农用无人机灾情监测及植保作业的关键技术研究

发布时间：2020-11-08 12:43

　　 农用无人机是一种有动力、可控制、能携带多种任务设备、执行多种农业任务,并能重复使用的无人驾驶飞行器,在农田信息遥感、农情监测、植保作业等农业领域具有广泛应用。针对多旋翼农用无人机在农情监测与喷药植保作业等两类典型作业的相关技术展开研究。其一主要研究农用无人机灾情巡视作业的几项关键技术,涉及摄像机系统标定、灾情面积计算与评估、多采样点巡回的航迹规划问题。其二主要研究农用无人机喷洒农药的植保作业无人机航迹规划问题。首先,分析了国内外农业无人机在农业应用以及应用技术研究的现状,阐述了本次研究的研究背景和意义。其次,针对农情遥感无人机摄像机系统标定问题,基于摄像机成像原理,建立了摄像机线性标定模型,完成摄像机内外参数的标定,在此基础上,利用已知的摄像机内外参数和飞机的飞行高度信息,研究了农田受灾区域图像进行处理和加工方法,给出受灾区域多边形目标的坐标以及受灾区域的面积的计算方法。再者,针对大面积区域灾情巡视中多采样点巡回的航拍规划问题,将其归结为多旅行商数学模型,借助遗传算法给出无人机飞行架次以及各航次作业路径规划方法。最后,针对无人机的喷药植保作业航迹规划问题,分析了风力对喷洒作业的影响,给出了“折返式”作业模式下实现作业区域的全覆盖的无人机航线规划方法。通过仿真和实验,验证了上述模型及方法的可行性。
【学位单位】：河北科技师范学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：S252.3
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景和研究意义
    1.2 国内外农用无人机应用现状
        1.2.1 国外农用无人机应用现状
        1.2.2 国内农用无人机应用现状
    1.3 农用无人机应用技术研究现状
        1.3.1 无人机低空遥感技术的研究现状
        1.3.2 农用无人机航迹规划技术研究现状
    1.4 本文组织结构
第二章 农情遥感无人机硬件环境和摄像机系统标定
    2.1 硬件环境的搭建
    2.2 坐标系统建立
    2.3 摄像机成像原理
        2.3.1 理想小孔成像模型及其原理
        2.3.2 摄像机的畸变模型
    2.4 线性模型摄像机标定
        2.4.1 摄像机内外参数标定
        2.4.2 机载摄像机倾斜角及安装高度的标定
    2.5 无人机标定实验过程与结果
    2.6 本章小结
第三章 基于无人机遥感图像的农田受灾面积估算
    3.1 受灾面积估算流程
    3.2 研究区域概况
    3.3 无人机的视觉测量方法
        3.3.1 目标点在摄像机坐标下的坐标变换
        3.3.2 目标点在世界坐标系下坐标变换
    3.4 受灾面积的估算
    3.5 本章小结
第四章 无人机航拍作业航迹规划
    4.1 航拍作业航迹规划问题描述
    4.2 无人机单架次飞行能量计算与飞行架次预估
        4.2.1 无人机单架次飞行能量计算
        4.2.2 飞行架次预估
    4.3 MTSP的模型及转换
    4.4 基于遗传算法的最短路径求解
        4.4.1 编码与初始化
        4.4.2 适应度函数与选择操作
        4.4.3 交叉变异操作
        4.4.4 作业区域路径规划算法的基本步骤
    4.5 仿真试验
    4.6 本章小结
第五章 无人机农田喷药作业的航线规划
    5.1 农用植保无人机简介
    5.2 喷药作业航线规划问题描述
    5.3 航线的确立
        5.3.1 喷洒作业有效宽幅的确定
        5.3.2 作业方法的方式与确立
        5.3.3 风力对无人机作业航线的影响
    5.4 无人机作业的能量约束
    5.5 模拟实验
    5.6 本章小结
结论
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢

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本文编号：2874801