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航空施药雾滴沉积特性光谱分析检测系统研发与应用 被引量：11
1
作者 张瑞瑞 文瑶 +2 位作者 伊铜川 陈立平 徐刚 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第24期80-87,共8页
为快速获取航空施药雾滴沉积的连续分布特性,弥补传统离散样点取样方式检测不足,提升航空施药雾滴沉积特性检测准确性,该文结合光谱分析和荧光激发技术设计研发了基于光谱分析的航空施药沉积特性检测系统。系统包括信息采集模块、采集... 为快速获取航空施药雾滴沉积的连续分布特性,弥补传统离散样点取样方式检测不足,提升航空施药雾滴沉积特性检测准确性,该文结合光谱分析和荧光激发技术设计研发了基于光谱分析的航空施药沉积特性检测系统。系统包括信息采集模块、采集装置模块和数据处理模块3部分。配置质量分数1.0%的荧光示踪剂溶液,采用农用植保无人机现场喷洒作业,同步放置雾滴获取介质和水敏试纸样本采集雾滴分布,系统采集雾滴获取介质的光谱特征曲线。与水敏试纸图像分析获取的雾滴沉积特性参数结果对比分析,结果表明:雾滴获取介质上的荧光示踪剂在450~460 nm和500~520 nm波段范围内产生显著荧光效应,其光谱平均值与雾滴沉积特性参数呈显著正相关。计算出450~460 nm和500~520 nm波段范围光谱平均值,建立雾滴沉积特性参数的检测多元线性回归模型,建模决定系数达0.80以上,验证决定系数达0.83以上,达到了较为理想的拟合结果。 展开更多
关键词 航空 喷雾 农药 喷雾模型 光谱分析 荧光激发 雾滴沉积
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无人机农林业应用全球研究态势分析 被引量：11
2
作者 陈梅香 张瑞瑞 +2 位作者 陈立平 唐青 夏浪 《智慧农业（中英文）》 2021年第3期22-37,共16页
无人机具有作业效率高、地形适应性好等独特优势,近年在农林业中应用范围不断扩大,相关研究成果数量呈快速上升式发展。为掌握无人机农林应用全球研究态势,本研究采集2011—2020年期间Web ofScience核心合集数据库中无人机农林应用全球... 无人机具有作业效率高、地形适应性好等独特优势,近年在农林业中应用范围不断扩大,相关研究成果数量呈快速上升式发展。为掌握无人机农林应用全球研究态势,本研究采集2011—2020年期间Web ofScience核心合集数据库中无人机农林应用全球研究相关文献数据,利用VOSviewer等统计软件对文献进行科学计量分析。分析结果表明,自2017年开始,无人机农林业应用研究发文数量快速增加,全球已有94个国家/地区、1778个机构开展了研究;发文量排名前三位的国家依次是美国、中国和澳大利亚,表明这三个国家从事无人机农林业应用的科研实力强,学术影响力大;共有398种期刊发表了有关无人机农林业应用研究文章,约占全部收录期刊的1.90%,说明更多的期刊开始关注无人机农林业应用研究;发文最多的期刊是由MDPI主办的RemoteSensing;被引次数最多的文章内容主要是关注无人机系统在摄影测量和遥感上的传感、导航、定位和通用数据处理等的研究现状。此外,对无人机农林业应用研究热点进行分析发现,无人机施药、无人机病虫害遥感、植物表型获取是无人机农林业应用的主要研究热点。本研究可为无人机在农林业上的创新研究、科研团队之间的合作提供参考。 展开更多
关键词 无人机 Web of Science 文献计量 VOSviewer 研究态势 遥感 植物表型
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植保无人机施药数值建模关键技术与验证方法研究进展 被引量：3
3
作者 唐青 张瑞瑞 +2 位作者 陈立平 李龙龙 徐刚 《智慧农业（中英文）》 2021年第3期1-21,共21页
