山地果园植保无人机自适应导航关键技术研究
发布时间：2021-01-09 02:47
丘陵山地占我国国土面积的近70%,其农业生产效率与平原地区相比存在较大差异,农业生产以经济果林作物为主,受地形条件限制,现代化地面作业农机通行困难,丘陵山地的机械化程度远低于全国平均水平。多旋翼无人机动作灵活、可垂直起降的特点非常适合山地果园的植保施药作业,无人机飞行轨迹的精准控制是其在山地果园高效植保作业应用的瓶颈。本文在分析四旋翼无人机动力学模型的基础上,针对无人机山地果园植保作业的飞行控制需求,分析基于多种导航方式组合的无人机自主导航飞行控制方法;针对山地苹果园果树树冠的分布特性,研究基于机器视觉的果树行快速分割方法,进而探寻果树行趋势线提取算法,结合GNSS导航技术,提出基于GNSS-视觉组合的无人机山地果园作业水平航迹控制方法;针对山地果园的地形特点,研究基于双目视觉图像的三维点云提取算法,进而探寻基于双目视觉的多点测距方法,提出基于双目视觉的无人机仿形飞行控制方法;融合无人机水平航迹和高度仿形的飞行控制方法,提出基于多种导航方式组合的山地果园无人机自主导航方法;基于上述理论研究,设计并研发了无人机自主导航控制系统,对系统性能进行了实地试验验证。论文主要研究内容及结论如下。（...
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：164 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
无人机姿态模型
第二章 四旋翼无人机建模及自适应导航控制方法研究人机作业路径选取 效率最优的作业路径选取方法于无人机具备 6 个自由度，可进行多种姿态飞行，但是其驱动却只有 4 个驱动系统。为了保证无人机在作业过程中的飞行稳定，首先应进行无人机划（焦巍等 2010b；李士勇 2003；莫宏伟和马靖雯 2016；徐政超 20116）。无人机在丘陵山地等一些地势变化复杂的环境中执行植保作业等特殊任机进行低空飞行，此时，无人机距作业果树冠层高度较低，一般为 2-5m药作业时，无人机的飞行轨迹与实际的果树行列形状应保持一致，且飞经佳。山地果园的果树种植模式为依山势同一等高线种植，呈梯田形式，同果树为一行或多行，且行或列取决于等高线形状，一般无直线行列，高度几十米不等，常见的山地果园实际地形如图 2-6。
西北农林科技大学博士学位论文距 4m，不同行间落差设为 6m。定性分析可知，无人机上升动作，设定无人机起降位置与最高行平行或高于最高行位置。三维空确定原点（无人机起降位置），选左上角顶点作原点 A，然后在 轴（东）和 Y 轴（北）的方向，Z 轴过 A 点垂直于大地指向天机作业飞行区域为 ABCD-A'B'C'D'，其中 AB 是沿 X 轴方向平行沿 Y 轴方向平行的最大飞行长度，AD 是沿 Z 轴方向平行的最大述原则，将三维规划空间 ABCD-A'B'C'D'离散为 49 个三维点集业目标点进行空间建模。录入各作业目标点对应的三维坐标信息投影距离为到起降点的水平距离，Z 轴数值表示到起降点的高度函数建模，最后得到山地作业目标点模型。三维坐标信息如图 2
【参考文献】：
期刊论文
[1]果园仿形变量喷雾与常规风送喷雾性能对比试验[J]. 李龙龙,何雄奎,宋坚利,刘杨,王志翀,李进耀,贾晓铭,刘志雄. 农业工程学报. 2017(16)
[2]基于变量喷雾的果园自动仿形喷雾机的设计与试验[J]. 李龙龙,何雄奎,宋坚利,王潇楠,贾晓铭,刘朝辉. 农业工程学报. 2017(01)
[3]基于空间质量平衡法的植保无人机施药雾滴沉积分布特性测试[J]. 王昌陵,何雄奎,王潇楠,王志翀,王士林,李龙龙,Jane.Bonds,Andreas.Herbst,王志国,梅水发. 农业工程学报. 2016(24)
