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基于ROS和PX4的无人机编队协同飞行模型的仿真研究 被引量：6
1
作者 路梦源 王天一 +3 位作者 陈新昌 张宇卓 宫泽奇 张星山 《智能化农业装备学报（中英文）》 2023年第3期32-41,共10页
随着信息和智能制造技术的不断发展,农业生产进入自动化和智能化的时代。无人化智慧农场作为现代农业发展的重要方向,正面临机遇与挑战。无人机编队飞行控制技术作为无人农场重要支撑技术之一,在农田巡查、畜群管理、灌溉控制等领域为... 随着信息和智能制造技术的不断发展,农业生产进入自动化和智能化的时代。无人化智慧农场作为现代农业发展的重要方向,正面临机遇与挑战。无人机编队飞行控制技术作为无人农场重要支撑技术之一,在农田巡查、畜群管理、灌溉控制等领域为农业生产提供关键技术支持。本研究旨在分析无人机编队仿真飞行控制中各组成部分的数据交互方式,搭建并优化多旋翼无人机编队飞行仿真环境,以满足无人机编队的飞行控制在无人化智慧农场中的应用需求。通过分析无人机编队仿真飞行控制中ROS系统、PX4飞控,MAVROS通讯模块,以及Gazebo仿真环境之间的交互逻辑,搭建了基于XTDone开源仿真平台的多旋翼无人机编队飞行仿真环境,并实现了基于ROS系统、PX4飞控和Gazebo无人机编队的模型构建与飞行控制。在此基础上,利用激光雷达采集环境信息,在ROS分布式框架下进行软件算法的优化,实现了基于扫描匹配算法的SLAM功能和基于最优路径规划算法的导航功能。理论仿真及试验结果表明,该平台具有开源、低成本、可扩展、模块化等优点,所搭建的仿真环境可实现无人机的编队飞行控制、封闭环境二维地图的构建和自主导航飞行,并分析得出该仿真平台下无人机编队的单位飞行精度约为76%,累计飞行距离和飞行误差所构建回归模型的R^(2)为0.8309。研究结果证明了利用无人机编队协同飞行作业满足无人化智慧农场中常见农田作业需求的可行性,展示了无人机编队在无人化智慧农场中的应用效果和优势,为深层优化仿真飞行环境及拓展现代农业生产应用场景提供技术思路,在相关领域的研究和实践中也具有一定的借鉴和参考价值。 展开更多
关键词 无人农场 无人机编队 数据交互 飞行控制 激光SLAM 导航
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地面弥雾机与六旋翼植保无人机在芒果冠层中雾滴沉积性能对比 被引量：8
2
作者 李扬帆 何雄奎 +2 位作者 韩冷 黄战 何苗 《智慧农业（中英文）》 2022年第3期53-62,共10页
为解决芒果园传统植保作业中农药用量大、施药不均匀、作业效率低等问题,并构建智慧芒果园,本研究对比了地面弥雾机和六旋翼植保无人机两种果园施药机具在芒果冠层中的药液雾滴沉积性能。将芒果冠层分为上中下层,以柠檬黄为示踪剂,使用... 为解决芒果园传统植保作业中农药用量大、施药不均匀、作业效率低等问题,并构建智慧芒果园,本研究对比了地面弥雾机和六旋翼植保无人机两种果园施药机具在芒果冠层中的药液雾滴沉积性能。将芒果冠层分为上中下层,以柠檬黄为示踪剂,使用高清相纸与滤纸采集药液雾滴,通过图像处理等手段分析雾滴沉积分布均匀性。试验结果表明,植保无人机在芒果树上部冠层叶片表面的雾滴覆盖率显著高于地面弥雾机,在其余冠层部位,两种施药机具在叶片表面药液无显著差异覆盖;植保无人机处理组叶片正反面平均覆盖率均为地面弥雾机的1.5~2倍,对叶片背面的防治优于地面弥雾机。地面弥雾机处理组叶片正面雾滴密度显著高于植保无人机,叶片背面无显著差异,植保无人机处理组正反面均未满足低量喷雾20个/cm^(2)的病虫害防治要求。地面弥雾机药液沉积集中在中下冠层(61.1%),植保无人机集中在上部冠层(43.0%),冠层内部沉积比例地面弥雾机(48.6%)>植保无人机(25.5%),但地面弥雾机在冠层上部沉积能力不足,沉积占比仅为17%。研究表明,相较于植保无人机,地面弥雾机适用于芒果冠层中下部及内部病虫害防治,同时该机具较高的雾滴覆盖密度在喷洒杀菌剂时也有明显优势,植保无人机适用于针对芒果上部冠层如蓟马、炭疽等易发于外部花絮的病虫害防治。 展开更多