随着植保无人机在精细农业上的应用日益增长,目前在植保无人机下洗风场演化及其作用下的雾滴沉积飘移过程的数值模拟方法取得了快速多样化发展,但对各方法的优势、缺陷、适用范围及验证手段仍缺乏系统的梳理。本文针对无粘模型、计算流... 随着植保无人机在精细农业上的应用日益增长,目前在植保无人机下洗风场演化及其作用下的雾滴沉积飘移过程的数值模拟方法取得了快速多样化发展,但对各方法的优势、缺陷、适用范围及验证手段仍缺乏系统的梳理。本文针对无粘模型、计算流体力学模型及格子玻尔兹曼模型分别开展论述。基于涡元法的无粘尾涡模型优势在于计算过程简单,但由于缺乏粘性和湍流模型,其雾滴沉积飘移模拟精度较低。计算流体力学模型又分为有限体积法与有限差分法。其中,有限体积法鲁棒性高,可适用于各种复杂环境的模拟,但格式精度有限,其模拟的翼尖涡耗散速度远快于实际情况;有限差分法能够实现对翼尖涡演化的高时空精度模拟,但其存在网格结构化要求高,算力要求过大等问题。格子玻尔兹曼方法在计算具有复杂边界条件和非平稳运动物体的三维流场问题中具备优势,但其在功能多样性和完备性上还存在不足。上述数值模型精度还需综合运用田间实验及室内实验,如高速粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)或相位多普勒测速(Phase Doppler Interferometry,PDI)方法进行验证和优化。最后,本文提出了未来植保无人机施药模拟及验证方法发展方向。 展开更多
关键词 植保无人机 下洗风场 数值模拟 雾滴沉积飘移 计算流体力学
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深度语义分割网络无人机遥感松材线虫病变色木识别 被引量：2
4
作者 张瑞瑞 夏浪 +6 位作者 陈立平 丁晨琛 郑爱春 胡新苗 伊铜川 陈梅香 陈天恩 《自然资源遥感》 CSCD 北大核心 2024年第3期216-224,共9页
松材线虫病是危害我国林业资源的主要病害,研究深度语义分割网络无人机遥感技术可提高松材线虫病变色木识别准确率,为提升和保护林业资源质量提供技术支撑。该文以青岛崂山松林为研究区,通过固定翼无人机航拍获取区域无人机松材线虫病... 松材线虫病是危害我国林业资源的主要病害,研究深度语义分割网络无人机遥感技术可提高松材线虫病变色木识别准确率,为提升和保护林业资源质量提供技术支撑。该文以青岛崂山松林为研究区,通过固定翼无人机航拍获取区域无人机松材线虫病疑似变色木影像,以全卷积网络(fully convolutional networks,FCN),U-Net,DeepLabV3+和OCNet 4种深度语义分割模型为研究对象,选用召回率(Recall)、精确率(Precision)、交并比(intersection over union,IoU)和F1值评估各模型分割精度。航拍飞行获得2688张无人机影像,通过手动标记和样本扩增生成训练样本28800个。4种网络均能够较好识别松材线虫病变色木,无显著误报,并且深度语义模型对颜色相近的地物,如岩石、黄色裸土等有较好的辨别结果。总体上,DeepLabV3+具有最高的变色木分割精度,IoU与F1值分别为0.711和0.829;FCN模型分割精度最低,IoU与F1值分别为0.699和0.812;DeepLabV3+训练耗时最低,达到27.2 ms/幅;FCN预测耗时最低,达到7.2 ms/幅,但分割变色木的边缘精度最低。以3种特征提取网络ResNet50,ResNet101和ResNet152为前端特征提取网络构建的DeepLabV3+模型变色木识别IoU值分别为0.711,0.702和0.702,F1值分别为0.829,0.822和0.820。DeepLabV3+比DeepLabV3网络具有更高的变色木识别精度,DeepLabV3网络变色木识别的IoU和F1值分别为0.701和0.812。DeepLabV3+模型在测试数据中具有最高变色木识别精度,特征提取网络ResNet网络深度对变色木识别精度影响较小。DeepLabV3+引入的编码和解码结构能够显著改进DeepLabV3分割精度,同时可获得详细的分割边缘,更有利于松材线虫病变色木识别。 展开更多
