CN111221351A - 一种离心式无人机飞播物料的方法 - Google Patents

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毕银丽
张龙杰
高雅坤
马少鹏
周会丽
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Xian University of Science and Technology
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D1/00—Dropping, ejecting, releasing, or receiving articles, liquids, or the like, in flight
    • B64D1/16—Dropping or releasing powdered, liquid, or gaseous matter, e.g. for fire-fighting

Abstract

本发明提出一种离心式无人机飞播物料的方法，包括：S1，划定试验场地，设置无人机的飞行轨迹，使得无人机沿设定的飞行轨迹撒播种子，飞行结束后统计试验场地内被均匀分割的每个样方内的落种数量；S2，获取无人机的飞行速度与撒播物料均匀性之间的关系，通过获得的参数之间的关系确定无人机的飞行参数。本发明为实现无人机精准撒播物料提供了一种可行有效的方法。

Description

一种离心式无人机飞播物料的方法
技术领域
本发明涉及物料散播技术领域，具体涉及一种离心式无人机飞播物料的方法。
背景技术
随着无人机技术的发展，无人机由于具备垂直起降和不受地形影响等优点，使得无人机播种成为可能。
在撒播物料的植保无人机中，离心式撒播装置搭载在无人机上，该撒播装置通过电机驱动取料轮排料，下落在撒播盘上后利用撒播圆盘高速转动产生的离心力将物料撒播出去，从而实现物料撒播。因其通用性好，颗粒状的肥料和作物种子均可使用，抛撒幅宽较大，应用范围较广。但在实际应用时，无人机作业参数如飞行速度，飞行高度，撒播圆盘转速，作业横幅等设置不当会造成无人机撒播物料不均、无法实现精准撒播物料的问题。
因此，研究离心式无人机撒播装置参数设置方法对于实现无人机在农业中的应用有着重要的现实意义。
发明内容
针对现有技术方法存在的缺陷或不足，本发明提出一种离心式无人机飞播物料的方法，包括：S1，划定试验场地，设置无人机的飞行轨迹，使得无人机沿设定的飞行轨迹撒播种子，飞行结束后统计试验场地内被均匀分割的每个样方内的落种数量；S2，获取无人机的飞行速度与撒播物料均匀性之间的关系，通过获得的参数之间的关系确定无人机的飞行参数。S3，获取无人机的飞行高度与撒播物料均匀性之间的关系，通过获得的参数之间的关系来确定无人机的飞行参数。
进一步，所述方法还包括：S4，获取无人机的撒播圆盘转速与撒播物料均匀性之间的关系，通过获得的参数之间的关系来确定无人机的飞行参数。
进一步，所述方法还包括：S5，获取无人的不同作业横幅与撒播物料均匀性之间的关系，通过获得的参数之间的关系来确定无人机的飞行参数。
进一步，所述步骤S2包括：S21，分别设置不同的飞行速度，操作无人机沿同一飞行轨迹飞行，统计距飞行轨迹中心线的不同距离处的每个样方内落种数量；S22，计算每个样方内的撒播均匀性变异系数，所述变异系数为样方数据标准偏差与均值之比；S23，选择合适的变异系数对应的飞行速度。
进一步，所述步骤S3包括：S31，分别设置不同的飞行高度，操作无人机沿同一飞行轨迹飞行，统计每个样方内落种数量；S32，计算每个样方内的撒播均匀性变异系数，所述变异系数为样方数据标准偏差与均值之比；S33，选择合适的变异系数对应的飞行高度。
进一步，所述步骤S4包括：S41，分别设置无人机处于不同转速，在其他条件相同的情况下沿同一飞行轨迹飞行，操作无人机沿同一飞行轨迹飞行，统计每个样方内落种数量；S42，计算每个样方内的撒播均匀性变异系数，所述变异系数为样方数据标准偏差与均值之比；S43，选择合适的变异系数对应的转速。
进一步，所述步骤S5包括：S51，将相邻的两条路径边缘上的种子进行叠加；S52，计算叠加后撒播区域撒播均匀性变异系数，所述变异系数为样方数据标准偏差与均值之比；S53，选择合适的变异系数对应的作业幅度。
