无人机植保大数据产业平台

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作为获得2017年“创客中国”创新创业大赛总决赛企业组优胜奖的项目,该项目基于北斗导航系统,通过集成自主研发的GNSS RTK定位系统、地理信息系统、监控管理系统,实现植保无人机厘米级高精度定位与全自助航线飞行,从而进行无人机的精准喷洒、高效作业、平台化管理、安全可靠的植保服务。

植保无人机的出现改变了我国农业植保的现状。

北斗卫星导航系统(以下简称北斗系统)是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要,自主建设、独立运行的卫星导航系统,是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。卫星信号依靠电磁波进行传输,其导航原理为通过接收机接受信号的时间和电磁波传输的速度分别计算出接收机与至少四颗卫星同时通信距离,得出接收机在地球的相对位置。

“北斗”应用于无人机后,对无人机定位精度、机动性能、可靠性、各无人机之间及与指挥所之间相互协调能力等都有很大提高。此外,北斗加入无人机系统后,还可以降低对建立GPS差分系统的需求,从而进一步降低成本,促使无人机系统得到更为广泛的应用。

随着我国农业的飞速发展,植保无人机的出现改变了我国农业植保的现状。我国专业化统防统治工作的不断推进,植保无人机得到了快速发展,其相对于传统植保技术具有高效安全、自动化程度高、防治效果好、适应性强、劳动强度低、防治及时、避免了传统打药人机病虫害传染等优势。无人机植保技术的应用对提高我国农作物病虫害防治机械化水平、农业资源利用率,增强突发性大面积病虫害防控能力,缓解农村劳动力短缺,增强农业抗风险能力,保障国家粮食安全、生态安全,实现农业可持续发展具有十分重要的意义。

无人机植保应用是一个综合学科、系统工程,需要有关科研单位、无人机生产企业和农药及药械企业密切配合,通过产、学、研结合,加大创新研发力度。一方面,要加大无人机研发力度,不断改进、提高无人机性能,提高无人机的防治效率,降低防治成本。另一方面,加强配套技术研究。针对不同低空、超低量施药器械,研发与之相匹配的药液,力争在药剂雾化、喷洒技术等方面争取有所突破。

无人机在农业应用上只是个载体,关键还是在配套的飞行、药剂、飞手、维修站等等,这是一个综合学科、系统工程。农业无人机企业如何为农户提供优质、高效、经济的植保服务,逐步让农民接受农业无人机的作业方式,值得研究。随着无人机在植保领域的应用,未来将有大批无人机飞行员,成为农业技术型人才,不仅能够操作无人机,还需掌握相应的植保知识和施药技术。

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项目技术优势:

(1)GNSS RTK定位系统:为农田测绘、无人机飞行提供厘米级高精度定位,同时具有强大的抗磁干扰能力,保障无人机在高压线、矿区等强磁干扰环境下稳定飞行。

(2)极飞地理信息系统:通过无人机技术和标准化的测绘作业流程,在全国范围内采集地理信息,为农田勘测、农村导航和无人机精准飞行等提供高精度的定位支持。将无人机技术与遥感数据、气象数据相结合,提供农田种植信息、预测农田病虫害情况、实施播报区域天气等方面的精准服务,为农田管理提供辅助决策支持。

(3)监控管理系统:植保无人机的实时监控。实时读取作业过程中农业无人机的飞行速度、飞行高度、作业状态等飞行信息。同时支持电子围栏,让无人机飞行更安全。

项目解决了几个关键问题:

(1)定位精度问题

卫星定位的原理是接收器通过与至少4颗卫星通讯,计算与这些卫星的距离,确定自己在地球上的坐标。卫星信号通过电离层与对流层时,信号的路径要发生弯曲,传播路径发生变化从而使测量的信号传输时间发生偏差,导致卫星的定位精度≥1米。

基于北斗导航系统研发的GNSS RTK定位系统使用了“载波”这一更精确的“尺子”,并通过“差分”的方式修正信号在大气中的传播误差,消除卫星星历误差、卫星钟差,进一步减少“尺子”本身的误差,多重保障数据的精确性,从而将米级误差降低到厘米级。

(2)高精度地理信息采集问题

通过机载高清相机与GNSS RTK定位系统对进行地块信息测绘,再运用阿里云对数据进行统一进行管理、分析及处理,快速拼接地图,生成空间数据及相关测量成果,完成农田边界获取和地面特征识别,从而实现区域农田高精度地理信息采集,并服务于无人机植保。

(3)安全问题

通过精准定位,实现无人机载植保过程中的运营与监控管理,解决植保无人机这作业的安全问题。

项目应用效果明显

运用GPS定位,由于信号传输时间偏差,导致航线规划出现重叠等问题,其结果是农药喷洒漏喷和重喷。运用无人机智能信息管理系统则可以很好的解决上述植保问题。

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