关键词 无人机遥感 变色木 深度学习
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基于U-Net网络和无人机影像的松材线虫病变色木识别 被引量：33
5
作者 张瑞瑞 夏浪 +3 位作者 陈立平 谢春春 陈梅香 王维佳 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期61-68,共8页
松材线虫病是由松墨天牛等媒介昆虫快速传播的一种针对松树的毁灭性流行病。及时对染病变色木进行识别、定位,并砍伐清除是当前控制该病扩散蔓延的主要手段。该研究使用无人机航拍获取大区域染病松林可见光影像,结合深度学习分割网络U-... 松材线虫病是由松墨天牛等媒介昆虫快速传播的一种针对松树的毁灭性流行病。及时对染病变色木进行识别、定位,并砍伐清除是当前控制该病扩散蔓延的主要手段。该研究使用无人机航拍获取大区域染病松林可见光影像,结合深度学习分割网络U-Net开展染病松材变色木图像分割研究。使用制作的样本数据训练U-Net网络,得到训练精度和验证精度分别为98.74%和97.76%。使用混淆矩阵评估U-Net网络分割精度,表明变色木图像分割的用户精度和生产者精度分别达到93.51%和97.30%,误报率6.49%,漏报率2.70%。总体上,U-Net网络变色木识别精度95.17%,Kappa系数0.90,达到较高精度。U-Net分割网络运用于松材线虫病变色木图像识别较随机森林方法能更有效地降低误报,减少分割噪音。 展开更多
关键词 无人机 图像处理 病害 松材线虫 变色木 图像分割
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喷雾助剂类型及浓度对喷头雾化效果影响 被引量：28
6
作者 张瑞瑞 张真 +2 位作者 徐刚 陈立平 Andrew J Hewitt 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第20期36-43,共8页
为达到农药减施增效的目的,助剂逐渐成为农药喷洒过程中必不可少的部分,其效果及浓度直接影响着施药过程中农药利用率。为探索不同助剂及浓度对喷头雾化效果的影响,该文利用激光粒度仪比较分析了IDK120-025型和LU120-015型喷头喷施不同... 为达到农药减施增效的目的,助剂逐渐成为农药喷洒过程中必不可少的部分,其效果及浓度直接影响着施药过程中农药利用率。为探索不同助剂及浓度对喷头雾化效果的影响,该文利用激光粒度仪比较分析了IDK120-025型和LU120-015型喷头喷施不同浓度典型增效剂意欧、减量增产助剂激健、尿素时,其雾滴体积中径及雾滴分布相对跨度差异。两款喷头应用广泛,喷雾角度相同、喷腔雾化结构相异。结果表明:3种助剂溶液对IDK120-025型喷头的影响效果相比于LU120-015型喷头更为显著,但是LU120-015喷头喷雾雾滴均匀性较优于IDK120-025。激健溶液配比为1:3 000时,在0.4 MPa喷雾压力条件下,与水相比可将IDK喷头雾滴体积中径增加20.43%,粒径分布相对跨度减小1.74%;意欧溶液配比为1:2 000时,在0.4MPa喷雾压力条件下,与水相比可将IDK喷头雾滴体积中径增加11.10%,粒径分布相对跨度减小8.86%;意欧溶液配比1:3 000时,在0.2 MPa喷雾压力条件下,与水相比可将LU喷头雾滴体积中径减小5.99%,粒径分布相对跨度增大1.56%;尿素溶液在配比1:2 000时,在0.4 MPa喷雾压力条件下,与水相比可将IDK喷头雾滴体积中径增加16.92%,粒径分布相对跨度减小6.92%。该试验可为田间农药施用中助剂及喷头的选择提供依据,为进一步研究喷头及助剂提供数据基础。 展开更多
