農用無人機技術及其應用

目錄
前言
第1章 無人機概述 1
1.1 無人機發(fā)展概述 1
1.1.1 無人機的發(fā)展歷史 1
1.1.2 無人機的定義 6
1.1.3 無人機的組成 8
1.1.4 無人機的應用范圍 9
1.1.5 無人機的分類 11
1.2 國外農用航空的發(fā)展現(xiàn)狀 13
1.2.1 美國 14
1.2.2 俄羅斯 14
1.2.3 澳大利亞、加拿大和巴西 14
1.2.4 日本 16
1.2.5 韓國 16
1.2.6 國際無人機典型產(chǎn)品 16
1.2.7 外文文獻分析 17
1.2.8 國外農用航空應用現(xiàn)狀 23
1.3 我國農用航空的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀 25
1.3.1 我國農用航空的發(fā)展歷史 25
1.3.2 我國農用無人機應用現(xiàn)狀 27
1.4 未來發(fā)展方向 33
參考文獻 33
第2章 無人機系統(tǒng)飛行器 35
2.1 固定翼飛行器 35
2.1.1 固定翼飛行器的定義 35
2.1.2 固定翼飛行器的基本結構及設計原理 35
2.1.3 飛行器的主要部件 37
2.2 旋翼類飛行器 52
2.2.1 旋翼類飛行器的定義及分類 52
2.2.2 單旋翼帶尾槳無人直升機的基本結構及設計原理 53
2.2.3 雙旋翼共軸無人直升機的基本結構及設計原理 55
2.2.4 多旋翼無人飛行器 59
2.2.5 旋翼類飛行器的組成與主要部件 60
2.2.6 無人旋翼機的飛行原理與飛行操縱 69
2.3 特種飛行器 103
2.3.1 旋翼機 103
2.3.2 撲翼機和變模態(tài)旋翼機 104
2.4 動力裝置 105
2.4.1 活塞式發(fā)動機 105
2.4.2 電動機 109
2.4.3 渦輪噴氣發(fā)動機 112
2.4.4 螺旋槳 112
2.4.5 其他 115
2.5 植保無人機 115
2.5.1 植保無人機的發(fā)展方向 115
2.5.2 農田信息采集無人機 117
2.5.3 無人機的其他應用 117
參考文獻 117
第3章 無人機飛行控制與導航系統(tǒng) 119
3.1 無人機飛行控制系統(tǒng) 119
3.1.1 閉源飛行控制系統(tǒng) 119
3.1.2 開源飛行控制系統(tǒng) 121
3.2 導航控制 124
3.2.1 內回路控制 124
3.2.2 外回路控制 125
3.2.3 飛行控制功能的應用 125
3.3 整體捷聯(lián)算法和多傳感器冗余控制系統(tǒng) 126
3.3.1 常用傳感器的介紹 126
3.3.2 飛行控制的軟件算法 128
3.4 農用無人機數(shù)據(jù)鏈路 129
3.4.1 優(yōu)秀無人機數(shù)據(jù)鏈的特征 129
3.4.2 RC 遙控 130
3.4.3 無線數(shù)傳電臺 132
參考文獻 133
第4章 無人機仿真系統(tǒng) 134
4.1 研制仿真平臺的目的和意義 134
4.2 仿真平臺的設計思路和要求 137
4.3 仿真平臺的組成與工作原理 138
4.3.1 機械部件 138
4.3.2 主控單元 140
4.3.3 遠端執(zhí)行器 144
4.4 仿真平臺的典型應用——作物養(yǎng)分獲取與分析 154
4.4.1 油菜冠層多光譜圖像數(shù)據(jù)與SPAD 采集與處理 155
4.4.2 基于油菜冠層植被指數(shù)特征的SPAD 值預測模型研究 158
4.4.3 基于油菜冠層紋理特征的SPAD 值預測模型研究 162
4.4.4 基于油菜冠層植被指數(shù)的SPAD 值可視化研究 167
4.5 仿真平臺的典型應用——噴灑模擬 172
