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[期刊] 华中农业大学学报
[作者]
严炜 龙长江 李善军
为解决不规则区域内农用无人机植保作业问题,以农用无人机的总飞行距离和多余覆盖率为指标建立模型,将无人机的植保作业航向角作为优化目标,并考虑有障碍物下的情形,采用差分进化算法(different evolution algorithm,DE)与量子退火算法(quantum annealing algorithm,QA)融合的方法对应用模型进行求解,分析算法的执行过程并进行MATLAB仿真试验。结果显示:在设定的不含障碍物农田区域环境下,相较于未规划与差分进化算法规划情况,采用差分量子退火算法(differential evolution algorithm-quantum annealing,DEQA)时无人机总的飞行距离分别减少101.52、73.00 m,转弯路径分别减少43.02、43.10 m,多余覆盖率分别减少22.25%和12.79%;在设定的含障碍物农田区域环境下,相较于未规划与差分进化算法规划情况,采用差分量子退火算法时无人机总的飞行距离分别减少73.24、24.54 m,转弯路径分别减少52.50、12.72 m,多余覆盖率分别减少72.34%、23.52%,其余指标均有所下降。仿真结果表明,采用差分量子退火算法能够完成农田区域路径规划问题,可为农用无人机路径规划提供技术支持。
[期刊] 运筹与管理
[作者]
乐健驿 宋业新 陈洋
多舰载无人机协同对海上目标攻击的任务规划是有效提高无人机海上作战能力的关键技术之一。不同于陆基起降平台，舰载无人机的起降平台为复杂海洋环境下的移动平台。针对这一特点，考虑了舰载无人机起降场为存在时间窗口约束的移动起降场、完成任务所需空中时间以及生存威胁等各方面因素，以攻击收益最高、无人机损毁最小为目标建立了多目标任务规划模型，并给出了双种群优化算法对其进行求解。通过与经典的NSGA-2、SPEA2等多目标优化算法进行对比，仿真结果表明该方法是可行、有效的。
关键词：
舰载无人机 双种群优化算法 任务规划
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
张佳庆 孙韬 蒋弘瑞 段君瑞 缪煦扬 纪杰
跨越林区的高压输电线路建设存在诱发森林火灾的风险,因此必须重视高压输电线路的巡检工作。目前,以防范林区火灾风险为目的开展的无人机巡检路径规划的相关研究较少,且已有研究未针对电网系统的运维安全,也未考虑各火灾风险因素间的相互影响。因此,该文提出一种基于网络分析法(analytic network process, ANP)和遗传算法(genetic algorithm, GA)的森林电网无人机巡检路径规划方法。首先结合历史数据和实地调研,识别出影响森林火灾风险的典型因素,并对所在线路及周边林区开展火灾风险评估,划分出高火险区域;再将这些高火险区域设置为巡检节点,基于GA规划出最短的无人机巡检路径。此外,提出一种基于最大偏转角约束的路径优化方法,对路径中不满足最大偏转角约束的节点进行了优化。该文以中国池州市九华密集输电通道锦苏线3542#—3547#为应用对象,评估得出了线路周边存在10处高火险区域,规划出长度为5 391.72 m的无人机巡检路径,再利用最大偏转角约束的方法进行路径优化,优化后的路径总长为5 401.36 m,仅比原路径增长了0.179%。该文提出的无人机巡检路径规划方法以火灾风险评估为基础,兼顾了各林火风险因素间的相互影响,可以为后续林区高压输电线路的无人机巡检路径规划相关研究提供参考。
[期刊] 地理科学进展
[作者]
焦庆宇 陈新锋 郑志刚 柏艺琴 刘艳思 张正娟 孙龙妮
为解决无人机数量的快速增长导致其对地面尤其是城市内运行风险的提升,提高无人机的运行效率,减少无人机对地面人群造成的威胁,需基于人群密度对无人机制定特定的路径规划。然而,现阶段对无人机进行路径规划时仍以静态人口统计数据作为地面风险的分析依据,未能根据人群密度的时空变化特征对无人机进行实时路径规划。论文首先分析城市路网人群密度时空数据特征;其次,利用卷积神经网络对不同区域的人群密度进行预测;最后,根据已预测的人群密度数据,利用改进A~*算法对无人机进行实时路径规划及风险评估。使用该模型对北京上空无人机路径进行规划,结果显示,无人机运行风险降低了76%,可为无人机交通管理系统实时路径规划功能的建立提供理论参考。
