融合Focal Loss与典型卷积神经网络结构的水稻病害图像分类

快速高效地识别水稻病害的种类并及时采取有效的防治措施对避免水稻减产具有重要意义,为解决人工识别水稻病害效率低、识别精度不高、深度学习样本不平衡导致识别准确率不高等问题,融合Focal Loss与4种典型卷积神经网络结构对7种水稻病害进行分类识别。利用TensorFlow的Keras深度学习框架搭建卷积神经网络的图像识别分类系统,使用Focal Loss损失函数解决数据集不平衡导致识别准确率低的问题,采用ResNet50、ResNet101、MobileNetV2、VGG16作为特征提取骨干,对7种水稻病害进行识别。通过imgaug库增强数据,将13 543张水稻病害图像按照9∶1的比例划分为训练集和验证集并参与训练模型,将1 404张水稻病害图像作为测试集来验证模型的准确性。结果表明,所搭建的数据集中ResNet50、ResNet101、MobileNetV2、VGG16的识别准确率分别为98.06%、94.26%、92.47%、97.83%。可见,在融合Focal Loss损失函数的情况下,ResNet50作为特征提取骨干训练出的模型在水稻病害图像分类中拥有最高的准确率,该成果可在实...     

植保无人机主要性能指标测评方法的分析与思考

近年来,随着无人机在农业领域的广泛应用,植保无人机已经成为农业航空植保器械的重要组成部分之一。相应地,人们也开始对植保无人机的综合性能要求越来越高。因此,如何实现对植保无人机的综合性能指标进行科学且全面的测评,已成为当前植保无人机大规模推广应用问题中的难点和热点。为此,在概述了植保无人机在农业应用中的特点和发展前景的基础上,指出了当前制约植保无人机发展的重要问题之一是缺乏高性能的植保无人机;并对植保无人机综合性能指标中的可靠性能指标、抗风性能指标、载荷性能指标、振动性能指标和喷施作业性能等5个主要性能指标的测试必要性和测试方法现状做了深入剖析,指出了各种测试方法的优点及不足;归纳了目前植保无人机综合性能测试中仍然存在的问题;最后,对未来植保无人机综合性能测试技术的发展提出了展望,指出了未来植保无人机性能指标测试体系完善和技术发展的方向。     

AS350B3e直升机航空喷施雾滴飘移分布特性

为了探究安装有AG-NAV Guía系统的AS350B3e直升机进行喷施作业时的雾滴飘移规律,以轻型机载北斗RTK差分系统获取的精准作业参数(时间、速度、高度、轨迹)为参考,进行了不同作业参数喷施试验。研究了该直升机以4种不同飞行速度范围进行单向式喷施作业时,对应的有效喷幅区域范围及雾滴飘移分布规律,对比了添加航空助剂对雾滴飘移距离及飘移量的影响。结果表明:有效喷幅区域的位置受自然风速和风向变化的影响,会向直升机航线下风向区域有不同程度的偏移;当直升机分别以70、90、100、120 km/h 4种速度参数进行喷施作业时,随着飞行速度的增大,有效喷幅宽度呈现先缓慢增大后急剧减小的趋势,100 km/h的飞行速度为有效喷幅宽度变化的峰值拐点;当侧风风速为1.1~2.3 m/s时,目标喷雾区的最小宽度在喷雾区域下风向水平距离27.61~48.94 m的范围内,且下风向受飘移影响距离均接近或小于下风向有效喷幅宽度,同时研究还发现雾滴粒径在200μm以下的雾滴更容易发生飘移,因此在作业时要预留至少50 m以上缓冲区(安全区)并合理选择航空喷头以避免药液飘移产生的危害;航空助剂的使用对于雾滴飘移量减轻效果显著,在同等作业条件下,添加航空助剂能够使雾滴飘移量减少33.94%。该研究结果可为直升机的喷施系统性能改进提供参考,对合理喷施农药、减少飘移、提高农药利用率具有重要意义。     