关键词 智慧芒果园 弥雾机 植保无人机 雾滴沉积分布均匀性 病虫害防治
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枝向仿形对靶植保无人机设计与试验 被引量：1
3
作者 齐鹏 何雄奎 +3 位作者 刘亚佳 马勇 武志明 汪建沃 《农业工程技术》 2023年第8期126-126,共1页
无人机(UAV)作为新兴前沿植保设备,越来越多地用于现代农业可持续发展中。对无人机结构进行升级改造以促进果树冠层精确施药,这对减少农药、提高水果质量和产量有积极作用。在该研究中,根据果树枝条生长特性设计了一款枝向仿形对靶无人... 无人机(UAV)作为新兴前沿植保设备,越来越多地用于现代农业可持续发展中。对无人机结构进行升级改造以促进果树冠层精确施药,这对减少农药、提高水果质量和产量有积极作用。在该研究中,根据果树枝条生长特性设计了一款枝向仿形对靶无人机(BUAV),并与传统的无人机(CUAV)在梨树果园进行作业对比,使用聚氯乙烯卡片评估冠层不同位置叶片正反面雾滴覆盖率。结果表明,BUAV在冠层内中下部叶背面覆盖率为0.98%和1.41%,分别是CUAV的2.38倍和3.14倍。并且BUAV有增加航线方向覆盖率的趋势,BUAV相比传统无人机,其航线平行和垂直方向使冠层内膛叶片背面的沉积覆盖率分别增加1.8倍和2.1倍。同时,BUAV增加了冠层内雾滴沉积比例,并减少了地面流失。BUAV可以有效改善冠层内风场分布,改善叶片背面液滴沉积。 展开更多
关键词 无人机 雾滴覆盖率 对靶施药 叶片背面 仿形施药 果园
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我国设施蔬菜植保机械发展现状与展望
4
作者 王洪宇 余忠义 +4 位作者 赵磊 王媛媛 李佳怡 孙海 何雄奎 《中国蔬菜》 北大核心 2025年第9期42-53,共12页
我国是设施蔬菜生产大国,但设施蔬菜植保机械现代化水平不高,缺乏设施专用的高工效、高防效、精喷洒、智能化植保机械,由此造成了生产效率低下、防效差、农药利用率低、环境污染以及生产安全等问题。本文以对植保机械至关重要的雾滴基... 我国是设施蔬菜生产大国,但设施蔬菜植保机械现代化水平不高,缺乏设施专用的高工效、高防效、精喷洒、智能化植保机械,由此造成了生产效率低下、防效差、农药利用率低、环境污染以及生产安全等问题。本文以对植保机械至关重要的雾滴基础理论为切入点,系统梳理了适宜设施蔬菜生产的植保机械类型及相关施药技术,分析了设施蔬菜植保机械在研发、推广应用等环节存在的主要问题并提出相应建议,最后对设施蔬菜植保机械发展方向进行了展望,旨在为推动我国设施蔬菜植保机械改良升级、提升植保现代化水平提供参考和借鉴。 展开更多
关键词 设施 蔬菜 植保机械 施药技术
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数智农田构建关键技术装备及展望 被引量：15
5
作者 余忠义 全春夏 +10 位作者 方舟 何雄奎 刘亚佳 高旺盛 陈源泉 严海军 曾爱军 宋坚利 王昌陵 张国山 李朝纲 《农业工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第23期1-14,共14页