[期刊] 地理科学进展
[作者]
陈曦亮 李钢 徐锋 于悦 张千禧
随着消费级无人机技术的快速发展,无人机航拍摄影资料成为城市形象感知研究的重要数据来源。论文基于社交平台"天空之城"获取的西安市无人机航拍照片、简介文本和拍摄地位置等信息,综合运用计算机视觉图片分析、计算机文本情感分析、社会网络分析和GIS空间分析等方法,探究无人机视角下的西安城市形象。研究发现:(1)无人机航拍照片主要集中在主城区,周边郊县较为疏散,呈现"内密外疏"的空间格局,其核密度最高值区位于三区交界的城市中心地带,为南北向的"哑铃型"布局;(2)视觉形象侧重对现代城市景观的描述,以人文景观类照片为最;(3)情感评价整体趋于积极正向,在主城区热门景点两极分化明显。最后,探索了无人机视角下城市形象建构与提升的综合机制,并对西安城市形象建设和无人机使用政策提出优化建议。
[期刊] 林业科学
[作者]
李丹 张俊杰 赵梦溪
【目的】研究高精度小型无人机获取林分调查因子方法,将林分调查因子在低空无人机影像上识别并提取出来,获取树高、冠径等测树因子,建立林分因子测量方法,实现经济、高效、快捷、精准的森林资源调查和监测,及时掌握森林资源及相关林分因子的时空变化特征。【方法】以东北林业大学城市林业示范基地樟子松人工林为研究对象,以多旋翼无人机影像为数据源,基于FCM聚类算法和分水岭分割算法以及形态学运算、阈值分割、图像平滑、灰度化、二值化等一系列数字图像处理技术,提取樟子松人工林林分因子。FCM聚类算法和阈值分割法用于提取树梢标记图像,分水岭分割算法对树梢标记图像进行迭代处理从而获得单木树冠分割图像,根据单木树冠分割结果提取单木特征进而计算各林分因子值。【结果】在林地提取中,根据影像的颜色特征绿度分割成功地将林地部分与非林地部分分离开来,确定单木树冠分割范围。在单木树冠分割中,阈值分割法和FCM聚类算法均可有效将树梢标记从林地图像中提取出来;将基于标记的分水岭分割算法用于单木树冠分割取得较好效果,大多数单木树冠被单独分割出来,但某些区域仍然存在一定的欠分割或过分割问题。在林分因子提取中,提取的林分因子包括林分郁闭度、林地面积、立木株数和平均冠幅,其中林分郁闭度的测量精度为96.67%,林地面积的测量精度为81.23%,立木株数和平均冠幅的测量精度与单木树冠分割中的树梢提取方法(阈值分割法和FCM聚类算法)及分水岭分割中的2个参数(形态学腐蚀的结构元素大小和中值滤波的窗口大小)有关。针对2种树梢提取方法,分别进行参数组合试验,结果显示2种树梢提取方法使用适当参数组合所得各林分因子测量精度均在80%以上,平均测量精度均在90%以上,其中阈值分割法的最高平均测量精度为94.49%,FCM聚类算法的最高平均测量精度为93.17%。【结论】利用无人机拍摄的人工林影像进行森林资源调查,将先进的计算机科学技术和无人机技术应用到林业领域中,可有效提高森林资源调查的效率和精度。本研究提出的林分因子提取方法适用于高郁闭度林分,测量精度满足实际需求。
[期刊] 世界农业
[作者]
吴叶青 谌凯 应向伟 林志坚 吴巧玲 赵云飞 吴其叶
本文首先针对喷药无人机技术绘制专利地图，从发展趋势、重点技术领域、专利区域分布、优势机构、高引专利及失效专利等方面展开态势研究，为喷药无人机产业和技术的进一步发展提供情报支撑。研究结果表明，喷药无人机技术从１９９４年开始真正发展，专利申请量总体呈现快速增长，而且这一趋势延续至今。喷药系统、飞行平台和飞控系统是该领域的重点研发技术。中国近年来对于喷药无人机技术的研发热情高涨，申请有大量相关专利，但专利质量相对日本较低，核心专利缺失，技术水平还有待进一步提高。基于此，笔者从政府和企业两个层面提出了中国进一步发展喷药无人机技术的对策建议。
关键词：
喷药无人机 专利地图 竞争情报
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
李红军 何雄奎 宋坚利 杨苡
为全面掌握全球农用无人机的研发态势,对2000—2019年Web of Science数据库中的论文和Derwent数据库中的专利进行分析。结果显示:中国、美国、西班牙、德国、日本和印度是农用无人机研发的主要国家;无人机论文数量前五强机构均来自中国,专利数量前五强机构以美国的公司为主,但农用无人机及植保无人机专利数量前五强机构来自中国的最多;中国在植保无人机研究中占据主导地位,论文和专利数量占全球的比例分别为61%和78%;农用无人机重要论文的产出国为西班牙和美国,而重要专利的产出国为美国和中国;农用无人机研发关注作业系统、测控系统和方法原理等方面,其中植保无人机研发侧重于作业系统和部件;农用无人机在遥感监测、长势监测与估产、植物保护中有广泛应用,在畜禽监管、播种授粉、农业灌溉等方向也逐步得到推广。作业对象信息特征的提取和分析是农用无人机推广应用的关键,未来的研发既要关注终端的作业设备研究,还要深入开展作业对象表型的研究,开发出高敏感度的传感器,适应精准农业的要求。