进一步，选择无人机的飞行速度设置在4-5m/s范围内，作业高度控制在1.5-2米范围内。
进一步，选择无人机飞行的撒播圆盘转速在高转速下，以及作业横幅为10米。
本发明的有益效果为：为实现无人机精准撒播物料提供了一种科学的有效的方法。
现有技术的飞机飞播是为了生态治理，一般飞播一些草籽或种子，但是对播撒种子的行、列的整齐度、均匀度及间距没有特别的要求，快速播撒下去就行，而本发明的无人机作业的是物料等管理精细的种子，要求成行、成列，种子均匀度好，后期出苗齐，便于集约管理，所以要强调对飞行轨迹、飞行速度、高度与转速的控制。播撒材料不仅是物料还有高附加值的经济作物种子，因对管理要求高，节约人工成本，可以规模化采用实施本无人机飞播。本发明的方法实现了成行、成列，播撒均匀的技术效果，从而管理便捷。
附图说明
为了更容易理解本发明，将通过参照附图中示出的具体实施方式更详细地描述本发明。这些附图只描绘了本发明的典型实施方式，不应认为对本发明保护范围的限制。
图1为本发明的方法的流程图。
图2为一个实验场地的示意图。
图3为不同飞行速度时撒播变化情况的示意图。
图4为不同飞行速度时变异系数的示意图。
图5为不同高度下落种数量变化情况的示意图。
图6为不同转速时撒播变化情况的示意图。
图7为不同转速时变异系数的示意图。
图8为不同作业横幅时变异系数变化情况的示意图。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的实施方式，其中相同的部件用相同的附图标记表示。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合。
图1显示了本发明的方法的流程图。本发明的方法包括S1-S5，下面详细说明。
S1，划定试验场地，设置无人机的飞行轨迹，使得无人机沿设定的飞行轨迹撒播种子(例如黄豆种子)，飞行结束后统计试验场地内被均匀分割的每个样方内的落种数量。
在图2所示的实验场地内，实验场地为10m×15m，划分了150个样方(1m×1m)。
S2，获取无人机的飞行速度与撒播物料均匀性之间的关系。
具体为，分别设置不同的飞行速度，操作无人机沿同一飞行轨迹飞行，统计距飞行轨迹中心线的不同距离处的每个样方内落种数量。如图3所示，可以使用折线图呈现落种数量随距飞行轨迹距离远近的变化规律。
然后，计算每个样方(150个样方)数据的撒播均匀性变异系数。计算方法为：
试验数据的平均值：
Figure BDA0002374320980000041
试验数据的标准偏差：
Figure BDA0002374320980000042
试验数据撒播均匀性变异系数如：
Figure BDA0002374320980000043
其中，n＝150。
样方数据标准偏差与均值之比，结果如图4所示。通过比较发现，10米内落种数量变化曲线随着速度的增大变得平滑，变异系数随速度的增大而变小，撒播效果更加均匀。一般无人机的飞行速度参数设置范围在2-8m/s，考虑到无人机每组电池作业时间只有5-6分钟，飞行速度较低时作业效率低下，飞行速度较高时不易操控，有安全隐患，综合飞行速度和撒播均匀性变异系数以及田间作业环境等因素，优选地，飞行速度设置在4-5m/s较为合适。
S3，获取无人机的飞行高度与撒播物料均匀性之间的关系。
具体地，分别设置不同的飞行高度H＝2m、H＝3m、H＝4m，在其他条件相同的情况下沿同一飞行轨迹飞行，统计实验场地(10m×15m)内每样方的落种数量。随着飞行高度的增加，10米内落种数量逐渐减少，如图5所示。无人机作业高度较低(约1m)时旋翼风场会对农田表面产生影响，作业高度较高会降低旋翼风场的利用率，综合考虑农业无人机作业效率及安全问题，优选地，无人机的作业高度控制在1.5-2米范围内较合适。
S4，获取无人机的撒播圆盘转速与撒播物料均匀性之间的关系。
分别设置无人机处于低转速和高转速，在其他条件相同的情况下沿同一飞行轨迹飞行，统计实验场地(10m×15m)内每样方落种数量。使用折线图呈现落种数量随距飞行轨迹距离远近的变化规律，如图6所示。计算每个(150个)样方数据的撒播均匀性变异系数，计算方法为：样方数据标准偏差与均值之比，如前所述的公式(1)，结果如图7所示。结果表明，高转速时曲线变化较低转速时平滑，撒播均匀性变异系数也较小，因此高转速下撒播效果较好。