现代数智化技术装备使农田生产管理场景多元化,该研究依托中国农业大学超高产种植制度科技小院的智慧技术示范基地,集成大数据、物联网、云计算和人工智能等技术,应用农情监测站、水肥微喷带灌溉、病虫害管理、智能作业装备、种植管理... 现代数智化技术装备使农田生产管理场景多元化,该研究依托中国农业大学超高产种植制度科技小院的智慧技术示范基地,集成大数据、物联网、云计算和人工智能等技术,应用农情监测站、水肥微喷带灌溉、病虫害管理、智能作业装备、种植管理及溯源等系统,建立人‒机‒作物全要素生产的监测、管控和决策云平台,构建作物‒农艺‒农机信息融合模式,实现农作物的生产信息采集、科学种植、机械作业、智能管理及追溯,达到了农作物质优产高、高效安全的生产目标。构建的数智农田较传统农田减少人力成本约50%,农药减量约30%,肥料节省15%~25%,较常规灌溉节水50%、滴灌节水20%~30%,实现单位面积增产约15%~25%、增效约25%,解决了传统农田的作物信息获取难、管护不及时,机械化程度低等问题,基本实现了农田作物生产的信息化、机械化和智能化作业。 展开更多
关键词 云平台 农作物 数智超高产农田 信息获取技术系统 智能作业装备 溯源系统
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基于景观格局的丘陵山区耕地生态风险评价——以重庆市潼南区为例 被引量：3
6
作者 张星山 杨恒 +6 位作者 马雯秋 杨敏丽 王海翼 尤泳 惠云婷 宫泽奇 王天一 《智慧农业（中英文）》 CSCD 2024年第3期58-68,共11页
[目的/意义]丘陵山区农田宜机化整治会改变耕地景观格局、高程、坡度、微地貌等,评价其生态风险为后续整治工作提供数据参考具有重要意义。本研究的目的为评价丘陵山区农田宜机化整治对耕地生态风险的改变情况以及探究生态风险与耕地坡... [目的/意义]丘陵山区农田宜机化整治会改变耕地景观格局、高程、坡度、微地貌等,评价其生态风险为后续整治工作提供数据参考具有重要意义。本研究的目的为评价丘陵山区农田宜机化整治对耕地生态风险的改变情况以及探究生态风险与耕地坡度之间的关系。[方法]以重庆市潼南区20个县为评价单元,基于2010年和2020年土地利用数据,采用ArcGIS 10.8和Excel软件计算景观格局指数,通过熵权法确定各指数的权重并构建生态风险评价模型,揭示生态风险时序空间变化特征;基于数理统计原理,对生态风险与坡度进行相关性分析,探究生态风险与坡度的关系。[结果和讨论] 2010年和2020年两个时期,干扰度指数由0.97下降为0.94,耕地整体抗干扰能力增强;脆弱度指数由2.96增加为3.20,耕地结构更加脆弱;生态风险值由3.10下降为3.01,耕地生态安全性提高。两个时期生态风险区域主要以低风险区和较低风险区为主,低风险区面积增加6.44%,较低风险区面积增加6.17%,中风险区面积增加24.4%,较高风险区面积减少60.70%,高风险区面积增加16.30%,耕地生态安全区域相对增加。耕地坡度主要以2°~25°为主,耕地坡度小于15°时坡度面积占比与生态风险值呈负相关,耕地坡度大于15°时坡度面积占比与生态风险值呈正相关关系,坡度处于5°~8°、15°~25°、25°以上时坡度面积与生态风险值呈极显著相关。农田宜机化整治应重点关注潼南区南部区域,并集中于耕地坡度处于5°~8°和15°~25°区域。[结论]通过评价潼南区农田宜机化整治前后耕地生态风险并分析生态风险与耕地坡度的相关性,表明农田宜机化整治可以降低耕地生态风险,耕地坡度面积占比可作为精准指导农田宜机化整治的重要依据,潼南区宜机化整治工作应重点关注耕地坡度处于5°~8°和15°~25°区域。 展开更多
