【摘要】：農(nóng)業(yè)精準化趨勢下,植保無人機憑借其超強適應(yīng)能力、高效作業(yè)能力、節(jié)省勞動力、節(jié)約資源和保護環(huán)境等諸多優(yōu)點,在國內(nèi)農(nóng)業(yè)航空領(lǐng)域具有良好的發(fā)展前景。由于植保無人機作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變,導(dǎo)致農(nóng)田試驗條件不易控制,試驗結(jié)果不能作為植保無人機噴灑作業(yè)的具體參考標準。針對以上田間噴灑試驗的環(huán)境多變性,將多旋翼植保無人機仿真平臺及機載噴灑系統(tǒng)搭建起來用于科學研究,并編寫了用于霧滴沉積的圖像處理分析程序"DropletAnalysis"。在總結(jié)國內(nèi)外植保無人機研究進展之后,結(jié)合水敏紙的霧滴沉積檢測和圖像處理程序"DropletAnalysis"、紅外熱成像等技術(shù)手段,研究了低空不同作業(yè)高度、飛行速度以及茶樹植株不同沉積層上霧滴沉積特性的變化規(guī)律。具體研究內(nèi)容和成果如下:(1)首先確定無人機仿真平臺噴灑系統(tǒng)在不同作業(yè)高度下產(chǎn)生的有效噴幅寬度,在有效噴幅寬度范圍內(nèi),探究發(fā)現(xiàn):在1.0 m、1.2 m、1.4 m作業(yè)高度的梯度變化下,有效噴幅寬度分別為2.57 m、2.94 m和3.21m,茶樹植株上霧滴沉積覆蓋率Coverage呈現(xiàn)出隨作業(yè)高度升高而下降的變化規(guī)律,其在1.0m、1.2 m、1.4m作業(yè)高度下,霧滴覆蓋率分別為17%、11%和10%。(2)排除自然風的干擾,無人機仿真平臺通過對飛行速度的調(diào)控,對不同飛行速度下茶樹植株上沉積的霧滴質(zhì)量評價指標進行探究。結(jié)果發(fā)現(xiàn):在0.3 m/s、0.5m/s、0.7m/s、0.9m/s、1.0m/s飛行速度下,霧滴沉積密度Density值、霧滴沉積覆蓋率Coverage以及霧滴粒徑算術(shù)平均值D0都隨無人機飛行速度的增加而降低,而在0.3 m/s-1.0m/s飛行速度范圍內(nèi),反映霧滴粒徑分布均勻性的霧滴粒徑變異系數(shù)CV值分別為0.891、0.979、1.026、1.311和1.243,隨飛行速度的增加而增大,導(dǎo)致噴灑出來的霧滴粒徑分布均勻性變差。紅外熱成像儀在航空噴灑試驗中,通過對噴灑前、后作物葉片表面溫度變化率的記錄分析,將葉片表面溫度變化率與水敏紙檢測結(jié)果進行對照,發(fā)現(xiàn)規(guī)律一致。因此,說明熱紅外成像技術(shù)可以有效反映出各作業(yè)參數(shù)變化后霧滴沉積覆蓋率的變化。(3)本研究選用茶樹高度約為0.6m,茶樹植株不同沉積層對噴灑霧滴沉積量的接受概率存在差異,相應(yīng)試驗結(jié)果表明:植保無人機噴灑作業(yè)過程中,作物植株沉積層按照自上而下的順序,植株葉片表面的霧滴沉積覆蓋率Coverage會逐漸降低,飛行速度為0.3 m/s時,五棵茶樹上、中、下沉積層上平均霧滴沉積覆蓋率依次為33.79%30.47%17.21%;飛行速度為0.5 m/s時,茶樹上、中、下沉積層上平均霧滴沉積覆蓋率依此為26.90%14.14%8.31%;飛行速度為0.7 m/s時,茶樹上、中、下沉積層上平均霧滴沉積覆蓋率依此為18.89%16.11%13.62%。。
[Abstract]:Under the trend of agricultural precision, plant protection UAVs have a good prospect in the field of agricultural aviation because of their excellent adaptability, high efficiency, labor saving, resource saving and environment protection. Because the environment of plant protection UAV is complex and changeable, it is difficult to control the field test conditions, so the test results can not be used as a specific reference standard for plant protection UAV spraying operation. In view of the environmental variability of the above field spraying experiments, the simulation platform of multi-rotor plant protection UAV and the airborne spraying system were set up for scientific research, and the image processing and analysis program "DropletAnalysis" for droplet deposition was developed. After summing up the research progress of plant protection UAV at home and abroad, combined with the droplet deposition detection of water sensitive paper and image processing program "DropletAnalysis", infrared thermal imaging and other technical means, the different operating heights at low altitude were studied. The variation of the velocity of flight and the deposition characteristics of fog droplets on different sediment layers of tea plants. The specific research contents and results are as follows: (1) at first, the effective width of spraying amplitude produced by the UAV simulation platform spraying system at different operating heights is determined. In the range of effective spray width, it is found that the width is 1.0 m ~ (1.2 m). Under the gradient of 1.4 m operating height, the width of effective spraying amplitude was 2.57 mm 2.94 m and 3.21 m, respectively. The droplet deposition coverage (Coverage) of tea plant decreased with the increase of operating height, which was 1.0 m. At the operating altitude of 1.2 m ~ 1.4 m, the droplet coverage was 17% and 10%, respectively. (2) eliminating the interference of natural wind, the UAV simulation platform controlled the flight speed. The quality evaluation indexes of fog droplets deposited on tea plants at different flying speeds were studied. The results show that at the speed of 0. 3 m / s 0. 5 m / s 0. 7 m / s 0. 9 m / s / s 1.0 m / s, the droplet deposition density Density value, The droplet deposition coverage Coverage and the arithmetic average of droplet diameter D0 decreased with the increase of UAV velocity, but in the range of 0.3 m/s-1.0m/s, The coefficient of variation (CV) of droplet size distribution, which reflects the uniformity of droplet size distribution, is 0.891U 0.979U 1.0261.311 and 1.243, respectively, which increases with the increase of flying velocity, resulting in the uniformity of droplet size distribution becoming worse. In the aerial spraying test of infrared thermal imager, the change rate of leaf surface temperature before and after spraying was recorded and analyzed, the change rate of leaf surface temperature was compared with the test result of water sensitive paper, and the rule was found to be consistent. Therefore, the thermal infrared imaging technique can effectively reflect the change of droplet deposition coverage after the change of operation parameters. (3) the tea tree height is about 0.6 m in this study. The acceptance probability of spray droplet deposition was different among different sediment layers of tea plant. The results showed that during the spraying process of plant protection UAV, the sediment layer of plant was in the order of top-down. The droplet deposition coverage (Coverage) on the leaf surface of the plant decreased gradually. When the flying velocity was 0.3 m / s, the average droplet deposition coverage on the five tea trees, middle and lower layers was 33.790.47 and 21, respectively. When the flight velocity is 0.5 m / s, the average fog deposition coverage on the top, middle and lower layers of tea trees is 26.90 ~ 8.31; When the flying speed is 0.7 m / s, the average droplet deposition coverage on the tea tree is 18.89 ~ 1.11 ~ (.62) 路s ~ (-1) on the top, middle, and lower layers of tea.
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S252.3

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