关键词 喷雾 农药 喷头 助剂 雾化 雾滴粒径
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脉宽调制变量控制喷头雾化性能及风洞环境雾滴沉积特性 被引量：18
7
作者 张瑞瑞 李龙龙 +4 位作者 付旺 陈立平 伊铜川 唐青 Andrew J Hewitt 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期42-51,共10页
脉宽调制(pulse width modulation, PWM)技术是实现变量喷雾的重要手段,其工作参数与环境条件决定着施药的精准性。为探究PWM变量喷头雾化及风洞环境沉积特性,该文研制了脉宽调制变量喷雾系统,以农业施药常用空心圆锥雾化喷头喷雾的雾... 脉宽调制(pulse width modulation, PWM)技术是实现变量喷雾的重要手段,其工作参数与环境条件决定着施药的精准性。为探究PWM变量喷头雾化及风洞环境沉积特性,该文研制了脉宽调制变量喷雾系统,以农业施药常用空心圆锥雾化喷头喷雾的雾化、沉积特性为研究对象,在IEA-II型常规风速风洞内,通过点阵式放置电容式雾滴沉积传感器测定计算雾滴沉积与沉积评价指数(deposition evaluation index,DEIX),并利用Spraytec雾滴粒径仪测试其雾滴体积中径(volume median diameter,VMD)和雾滴相对分布跨度(relative span,RS)。试验结果表明:占空比在10%～40%间,随占空比增大,雾滴体积中径呈减小趋势,与占空比10%时相比,占空比40%时的雾滴体积中径下降了7.9%;PWM占空比60%时分布跨度最小,较占空比20%时雾滴分布跨度下降9.52%,雾滴谱最窄,获得的雾滴粒径分布最集中。雾滴沉积方面,风速1 m/s条件下,雾滴主要沉积在距喷头3.3 m内,此范围内沉积量占总沉积量的95.7%,当风速超过3 m/s时,在气流作用下,雾滴沉降距离增大,导致雾滴运动偏离施药靶标区域。PWM占空比增加,雾滴沉积评价指数DEIX值降低,雾滴的飘移率增大;相同工况下,风速及喷头高度越大,DEIX越小,施药雾滴越易飘移。该研究可为农业田间实际生产中脉宽调制变量施药技术应用及其工况参数的选择提供依据,为PWM变量调节装置的进一步优化提供研究基础。 展开更多
关键词 脉宽调制 喷雾 试验 体积中径 雾滴沉积评价指数 风洞
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植保无人机喷施雾滴沉积特性的荧光示踪分析 被引量：12
8
作者 张瑞瑞 李龙龙 +4 位作者 文瑶 陈立平 唐青 伊铜川 宋佳星 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期47-55,共9页
航空施药雾滴沉积特性的准确检测对施药参数选择和施药质量优化至关重要。该研究以3WQF-80-10型植保无人机为试验对象,选取典型飞行工况,通过水敏纸和基于荧光示踪的航空施药沉积检测系统同步获取展向雾滴沉积覆盖率,研究对比了该机型... 航空施药雾滴沉积特性的准确检测对施药参数选择和施药质量优化至关重要。该研究以3WQF-80-10型植保无人机为试验对象,选取典型飞行工况,通过水敏纸和基于荧光示踪的航空施药沉积检测系统同步获取展向雾滴沉积覆盖率,研究对比了该机型在典型飞行工况条件下的雾滴沉积离散性和连续性分布,评估基于荧光示踪的沉积检测系统对雾滴沉积检测效果与适用性。试验结果表明:荧光示踪法与水敏纸法所得雾滴沉积率分布曲线整体趋于一致,2种方法的检测结果相关性拟合优度(R2)为0.88~0.96;由于植保无人机旋翼下洗风场胁迫细小雾滴沉降至非水敏纸布样位置,致使荧光示踪法测得的平均雾滴覆盖率曲线出现更多峰值,覆盖率值高于水敏纸法测量结果。