关键词 农田宜机化整治 耕地 生态风险评价 景观格局
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果园行间3D LiDAR导航方法 被引量：26
7
作者 刘伟洪 何雄奎 +5 位作者 刘亚佳 武志明 袁常健 刘理民 齐鹏 李天 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期165-174,共10页
为克服二维激光扫描仪在果园导航中感知信息少、无法有效应对树冠茂密、树干被遮挡等复杂三维果园场景,该研究提出一种基于3D LiDAR的果园行间导航方法。以3D LiDAR为检测设备实时采集果园信息,使用挖空打断后的树墙体心等效树干位置,... 为克服二维激光扫描仪在果园导航中感知信息少、无法有效应对树冠茂密、树干被遮挡等复杂三维果园场景,该研究提出一种基于3D LiDAR的果园行间导航方法。以3D LiDAR为检测设备实时采集果园信息,使用挖空打断后的树墙体心等效树干位置,根据左右树行的最佳平行度对随机采样一致性算法与最小二乘法拟合的树行进行互补融合并求其中心线得到导航线;对纯跟踪算法进行改进,实现差速运动机器人对树行的跟踪。结果表明:系统在篱壁式仿真果园环境下以0.33 m/s的速度沿中心线行走时,绝对航向定位偏差在1.65°以内,绝对横向定位偏差在6.1 cm以内;以0.43 m/s的速度跟踪树行的绝对横向偏差在15 cm以内。在真实梨园下,系统分别以0.68与1.35 m/s的速度跟踪树行,绝对横向偏差分别不超过21.3与22.1 cm。本系统可广泛用于标准果园与复杂三维果园机械的自主导航,具有可靠的稳定性。 展开更多
关键词 机器人 激光雷达 自主导航 果园 横向偏差 导航线拟合 互补融合
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智慧果园构建关键技术装备及展望 被引量：21
8
作者 韩冷 何雄奎 +18 位作者 王昌陵 刘亚佳 宋坚利 齐鹏 刘理民 李天 郑义 林桂海 周战 黄康 王忠 查海涅 张国山 周国涛 马勇 伏浩 聂宏远 曾爱军 张炜 《智慧农业（中英文）》 2022年第3期1-11,共11页
传统果园生产中面临着人口老龄化带来的劳动力短缺、农机作业装备与生产资料管理困难、生产效率低下等问题,通过建设融合物联网、大数据、装备智能化等技术的智慧果园,可有望解决上述问题。为应对北京市农业现代化建设需求、引领中国农... 传统果园生产中面临着人口老龄化带来的劳动力短缺、农机作业装备与生产资料管理困难、生产效率低下等问题,通过建设融合物联网、大数据、装备智能化等技术的智慧果园,可有望解决上述问题。为应对北京市农业现代化建设需求、引领中国农业发展方向,基于桃、梨果园全程机械化、智能化管理等目标,本研究在北京市重要的桃、梨等优势果品产区——平谷区峪口镇西营村构建了约30 hm^(2)梨与桃的智慧果园。果园中应用了10多种病、虫、水、肥、药的各类信息获取传感器,装备了28种机械化、智能化技术支持的农机装备,采用的关键技术包括智能信息获取系统、水肥一体管理系统以及病虫害智能管理系统,智能作业装备系统包括无人驾驶割草机、智能防冻机、开沟施肥机、自动驾驶履带智能仿形变量喷雾机、六旋翼枝向对靶无人机、多功能采摘平台以及整理修剪机等。同时,在果园中还构建了智能管理平台。经比较发现,智慧果园生产模式可减少人工成本50%以上,节省农药用量30%~40%、肥料用量25%~35%、灌溉用水量60%~70%,综合经济效益提升32.5%。智慧果园的推广实施将进一步推动中国果业生产水平的提高,促进中国智慧农业的发展。 展开更多