S5，获取无人的不同作业横幅与撒播物料均匀性之间的关系。
设定无人机工作在不同作业横幅，在其他条件相同的情况下沿同一飞行轨迹飞行，统计实验场地(10m×15m)内每样方落种数量。
离心式撒播机的撒播类型都是由中心向两侧的种子逐渐减少，为了使幅宽方向存在较好的撒播一致性，就需要将相邻的两条路径边缘上的种子进行叠加，使两条路径边缘的种子数和中间的种子数相同，这是离心式撒播机在田间工作时达到撒播一致性的方法。因此，通过对已有数据的分析，通过现有数据的叠加得到不同作业横幅时理论叠加值，计算叠加后撒播区域撒播均匀性变异系数，如前所述的公式(1)。从图8中可以看出，设置横幅为10米时，撒播均匀性变异系数最低，撒播均匀性最好。
S6，通过前述步骤获得的各类参数之间的关系确定无人机的飞行参数。
例如，选择变异系数小的飞行速度作为无人机的飞行速度。结合无人机安全情况和每样方落种数量设定无人机的飞行高度。选择变异系数小的转盘转速作为无人机的撒播圆盘转速。选择变异系数小的作业横幅作为无人机的作业横幅。
以上无人机的飞行参数：飞行速度、飞行高度、转盘转速和作业横幅，可以同时设置到最佳，也可以选择设置其中一部分参数为最佳参数。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种离心式无人机飞播物料的方法，其特征在于，包括：
S1，划定试验场地，设置无人机的飞行轨迹，使得无人机沿设定的飞行轨迹撒播种子，飞行结束后统计试验场地内被均匀分割的每个样方内的落种数量；
S2，获取无人机的飞行速度与撒播物料均匀性之间的关系，通过获得的参数之间的关系确定无人机的飞行参数。
2.根据权利要求1所述的一种离心式无人机飞播物料的方法，其特征在于，还包括：
S3，获取无人机的飞行高度与撒播物料均匀性之间的关系，通过获得的参数之间的关系来确定无人机的飞行参数。获取无人的不同作业横幅与撒播物料均匀性之间的关系，通过获得的参数之间的关系来确定无人机的飞行参数。
3.根据权利要求2所述的离心式无人机飞播物料的方法，其特征在于，还包括：
S4，获取无人机的撒播圆盘转速与撒播物料均匀性之间的关系，通过获得的参数之间的关系来确定无人机的飞行参数。
4.根据权利要求3所述的离心式无人机飞播物料的方法，其特征在于，还包括：
S5，获取无人的不同作业横幅与撒播物料均匀性之间的关系，通过获得的参数之间的关系来确定无人机的飞行参数。
5.根据权利要求1所述的离心式无人机飞播物料的方法，其特征在于，
步骤S2包括：
S21，分别设置不同的飞行速度，操作无人机沿同一飞行轨迹飞行，统计距飞行轨迹中心线的不同距离处的每个样方内落种数量；
S22，计算每个样方内的撒播均匀性变异系数，所述变异系数为样方数据标准偏差与均值之比；
S23，选择合适的变异系数对应的飞行速度。
6.根据权利要求5所述的离心式无人机飞播物料的方法，其特征在于，
步骤S3包括：
S31，分别设置不同的飞行高度，操作无人机沿同一飞行轨迹飞行，统计每个样方内落种数量；
S32，计算每个样方内的撒播均匀性变异系数，所述变异系数为样方数据标准偏差与均值之比；
S33，选择合适的变异系数对应的飞行高度。
7.根据权利要求6所述的离心式无人机飞播物料的方法，其特征在于，
步骤S4包括：
S41，分别设置无人机处于不同转速，在其他条件相同的情况下沿同一飞行轨迹飞行，操作无人机沿同一飞行轨迹飞行，统计每个样方内落种数量；
S42，计算每个样方内的撒播均匀性变异系数，所述变异系数为样方数据标准偏差与均值之比；
S43，选择合适的变异系数对应的转速。
8.根据权利要求7所述的离心式无人机飞播物料的方法，其特征在于，
步骤S5包括：
S51，将相邻的两条路径边缘上的种子进行叠加；
S52，计算叠加后撒播区域撒播均匀性变异系数，所述变异系数为样方数据标准偏差与均值之比；
S53，选择合适的变异系数对应的作业幅度。
9.根据权利要求6所述的离心式无人机飞播物料的方法，其特征在于，
选择无人机的飞行速度设置在4-5m/s范围内，作业高度控制在1.5-2米范围内。
10.根据权利要求8所述的离心式无人机飞播物料的方法，其特征在于，
选择无人机飞行的撒播圆盘转速在高转速下，以及作业横幅为10米。
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