4.6 仿真平臺的典型應用——多源數(shù)據(jù)融合 176
4.6.1 多光譜圖像采集與預處理 177
4.6.2 多源圖像采集與內參標定 177
4.6.3 圖像融合 179
參考文獻 185
第5章 農用無人機植保應用 188
5.1 植保機械發(fā)展的歷史和趨勢 188
5.1.1 植保機械的發(fā)展歷史 188
5.1.2 國內外農用航空植保的發(fā)展與案例分析 192
5.2 航空植保的優(yōu)點 198
5.2.1 適應能力強 198
5.2.2 作業(yè)高效 199
5.2.3 節(jié)省勞動力 199
5.2.4 節(jié)約資源 199
5.2.5 保護人身健康和環(huán)境 200
5.3 航空植保發(fā)展的研究重點與關鍵技術 200
5.3.1 航空植保發(fā)展的研究重點 200
5.3.2 航空植保的關鍵技術 202
5.4 植保專用作業(yè)飛行管理系統(tǒng) 209
5.4.1 無人機位置信息實時獲取與標注 209
5.4.2 作業(yè)任務規(guī)劃和界面設計 211
5.5 植保機配套設施與檢測手段 214
5.5.1 噴灑系統(tǒng) 214
5.5.2 航空植保專用藥劑 215
5.5.3 噴灑效果的檢測手段 216
5.6 農用植保無人機 221
5.6.1 國內外植保無人機的作業(yè)模式 221
5.6.2 農用植保無人機的正確選擇與合理使用 222
5.7 植保作業(yè)相關規(guī)范與標準 222
參考文獻 223
第6章 農用無人機低空遙感技術與裝備 225
6.1 農用無人機低空遙感概述 225
6.1.1 遙感技術特點 225
6.1.2 無人機低空遙感的研究進展 228
6.2 無人機低空遙感任務設備傳感儀器與穩(wěn)定平臺 233
6.2.1 遙感任務設備通用傳感器 233
6.2.2 無人機云臺 240
6.3 遙感圖像處理 250
6.3.1 入射光衰減模型和大氣光成像模型 251
6.3.2 結合導向濾波的暗原色去霧算法 252
6.3.3 除霧中的實際問題 254
6.4 遙感地物特征獲取與三維建模 255
6.4.1 計算機視覺中的三維重建相關技術 256
6.4.2 基于相機輔助信息的三維重建 258
6.4.3 基于無人機圖像真正射影像方法研究 262
6.4.4 三維重建系統(tǒng)軟件平臺 264
6.5 遙感圖像地理配準技術與儀器 265
6.5.1 遙感圖像地理配準概述 265
6.5.2 直接地理定位機載POS 記錄儀的開發(fā) 268
6.6 地-空-星三位一體多源信息獲取與融合技術 292
參考文獻 294
第7章 農用無人機農田信息監(jiān)測 300
7.1 無人機光譜與成像檢測技術 300
7.1.1 無人機光譜檢測技術與裝備 300
7.1.2 無人機光譜成像檢測技術與裝備 306
7.1.3 基于熒光遙感的無人機機載信息獲取技術 312
7.2 農田土壤信息檢測 314
7.2.1 農田土壤信息檢測背景 314
7.2.2 無人機在農田土壤信息檢測中的應用 316
7.2.3 研究展望 318
7.3 無人機作物養(yǎng)分信息檢測 318
7.3.1 概述 318
7.3.2 無人機在作物養(yǎng)分信息檢測中的應用 319
7.3.3 研究展望 324
7.4 植物病害信息監(jiān)測 324
7.4.1 概述 324
7.4.2 地面病害信息的獲取 325
7.4.3 無人機低空遙感信息的獲取 328
7.5 植物蟲害信息監(jiān)測 331
7.5.1 概述 331
7.5.2 地面蟲害信息的獲取 331
7.5.3 無人機低空遙感信息的獲取 334
參考文獻 336
第8章 農用無人機空中無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng) 340