关键词 智慧果园 物联网 智能农业装备系统 无人驾驶机具 智能果园管理平台 信息获取系统 智能仿形喷雾机
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果园自主导航兼自动对靶喷雾机器人 被引量：6
9
作者 刘理民 何雄奎 +3 位作者 刘伟洪 刘紫嫣 韩虎 李扬帆 《智慧农业（中英文）》 2022年第3期63-74,共12页
为同时实现果园智能植保机自主导航及自动对靶喷雾,研制了一种果园自主导航兼自动对靶喷雾机器人。首先采用单个3D LiDAR(Light Detection and Ranging)采集果树信息确定兴趣区(Region of Inter⁃est,ROI),对ROI内点云进行2D化处理得到... 为同时实现果园智能植保机自主导航及自动对靶喷雾,研制了一种果园自主导航兼自动对靶喷雾机器人。首先采用单个3D LiDAR(Light Detection and Ranging)采集果树信息确定兴趣区(Region of Inter⁃est,ROI),对ROI内点云进行2D化处理得到果树质心坐标,通过随机一致性(Random Sample Consensus,RANSAC)算法得到果树行线,并确定果树行中间线(导航线),进而控制机器人沿导航线行驶。通过编码器及惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)确定机体速度及位置,IMU矫正采集到的果树分区冠层信息,最后通过程序判断分区冠层的有无控制喷头是否喷雾。结果表明,机器人自主导航时最大横向定位偏差为21.8 cm,最大航向偏角为4.02°,相比于传统连续喷雾机施药液量、空中漂移量及地面流失量分别减少20.06%、38.68%及51.40%。本研究通过单个3D LiDAR、编码器及IMU在保证喷雾效果的前提下,实现了喷雾机器人自主导航及自动对靶喷雾,降低了农药使用量及飘失量。 展开更多
关键词 自主导航 对靶喷雾 LIDAR 随机一致性算法 机器人 惯性测量单元
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智能装备与技术 让蔬菜施药更精准 被引量：1
10
作者 齐鹏 刘亚佳 +5 位作者 宋坚利 王昌陵 曾爱军 王志翀 何雄奎 张炜 《蔬菜》 2021年第10期1-12,共12页
我国蔬菜种类繁多,高达1600种,蔬菜产业为农业农村发展的支柱产业,根据应用场景不同,主要分为露地蔬菜和设施蔬菜。2019年国家统计局数据显示,我国蔬菜播种面积达2086.274万hm^(2),占全部播种农作物面积的12.57%,在种植业中仅次于粮食... 我国蔬菜种类繁多,高达1600种,蔬菜产业为农业农村发展的支柱产业,根据应用场景不同,主要分为露地蔬菜和设施蔬菜。2019年国家统计局数据显示,我国蔬菜播种面积达2086.274万hm^(2),占全部播种农作物面积的12.57%,在种植业中仅次于粮食作物居第2位;蔬菜总产量为72102.6万t,居种植业中第1位[1]。由于设施栽培产量和平均效益普遍比露地种植高,平均为露地种植产量的1.41倍[2],特别是栽培同种作物,设施蔬菜是露地蔬菜产量的3.5倍[3],经济价值十分可观,设施栽培成为带动农民就业和致富的重要渠道,在保供给、促增收、促就业等方面发挥着重要的作用。 展开更多
关键词 蔬菜总产量 蔬菜播种面积 支柱产业 露地蔬菜 国家统计局 蔬菜种类 露地种植 数据显示
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