中国植保无人机及其施药关键技术的研究现状与趋势

随着精准农业的理念在我国不断推广,植保无人机作为我国农业航空产业的重要组成之一,近年来的迅猛发展和应用引起了人们的广泛关注,植保无人机具有操作容易、农药利用率高、安全可靠等特点,极大提高了防控病虫害的能力,降低了地形对喷洒作业的限制。为全面、深入地了解我国植保无人机及其施药关键技术的发展现状及未来趋势,对我国植保无人机的发展和应用状况进行了概述,主要从航空变量施药技术、航空静电施药技术、航线规划技术、自主避障技术及施药效果检测技术5个方面对植保无人机施药关键技术的研究现状进行了阐述和分析,并针对航空变量施药决策系统、多机协同作业技术、航空施药作业专家系统及植保无人机配套施药技术4个方面指出了植保无人机施药关键技术的未来发展趋势,以期为国内科研机构和企业的科学研究提供参考,加快我国植保无人机技术的发展进程,促进和推动我国植保无人机产业的快速发展。     

植保无人机抗电磁干扰技术探讨

随着农业航空应用的发展,植保无人机应用越来越普遍,由于农业户外环境出现了越来越多的电磁干扰源,对植保无人机的安全作业提出了更高的要求。为提高植保无人机飞行作业的安全性,引入了无人机抗电磁干扰技术。通过分析国内植保无人机作业可能面临的复杂环境,着重探讨了植保无人机抗高压线电磁干扰的问题,并仿真研究了植保无人机在高压输电线下的安全距离,展望了植保无人机抗电磁干扰技术的研究方向和研究重点。该文可为植保无人机抗电磁干扰技术的研究和应用提供一定参考。     

中国植保无人机发展形势及问题分析

植保无人机作为我国农业航空产业的重要组成之一,近年来的迅猛发展和应用引起了人们广泛的关注。为全面、深入地了解中国植保无人机的发展形势及存在的问题,农业农村部农机化司委托华南农业大学国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心统计和撰写了“2016年我国农用植保无人飞机发展形势分析与政策建议”的报告。在此报告的基础上,本文对我国植保无人机的类型、生产企业及保有量分布情况进行了统计和分析,比较全面地展示了中国植保无人机行业的发展状况,总结和提出了目前植保无人机行业发展中在关键施药技术研究、相关标准制订以及监督管理这3个方面存在的主要问题及建议,并对植保无人机的市场前景、关键技术和作业服务模式的发展趋势进行了预测,以期为国内科研机构和企业的科学研究及应用提供参考,加快我国植保无人机产业的发展进程,促进和推动我国植保无人机产业的健康快速发展。     

航空喷施与人工喷施方式对水稻施药效果比较

【目的】找出小型无人直升机航空喷施雾滴在水稻植株的沉积分布规律,并比较农用无人机航空喷施方式和人工喷施方式的不同。【方法】通过喷施试验研究了市场上主流的2种不同型号无人机(油动单旋翼和电动单旋翼小型无人直升机)、不同作业参数对水稻冠层雾滴沉积分布结果的影响,并比较了不同农用无人机航空喷施方式和人工喷施方式的效果和效率。【结果】航空喷施方式下的作业参数对雾滴沉积量和穿透性均有着相同的影响趋势,均表现出作业速度越慢,雾滴在植株间的沉积量越多,穿透性越好;作业高度越低,沉积量越多,但穿透性较差。但由于不同类型无人机旋翼风场强度的不同,油动单旋翼小型无人直升机喷施作业时作业高度对雾滴的沉积均匀性影响明显,而电动单旋翼小型无人直升机喷施作业时作业速度对雾滴的沉积均匀性影响明显。人工喷施作业的雾滴在水稻植株上、中、下3层的沉积均匀性最差,且雾滴在水稻植株间的穿透性也最差,为110.42%,人工喷施雾滴大部分都沉积在植株上层,只有3.27%的药液量到达植株的底部,而航空喷施作业有10%~30%的药液量能到达植株的底部。【结论】从不同喷施作业方式的效果和效益来看,航空喷施雾滴沉积效果优于人工喷施雾滴沉积效果,作业效率约为人工喷施方式的10倍,且成本低,效益高。     