[4]基于优化蚁群算法的机器人路径规划[J]. 张军明,张德祥,王硕. 自动化技术与应用. 2016(11)
[5]农药喷雾粒径的研究现状与发展[J]. 兰玉彬,彭瑾,金济. 华南农业大学学报. 2016(06)
[6]基于遗传-蚁群算法的云计算任务调度优化[J]. 曹阳,刘亚军,俞琰. 吉林大学学报(理学版). 2016(05)
[7]悬挂式电动柔性疏花机控制系统设计与试验[J]. 李君,徐岩,许绩彤,杨洲,陆华忠. 农业工程学报. 2016(18)
[8]小型无人直升机喷雾参数对杂交水稻冠层雾滴沉积分布的影响[J]. 陈盛德,兰玉彬,李继宇,周志艳,金济,刘爱民. 农业工程学报. 2016(17)
[9]基于蚁群算法的四旋翼航迹规划[J]. 莫宏伟,马靖雯. 智能系统学报. 2016(02)
[10]罗锡文:农业航空植保,开启智能装备新篇章[J]. 罗锡文,孙洁. 中国农村科技. 2016(04)
博士论文
[1]多旋翼无人机的姿态与导航信息融合算法研究[D]. 张欣.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[2]丘陵山地自走式玉米收获机设计方法与试验研究[D]. 杜岳峰.中国农业大学 2014
硕士论文
[1]无人机自主飞行控制系统设计[D]. 赵少雄.中北大学 2017
[2]四旋翼飞行器飞行动力学特性分析[D]. 王大鹏.南京理工大学 2017
[3]防碰撞四旋翼飞行器动力学建模与控制研究[D]. 戴启浩.南京理工大学 2017
[4]基于云平台的遗传—蚁群混合型算法的研究及在TSP中的应用[D]. 何广才.内蒙古农业大学 2016
[5]基于DSP嵌入式平台的快速模型预测控制算法[D]. 丁一.浙江大学 2016
[6]基于模糊PID控制的农用无人机稳定平台控制算法研究[D]. 庄载椿.浙江大学 2016
[7]四旋翼无人飞行器动力学建模及控制技术的研究[D]. 陈骥.南京理工大学 2016
[8]无人机飞行控制与航迹规划研究[D]. 薛若宸.北京理工大学 2016
[9]基于超声波测距技术的小型无人机高度测量方法研究[D]. 刘慧.内蒙古工业大学 2015
[10]基于北斗卫星导航系统的智能车载终端设计[D]. 史顺玉.中国海洋大学 2014
本文编号：2965823
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：164 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
无人机姿态模型
第二章 四旋翼无人机建模及自适应导航控制方法研究人机作业路径选取 效率最优的作业路径选取方法于无人机具备 6 个自由度，可进行多种姿态飞行，但是其驱动却只有 4 个驱动系统。为了保证无人机在作业过程中的飞行稳定，首先应进行无人机划（焦巍等 2010b；李士勇 2003；莫宏伟和马靖雯 2016；徐政超 20116）。无人机在丘陵山地等一些地势变化复杂的环境中执行植保作业等特殊任机进行低空飞行，此时，无人机距作业果树冠层高度较低，一般为 2-5m药作业时，无人机的飞行轨迹与实际的果树行列形状应保持一致，且飞经佳。山地果园的果树种植模式为依山势同一等高线种植，呈梯田形式，同果树为一行或多行，且行或列取决于等高线形状，一般无直线行列，高度几十米不等，常见的山地果园实际地形如图 2-6。