植保无人机飞行速度为2 m/s,飞行高度为3 m的作业条件下,与水敏纸离散布样方式相比,荧光示踪连续布样方式测得雾滴覆盖率提高16.92%,当飞行速度为4 m/s,飞行高度为9 m时,后者较前者提高97.77%。植保无人机作业工况对施药雾滴沉积覆盖率影响方面,飞行速度2 m/s,飞行高度3 m的工况下,雾滴沉积覆盖率最高,为8.34%和7.14%;随着植保无人机飞行高度和速度增加,雾滴沉积覆盖率降低。针对植保无人机下洗风场作用下施药雾滴沉积质量检测,与离散布样方式相比,连续性样品采集可获取更丰富的雾滴空间沉积分布细节。该研究可为无人机低空低量施药雾滴沉积检测和无人机下洗风场对雾滴沉积分布影响研究提供方法参考。 展开更多
关键词 无人机 农药 雾滴沉积分布 光谱分析 荧光示踪剂
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电动转笼二次残差补偿雾化模型建立与试验 被引量：1
9
作者 赵春江 柴舒帆 +3 位作者 陈立平 张瑞瑞 李龙龙 唐青 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期19-27,37,共10页
为解决航空施药作业时雾滴粒径变量精细控制的难题,采用二次回归正交试验与机器学习相结合的方法建立了二次残差补偿雾滴粒径模型。在以Aerial-E型电动转笼雾化器为控制对象的雾化试验平台上进行了二次回归正交试验,分析了雾滴粒径与风... 为解决航空施药作业时雾滴粒径变量精细控制的难题,采用二次回归正交试验与机器学习相结合的方法建立了二次残差补偿雾滴粒径模型。在以Aerial-E型电动转笼雾化器为控制对象的雾化试验平台上进行了二次回归正交试验,分析了雾滴粒径与风速、施药流速、雾化器转速之间的相关性,建立了雾滴粒径模型;为了提高雾滴粒径模型预测精度,添加补偿因子建立了第1次优化雾滴粒径补偿模型;利用机器学习构建了第2次残差预测模型,将第2次残差预测模型与第1次优化雾滴粒径补偿模型线性叠加,得到了二次残差补偿雾滴粒径模型。为验证二次残差补偿雾滴粒径模型的有效性,进行了模型验证试验与对比试验,试验结果表明,二次残差补偿雾滴粒径模型预测偏差绝对值最大为10.78%,其预测值与测量值的决定系数R2为0.95,比无补偿雾滴粒径模型提高了0.06,比第1次优化雾滴粒径补偿模型提高了0.05。将二次残差补偿雾滴粒径模型进行了等效变形,得到了电动转笼二次残差补偿雾化模型,基于该模型设计了电动转笼雾化系统,并进行了系统应用试验,结果表明,该系统雾滴粒径设定值与测量值的决定系数R2为0.94,雾滴相对分布跨度均小于1.6,实现了在恒定风速、施药流速条件下雾滴粒径的控制。本研究结果可实现航空施药作业时雾滴粒径变量精细控制。 展开更多
关键词 航空施药 电动转笼雾化器 雾滴粒径模型 残差补偿 二次回归正交试验 机器学习
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基于无人机高光谱影像的地表植被生物量反演波段优选 被引量：3
10
作者 夏浪 张瑞瑞 +2 位作者 陈立平 文瑶 伊铜川 《电子测量技术》 2018年第9期87-90,共4页
针对高光谱数据冗余信息多,在实际应用存在诸多不便的特点,开展了无人机高光谱的波段优选研究。通过采集地面作物的生物量与构建的归一化植被指数（NDVI）进行线性回归分析,构建波段二维分布图来可视化优选的波段。结果表明,在使用NDVI... 针对高光谱数据冗余信息多,在实际应用存在诸多不便的特点,开展了无人机高光谱的波段优选研究。通过采集地面作物的生物量与构建的归一化植被指数（NDVI）进行线性回归分析,构建波段二维分布图来可视化优选的波段。结果表明,在使用NDVI反演生物量时（决断系数大于0.8）,最佳波段主要位于820nm和725-750nm。此外,使用的高光谱相机在波长为890nm附近信噪比较低,拟合的决断系数较低。 展开更多
关键词 高光谱 农情参数 波段优选
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