的技术难点之一是低空低速的稳定性, 无法实现定高, 飞行作业高度上午越飞越低, 下午越飞越高。
无人机的技术和产品仍需改进完善, 用户如何掌握产品新的性能并在使用过程中提高作业质量, 关键是提高机手操作的熟练度。可喜的是, 在本次研讨会上, 有不少企业表示购机户可以得到免费的培训, 还有一家企业代表称, 为满足农用航空产业对无人机手的需求, 该公司已经成立了一所国家民航局认可的职业培训学校, 具有独立颁发无人机驾驶员资格证, 可以依托高校联合培养无人机应用领域专业人才。
无人机行业标准问世指日可待
农用航空分会负责人告诉记者, 今年河南省首次将农用航空器列 入农机购 置补贴范围, 并实行累加补贴。鉴于农用航空器刚刚投入生产应用, 本着“既积极推进、又使风险可控”原则, 全省实行总量控制, 计划补贴300架左右。补贴对象主要为规模较大的农民合作社、家庭农场。记者发现网上也有报道证 实了这一 政策的施行, 今年的6月18日河南省安阳林州市晓宁农作物种植农民专业合作社购买了2架农用航空无人机, 并且享受了河南省的农机购置补贴政策。
无独有偶, 为了普及推广遥控飞行植保机的应用, 湖南已经出台国内首个超低空遥控飞行植保机地方标准。2014年, 湖南研发的农业植保无人直升机在国内率先通过农业部审批进入国家农机补贴目录, 享受农机补贴每架5万元, 全省部分地市县二级财政追加补贴3万-6万元, 省会长沙市将县二级财政追加补贴提升到10万元。