西北农林科技大学博士学位论文距 4m，不同行间落差设为 6m。定性分析可知，无人机上升动作，设定无人机起降位置与最高行平行或高于最高行位置。三维空确定原点（无人机起降位置），选左上角顶点作原点 A，然后在 轴（东）和 Y 轴（北）的方向，Z 轴过 A 点垂直于大地指向天机作业飞行区域为 ABCD-A'B'C'D'，其中 AB 是沿 X 轴方向平行沿 Y 轴方向平行的最大飞行长度，AD 是沿 Z 轴方向平行的最大述原则，将三维规划空间 ABCD-A'B'C'D'离散为 49 个三维点集业目标点进行空间建模。录入各作业目标点对应的三维坐标信息投影距离为到起降点的水平距离，Z 轴数值表示到起降点的高度函数建模，最后得到山地作业目标点模型。三维坐标信息如图 2
【参考文献】：
期刊论文
[1]果园仿形变量喷雾与常规风送喷雾性能对比试验[J]. 李龙龙,何雄奎,宋坚利,刘杨,王志翀,李进耀,贾晓铭,刘志雄. 农业工程学报. 2017(16)
[2]基于变量喷雾的果园自动仿形喷雾机的设计与试验[J]. 李龙龙,何雄奎,宋坚利,王潇楠,贾晓铭,刘朝辉. 农业工程学报. 2017(01)
[3]基于空间质量平衡法的植保无人机施药雾滴沉积分布特性测试[J]. 王昌陵,何雄奎,王潇楠,王志翀,王士林,李龙龙,Jane.Bonds,Andreas.Herbst,王志国,梅水发. 农业工程学报. 2016(24)
[4]基于优化蚁群算法的机器人路径规划[J]. 张军明,张德祥,王硕. 自动化技术与应用. 2016(11)
[5]农药喷雾粒径的研究现状与发展[J]. 兰玉彬,彭瑾,金济. 华南农业大学学报. 2016(06)
[6]基于遗传-蚁群算法的云计算任务调度优化[J]. 曹阳,刘亚军,俞琰. 吉林大学学报(理学版). 2016(05)
[7]悬挂式电动柔性疏花机控制系统设计与试验[J]. 李君,徐岩,许绩彤,杨洲,陆华忠. 农业工程学报. 2016(18)
[8]小型无人直升机喷雾参数对杂交水稻冠层雾滴沉积分布的影响[J]. 陈盛德,兰玉彬,李继宇,周志艳,金济,刘爱民. 农业工程学报. 2016(17)
[9]基于蚁群算法的四旋翼航迹规划[J]. 莫宏伟,马靖雯. 智能系统学报. 2016(02)
[10]罗锡文:农业航空植保,开启智能装备新篇章[J]. 罗锡文,孙洁. 中国农村科技. 2016(04)
博士论文
[1]多旋翼无人机的姿态与导航信息融合算法研究[D]. 张欣.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[2]丘陵山地自走式玉米收获机设计方法与试验研究[D]. 杜岳峰.中国农业大学 2014
硕士论文
[1]无人机自主飞行控制系统设计[D]. 赵少雄.中北大学 2017
[2]四旋翼飞行器飞行动力学特性分析[D]. 王大鹏.南京理工大学 2017
[3]防碰撞四旋翼飞行器动力学建模与控制研究[D]. 戴启浩.南京理工大学 2017
[4]基于云平台的遗传—蚁群混合型算法的研究及在TSP中的应用[D]. 何广才.内蒙古农业大学 2016
[5]基于DSP嵌入式平台的快速模型预测控制算法[D]. 丁一.浙江大学 2016
[6]基于模糊PID控制的农用无人机稳定平台控制算法研究[D]. 庄载椿.浙江大学 2016
[7]四旋翼无人飞行器动力学建模及控制技术的研究[D]. 陈骥.南京理工大学 2016
[8]无人机飞行控制与航迹规划研究[D]. 薛若宸.北京理工大学 2016
[9]基于超声波测距技术的小型无人机高度测量方法研究[D]. 刘慧.内蒙古工业大学 2015
[10]基于北斗卫星导航系统的智能车载终端设计[D]. 史顺玉.中国海洋大学 2014
本文编号：2965823
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