無人機(jī)風(fēng)場(chǎng)下的水稻花粉運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究.pdf

1、水稻在制種期間，花粉借助風(fēng)力傳播完成授粉。目前無人機(jī)逐漸被廣泛應(yīng)用于雜交水稻授粉作業(yè)。無人機(jī)水稻授粉作業(yè)時(shí)，旋翼產(chǎn)生的風(fēng)場(chǎng)對(duì)水稻花粉分布影響顯著，直接關(guān)系到雜交水稻的制種質(zhì)量。為了找出小型無人機(jī)旋翼風(fēng)場(chǎng)下水稻花粉的分布規(guī)律，本文首先利用高速攝像技術(shù)嘗試拍攝花粉運(yùn)動(dòng)軌跡圖像，再結(jié)合風(fēng)洞模擬試驗(yàn)方法采集風(fēng)洞內(nèi)各采樣點(diǎn)風(fēng)場(chǎng)參數(shù)和花粉數(shù)據(jù)，研究三種不同初始風(fēng)速條件下的風(fēng)場(chǎng)參數(shù)與水稻花粉分布的關(guān)系。此外，本文利用航空用北斗系統(tǒng)UB351定位采樣點(diǎn)

2、坐標(biāo)，精確掌握各個(gè)采樣點(diǎn)的位置坐標(biāo)與間距，并繪制無人機(jī)飛行軌跡，為試驗(yàn)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考；利用風(fēng)場(chǎng)無線網(wǎng)絡(luò)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量不同試驗(yàn)因素下旋翼產(chǎn)生的三向風(fēng)場(chǎng)，并獲得風(fēng)場(chǎng)寬度、風(fēng)場(chǎng)峰值等，與無人機(jī)授粉作業(yè)的花粉分布面積比、花粉分布寬度作對(duì)比聯(lián)系；利用Shapiro-Wilk、Kolmogorov-Smimov統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)。最后根據(jù)花粉分布趨勢(shì)優(yōu)選出適宜的無人機(jī)授粉作業(yè)飛行速度，建立回歸模型。主要研究?jī)?nèi)容有：
　?。?）根據(jù)高速攝像

3、機(jī)的原理并結(jié)合花粉的物理特性，設(shè)置該試驗(yàn)環(huán)境下高速攝像機(jī)的參數(shù)，包括焦距、攝像頻率等，在完成試驗(yàn)場(chǎng)景布置和各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置后，拍攝粉筆灰的運(yùn)動(dòng)圖像，并對(duì)運(yùn)動(dòng)圖像做各項(xiàng)閾值的二值化處理，計(jì)算得到拍攝到的粉筆灰粒徑大于花粉粒徑，最后得到該型號(hào)的高速攝像機(jī)無法在所提供的試驗(yàn)條件下拍攝到花粉的結(jié)論。
　?。?）設(shè)計(jì)小型風(fēng)洞的整體結(jié)構(gòu)，包括選擇合適的轉(zhuǎn)速、功率的風(fēng)機(jī)、選擇振動(dòng)頻率符合要求的電機(jī)。設(shè)置試驗(yàn)方法，包括確定試驗(yàn)的初始風(fēng)速、小型風(fēng)洞內(nèi)的

4、采樣點(diǎn)分布距離、承載臺(tái)的花粉量。試驗(yàn)采集在不同初始風(fēng)速條件下的各個(gè)采樣點(diǎn)的風(fēng)場(chǎng)、花粉分布數(shù)據(jù)，并對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分析和線性回歸分析，最后得到結(jié)論：風(fēng)洞內(nèi)采樣點(diǎn)風(fēng)場(chǎng)分布方面，懸浮速度風(fēng)速帶最寬的為試驗(yàn)2（初始風(fēng)速為3.5m/s），懸浮速度風(fēng)速帶最窄的為試驗(yàn)1（初始風(fēng)速為2.5m/s）；試驗(yàn)3（初始風(fēng)速為4.5m/s）與試驗(yàn)2各階段的風(fēng)場(chǎng)寬度相差不大?；ǚ鄯植挤矫?，三次試驗(yàn)中7＃處花粉量均最多，試驗(yàn)1的各項(xiàng)數(shù)據(jù)均最?。ɑǚ燮骄植济芏?/p>

5、、花粉分布面積比、花粉分布寬度），試驗(yàn)2與試驗(yàn)3的數(shù)據(jù)相差不大；風(fēng)洞試驗(yàn)各采樣點(diǎn)花粉量呈近似正態(tài)分布，且當(dāng)風(fēng)洞試驗(yàn)初始風(fēng)速為3.5m/s時(shí)，風(fēng)洞試驗(yàn)的花粉量與采樣點(diǎn)風(fēng)速值呈線性關(guān)系，花粉較為集中地分布在風(fēng)場(chǎng)的懸浮速度帶內(nèi)，該風(fēng)速有利于花粉傳播授粉。
　?。?）設(shè)計(jì)田間無人機(jī)的花粉分布試驗(yàn)，設(shè)置3個(gè)試驗(yàn)區(qū)域，在每一個(gè)區(qū)域布置20個(gè)采樣點(diǎn)，并布置采樣載玻片；選擇合適的無人機(jī)機(jī)型，并根據(jù)機(jī)型確定飛行作業(yè)參數(shù)，無人機(jī)按照3個(gè)不同的飛行速度

6、、一定的飛行高度進(jìn)行授粉作業(yè)，收集3次作業(yè)條件下的風(fēng)場(chǎng)分布參數(shù)、花粉分布量等，并對(duì)花粉量的分布情況做正態(tài)性檢驗(yàn)以及建立風(fēng)場(chǎng)與花粉分布量之間的線性回歸模型，最后得到結(jié)論：通過比較 x、y方向風(fēng)速值，無人機(jī)旋翼產(chǎn)生的水平風(fēng)場(chǎng)以y方向?yàn)橹鳎襶方向風(fēng)場(chǎng)寬度最寬，同時(shí)飛行速度為風(fēng)場(chǎng)寬度的主要影響因素，其中水平風(fēng)場(chǎng)寬度隨無人機(jī)飛行速度的增大而減小，同時(shí)無人機(jī)的飛行速度也對(duì)垂直風(fēng)場(chǎng)影響明顯；無人機(jī)以4.53 m/s飛行時(shí)，大于5粒的花粉分布寬度和花

7、粉分布面積比均最大，該飛行速度最利于花粉授粉，說明花粉分布量不僅受水平風(fēng)場(chǎng)影響也與垂直風(fēng)場(chǎng)密切相關(guān)。對(duì)比1＃~10＃采樣點(diǎn)花粉量與11＃~20＃采樣點(diǎn)花粉量，無人機(jī)授粉作業(yè)下旋翼產(chǎn)生的風(fēng)場(chǎng)對(duì)花粉分布的影響呈非對(duì)稱性。利用spss軟件的Q-Q圖檢驗(yàn)得到無人機(jī)風(fēng)場(chǎng)下的花粉分布不服從正態(tài)分布。通過建立花粉分布量等級(jí)與各自方向風(fēng)速等級(jí)之間的多元線性回歸模型，花粉分布量只與無人機(jī)旋翼產(chǎn)生的x方向風(fēng)場(chǎng)成正向線性關(guān)系。該結(jié)果為無人機(jī)的水稻授粉作業(yè)提供