8.1 UAV與無線傳感器網(wǎng)絡概述 340
8.1.1 UAV與無線傳感器網(wǎng)絡 340
8.1.2 國內外的研究現(xiàn)狀及分析 341
8.2 UAV-WSN系統(tǒng)的結構及關鍵技術 342
8.2.1 UAV-WSN系統(tǒng)的組成結構 342
8.2.2 UAV-WSN系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構 343
8.2.3 UAV-WSN系統(tǒng)的協(xié)議結構 344
8.2.4 UAV-WSN系統(tǒng)的信息采集 344
8.2.5 UAV-WSN系統(tǒng)的信息傳輸 345
8.2.6 UAV-WSN系統(tǒng)的能量管理 346
8.2.7 UAV-WSN系統(tǒng)的MAC協(xié)議 346
8.2.8 UAV-WSN系統(tǒng)中的運動模式 347
8.3 UAV-WSN自組網(wǎng)技術 348
8.3.1 UAV-WSN自組網(wǎng)技術的理論基礎與原理 348
8.3.2 無人機單機和組網(wǎng)的差異 352
8.3.3 無人機網(wǎng)絡系統(tǒng) 353
8.3.4 無人機網(wǎng)絡的信道 355
8.3.5 擴頻通信技術 357
8.3.6 無人機的組網(wǎng)方式、網(wǎng)絡結構及關鍵問題 361
8.4 基于UAV-WSN技術的應用 365
8.4.1 基于無線傳感技術的無人機與災害監(jiān)測 366
8.4.2 基于無線傳感技術的無人機與農情監(jiān)測 368
8.4.3 基于無線傳感技術的無人機與森林防火 373
參考文獻 375
第9章 農用無人機的其他應用 376
9.1 授粉作業(yè) 376
9.1.1 概述 376
9.1.2 美國雜交水稻全程機械化制種的授粉方法 377
9.1.3 我國雜交水稻農用無人機制種的授粉方法 378
9.1.4 研究展望 380
9.2 施肥 380
9.2.1 概述 380
9.2.2 關鍵技術與系統(tǒng)裝備 380
9.2.3 無人機變量施肥實例 381
9.2.4 研究展望 383
9.3 棉花收割脫葉作業(yè) 383
9.3.1 概述 383
9.3.2 無人機在棉花收割脫葉中的具體應用 383
9.3.3 研究展望 384
9.4 農林火情監(jiān)控 385
9.4.1 概述 385
9.4.2 關鍵技術與方法 385
9.4.3 無人機在農林火情監(jiān)控中的具體應用 385
9.4.4 研究展望 386
9.5 播種 386
9.5.1 概述 386
9.5.2 關鍵問題 387
9.5.3 實現(xiàn)裝置 387
9.5.4 研究展望 387
9.6 土地確權 387
9.6.1 概述 387
9.6.2 無人機土地確權的系統(tǒng)組成 388
9.6.3 無人機在土地確權中的具體應用 390
9.6.4 研究展望 391
9.7 農村電力巡檢 392
9.7.1 概述 392
9.7.2 無人機電力巡檢系統(tǒng) 393
9.7.3 無人機電力巡檢關鍵技術 395
9.7.4 國內外無人機電力巡檢系統(tǒng) 397
9.7.5 研究展望 397
9.8 農村規(guī)劃 397
9.8.1 概述 397
9.8.2 無人機在農業(yè)規(guī)劃中的具體應用 398
9.8.3 研究展望 399
9.9 農田水利 399
參考文獻 401
第10章 航空氣象 405
10.1 大氣的成分及其運動 405
10.1.1 大氣的成分及結構 405
10.1.2 基本氣象要素 409
10.1.3 空氣的水平運動 413
10.1.4 空氣的垂直運動 417
10.2 云、降水及其視程障