多旋翼无人机旋翼下方风场对航空喷施雾滴沉积的影响

风场是影响航空喷施雾滴沉积分布特性的重要因素之一。为了揭示多旋翼无人机旋翼下方风场对雾滴沉积分布的影响机理,通过无人机旋翼风场测量系统测量多旋翼电动无人机旋翼下方的风场分布,同时结合航空喷施雾滴在水稻冠层的沉积情况,分析旋翼下方X、Y、Z 3个方向的风场对雾滴沉积分布的影响,并对试验结果进行了方差分析和回归分析。结果表明:在无人机旋翼下方3向风场中,X和Y向风速对有效喷幅区内雾滴沉积量的影响不显著,Z向风速的影响极显著;X向风速对有效喷幅区内雾滴沉积穿透性的影响不显著,Y和Z向风速的影响分别为显著和极显著;X和Y向风速对雾滴沉积飘移的影响均不显著,Z向风场的影响显著;且当水平方向上X、Y向风速峰值越小、垂直方向上Z向风速峰值越大时,雾滴沉积均匀性越好,最佳值达到36.44%。另外,有效喷幅区内雾滴沉积量与因素Z向风速之间的回归模型及有效喷幅区内雾滴沉积穿透性与因素Y和Z向风速之间的回归模型的决定系数R~2分别为0.868和0.842,表明模型可以为实际作业提供指导。     

田间农药雾滴精准采样技术与发展趋势

采用植保机械喷施化学农药仍是病虫害防治最为有效的手段.喷施过程中,农药雾滴精准的采集并测定沉积、流失飘移量,对于优化植保机械的作业参数、提高农药利用率具有重要意义.该研究综述分析了室内与田间采样过程中不同类型采样器的优缺点,并分析采样效率、采样器的布置及采样条件等因素对雾滴沉积、流失飘移采样结果的影响.针对当前的采样方...     

侧向风对航空植保无人机平面扇形喷头雾滴飘移的影响

目的 侧向风是影响植保无人机航空喷施雾滴飘移和作业效果的主要因素。探究航空植保喷施过程中侧向风对雾滴沉积和飘移的影响,为植保无人机航空喷施作业参数的选择和作业关键部件的改进提供数据支持和理论指导。方法 以常用平面扇形喷头Lechler系列的LU 120-015和LU 120-03标准压力喷头为研究对象,基于计算流体力学离散相模型的粒子跟踪技术,在适宜的边界条件下对喷施作业过程中风洞内雾滴流场和农药喷洒离散相进行模拟试验;通过仿真模拟对平面扇形喷头喷施的雾滴沉积和飘移分布情况进行可视化分析,探究雾滴粒子在不同侧风风速条件下的飘移特性;在农业航空专用风洞中,采用近似条件对雾滴的沉积飘移特性进行试验验证和分析。结果 仿真模拟结果表明,随着侧向风速的增加,离散相雾滴粒子飘移程度越严重,雾滴水平飘移越明显。随着侧向风速的增加,模拟离散相雾滴粒子的准确沉积率(R_a)呈指数下降,由14.11%下降到0.66%;水平飘移率(R_h)呈线性增加,由14.25%增加到60.58%。风洞试验结果表明,在侧风风速分别为1、3和6 m/s的条件下,雾滴的R_h分别为0.4%、48.1%和75.1%,且雾滴在风洞内部会随着侧风风速的增加发生一定程度的卷扬现象。仿真模拟与风洞测试试验的R_h具有显著相关性(R²=0.963,P<0.05)。结论 仿真模拟对航空喷施条件下的雾滴飘移具有较好的预测效果;采用仿真模拟辅助风洞试验测试的方法,可以比较准确地得出航空植保无人机作业中常用平面扇形喷头的雾滴沉积与飘移情况。