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【知识产权周系列宣传】植保无人机的“指挥中枢” :基于GPS导航的无人机施药作业自动控制系统及方法

文章来源:知识产权管理处 | 作者:Admin | 点击数: 次 | 发布时间:2016-05-03

    我国历年水稻田病虫草害防治面积占全部的34%,占总防治量的三分之一。长期以来,水稻病虫草害防治主要依靠人力使用手动喷雾器和背负式机动喷雾机等常规植保机械进行,劳动强度大,作业质量差,作业效率低,已成为制约水稻全程机械化的主要技术瓶颈。2014年中央一号文件将“加强农用航空建设”列为“推进农业科技创新”的重要内容。随着国家农业科技投入加大、政策倾斜及低空管制开放,植保无人机行业呈蓬勃发展态势。但无人直升机由于载荷限制,施药喷洒中多采用较常规浓度更高的药液,漏喷、重喷现象严重、危害性大。
    在承担国家“十一五”高技术研究发展计划(863计划)项目“新型施药技术与农用药械”项目基础上,中国农业科学院南京农业机械化研究所分析研究了我国水稻作物病虫害防治特点和农业航空植保发展需求,借鉴美、日等国农业航空先进技术,重点开展了高效低污染施药技术、施药装备与作业搭载平台技术、施药过程自动控制技术的研究,创制了适合于我国水田施药作业的无人驾驶自动导航航空施药技术及装备,并开展了大量的室内外性能试验及技术改进工作。专利“基于GPS导航的无人机施药作业自动控制系统及方法”,集成了农用无人机自动导航技术、喷雾控制技术、轻量化航空喷洒系统技术及可控均匀雾化技术,将采集的田块GPS信息导入航路规划PC机进行最优航路规划,规划好的航路通过上行接口传输至地面站控制系统中,再经无线电台发送至飞行控制主机,在机载GPS的引导下实现无人机自动导航飞行,达到指定坐标点时自动打开或关闭施药系统,实现了对无人直升机亚米级精度的飞行控制,解决了航空喷雾作业喷幅的精确对接。为我国农业航空植保技术的快速发展提供了技术支撑,提高了我国航空植保作业的质量。

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    该专利转化实施形成产品后可大大提升农用无人机施药装备的技术含量,实现了对无人机亚米级精度的飞行控制,做到精准对靶施药;可根据农作物病虫害发生的轻重,自动调整飞行速度、飞行高度,进行变量喷雾;通过可视化界面随时掌握无人机实时的位置信息和施药飞行航线的准确性。淘汰了以往由导航员、信号员、操作手等组成的粗放式航空施药方法,有效减轻了航空施药作业强度,防止了药液重喷、漏喷现象发生,提高了农药喷洒的精准程度,保护了自然资源与生态环境。
    与传统地面作业机具相比,采用该专利技术的农用无人直升机应用于水稻病虫害防治,农药有效利用率≥35,节省农药使用量≥20,作业效率提高10-100倍。折合节约农药成本3-5元/亩;节省作业成本10-15元/亩;增收粮食30-40斤/亩。该专利许可给四家公司运用实施,开发了12种不同类型和品牌的农用无人植保机,实现了批量化生产。截止2014年,已经累计销售600余台(架),并已销至国内多个省份,销售净利润超过1300万元,在水稻、小麦、棉花、玉米等上的应用超过40万亩次,节药增效经济效益超过4000万元。该专利除了特别适用于水稻等水田作物技术装备,还可应用于大豆、花生、蔬菜等旱地作物,果园和甘蔗等作物,以及莲蓬、水葫芦等水生作物。如将施药控制指令更换成拍照出发指令,还可用于农情遥感监测和产量预估方面。

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