研究目标与研究任务

国家专项

联系我们

课题一介绍

研究目标与研究任务

　　（1）研究目标：

　　农用多旋翼航空器在田间施药与遥测监测中应用较为广泛，但电动多旋翼航空器在田间复杂障碍环境中施药作业避障难度高、能耗高，低空遥测作业时飞行速度与机载光谱装置成像参数不相关、特定作物特征反射光谱波段离散、带宽过窄。本课题以研制具有自动避障和低空遥测功能的电动多旋翼航空器及装备为目标，开展一体化农用植保航空器自动避障技术与装备研究，一体化航空器低空遥测技术与装备研究，集成附属作业部件电动多旋翼航空器能源载荷匹配技术研究。并形成具有自主知识产权的适合复杂地形植保与遥测作业为主的低能耗具有自动避障功能的电动多旋翼航空器，研发波段连续、匹配飞行速度的基于光谱信息农情获取的低空遥测装备。

　　（2）主要研究内容：

　　① 一体化农用植保航空器自动避障技术与装备研究

　　针对田间规划路径中出现的意外物体、人或动物等动态障碍物位置的不确定性，研究不确定障碍物光流定位、超声波空间测距结合的实时探测技术，实现田间障碍物方向和距离的快速识别与精准测量。研究避障路径的人工势场实时规划算法，实现局部环境中电动多旋翼航空器条件反射式实时避障；针对田间规划路径中草垛、孤木、电线杆等典型固定障碍物位置的确定性，研究典型固定障碍物方向包围盒 OBB(Oriented bounding box)模型特征库构建方法，实现基于障碍物三维场景快速重构。基于重构结果，研究微惯性/双目立体视觉最短避障路径规划算法，生成复杂地形中的最短避障航迹，实现全局环境中电动多旋翼航空器可靠避障；集成自动避障技术与施药装备，开发一体化农用植保航空器。优化能耗分配，实现适应田间施药频繁起降作业特点的断点续航功能；自动划分施药缓冲区域，实现适应田间施药雾滴飘移难控制作业特点的电子围栏功能。

　　② 一体化航空器低空遥测技术与装备研究

　　作物特征光谱波段连续成像技术研究。农用无人机在大田大范围作业过程中，需同时对土壤、杂草以及病害等多种因素进行监测。这些因素的光谱分布范围广，现有机载多光谱成像设备不能满足田间作物光谱检测的应用需求；针对这一问题，课题以特定作物为研究对象，模拟机载遥测方式，开展基于作物叶面反射的特征成像光谱研究，研究不同光照条件下的波段分布函数及其精细结构，研究具有高光谱分辨率、特定光谱范围、第46页/共179页窄谱宽、连续采集特征的光谱成像实验室方案，建立特定作物病情与光谱图像参数之间的关系，研究作物病害的最佳监测时期，建立监测模型，指导作物病害智能监测和精准预防。

　　小型机载光谱速度匹配装置研制。针对目前航空器机载遥测光谱设备运动图像采集精度低，采集参数与航空器飞行速度不匹配等问题；在飞行速度变化较大范围内对大面积田块移动遥测作业时，研究适用于机载光谱成像装置拍摄参数特点的飞行速度分级，研究拍摄时间间隔、光谱分辨率、空间分辨率和航空器本体分级飞行速度的匹配规律，集成多旋翼航空器的一体化光谱速度分级匹配装置，实现机载光谱图像动态采集参数与航空器本体飞行速度在不同遥测任务场景中的自动分级匹配，提高运动图像采集精度。集成本体与遥测装备一体化的高效遥测航空器结合作物病害信息能够实现大面积监测。

　　③ 集成附属作业部件电动多旋翼航空器能源载荷匹配技术研究

　　目前农用多旋翼一体化航空器在施药和遥测等应用场景中载荷、能源损耗既有负载不变、能源损耗变的单因素模式，又有负载变、能源损耗也变的双因素模式，两种模式均急需优化能源载荷匹配，降低能耗、增加航时；针对农用多旋翼电动航空器遥测作业中负载不变、能源损耗的单因素模式，开展分级负载下能源动态变化特性的研究，探寻遥测作业中起飞、升降、转体、悬停和降落等不同作业阶段内的能耗规律，建立基于分级负载的单因素动态能源损耗模型，得出遥测作业阶段能耗分配合理方案，优化遥测电动多旋翼一体化航空器机体结构、气动特性与遥测作业流程；针对农用多旋翼电动航空器施药作业中负载变化、能源损耗的双因素模式，开展不同负载下药液动态变化特性与能源动态变化特性的互作关系研究，探寻施药作业中低空低速、高温高湿、频繁起降、转弯折返等作业条件下动态能源载荷匹配规律，在作业时间维度上建立负载变化条件下的双因素能源载荷动态匹配模型，得出施药作业阶段能耗分配合理方案，优化植保电动多旋翼一体化航空器机体结构、气动特性与施药作业流程。