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
张一茗 付慧
无人机林地航拍图像具有的分辨率高、数据量大、边缘丰富的特点,造成了特征点配准中误匹配率的增加,因此本文提出了一种新的无人机林地航拍图像序列拼接方法。分形中的间隙度可用于描述图像区域纹理的粗糙程度,本文首先利用间隙度特征选取图像中局部图像块作为候选区域查找特征点,减少了待配准的特征点数量,提高了特征点配准正确率;其次,采用全局拼接技术变换图像,减少传统拼接中矩阵连乘产生的误差的积累和传播。实验中选取了不同拍摄高度的两组图像序列,将本方法与传统的全局SURF特征方法和降采样图像拼接方法进行了对比,结果显示本方
[期刊] 工业工程与管理
[作者]
罗霄松 孙兆辉 曹思佳 明新国
通过无人机搭载监测设备飞抵船舶上空进行近距离监测目前已经成为一种十分有效的船舶尾气监测手段。在相关实际场景中，船舶处于移动状态且无人机有着续航能力的限制，且由于缺乏对应的调度算法，无人机存在着监测目标选择随机性高，飞行路径不精确，电量规划不合理等问题。同时现有的求解方法存在面向大量数据时求解效率低的问题。基于上述问题，针对面向船舶尾气监测的无人机调度问题展开了研究。将上述调度问题转化为了一个可通过蚁群算法求解的模型，并提出了基于信息素分级的蚁群算法对上述调度问题进行求解。通过实验验证与对比，证明了提出的基于信息素分级策略的蚁群算法能够取得良好的规划效果。
[期刊] 华中农业大学学报
[作者]
高梦阗 韩继良 冯晓春 林娜 阮俊虎
为解决农业社会化服务平台下植保无人机“单基站-多无人机”模式任务分配调度的精细化匹配问题，建立了任务分配调度的两阶段混合整数规划模型。首先，引入了考虑温度影响下的农药药效可变时间窗、植保无人机农田中飞行模式选择、变动耗电速率等农业参数变量，在快速精准解决农户分散的植保需求条件下，求解出植保无人机任务分配调度的成本最小化目标；然后在保证其他参数不变的情况下，分别改变植保无人机的电池额定续航时间、农田中的飞行模式、温度对应的最佳药效可变时间窗和需求大小4个参数，研究了植保成本的改进情况。结果显示，各植保无人机搭载续航时间长的电池、在农田中选择长边转弯栅格形飞行、选用发挥最佳药效温度范围大的农药种类和提高单位时段平台服务量上限策略，分别可以降低40.02%、12.45%、21.17%和39.19%的植保成本。以上结果表明，引入了具体农业生产要素的混合整数规划的模型科学有效，更适用于农服平台的植保无人机任务分配调度。
[期刊] 中国农业资源与区划
[作者]
刘斌 史云 吴文斌 段玉林 赵立成
[目的]无人机遥感具有高空间、高时间分辨率的优点,并可同时获得光谱和空间信息,因此在农作物分类中备受研究者的青睐。与侧重于从高分辨率RGB图像中提取纹理特征的分类方法不同,文章重点研究如何利用作物在光谱和空间维度上的联合特征尤其是作物高程特征,以实现农作物精细分类。[方法]首先,我们进行研究区域选择和地面实际情况调查,用无人机遥感系统进行可见光影像采集;其次,确定研究区域内农作物分类类别,分别对可见光遥感影像进行可见光植被指数计算及纹理滤波;针对数字表面模型(DSM)数据特点,对两期DSM数据进行差值处理,获得差异数字表面模型数据(DDSM),提取作物高度信息,并根据农作物冠层特性对差异数字表面模型进行滤波处理;最后,进行特征优选及组合,使用SVM方法进行农作物分类。[结果]确定最优分类特征为RGB、红波段对比度、绿波段二阶矩、蓝波段方差、DDSM、DDSM方差、DDSM对比度,分类精度由71.86%提高到92.30%,验证了由DSM影像提取的空间特征可以提高农作物分类精度。[结论]该研究探索了一种基于可见光及空间联合特征的农作物精细分类方法,方法简单可行,设备成本低,在基于无人机低空遥感的样方调查领域中有较大的应用前景。
[期刊] 工业工程与管理
[作者]
梁爽 陈彦如 孙智彬
针对农村地区物流配送成本居高不下、配送效率低下等问题，对无人机-卡车-代收点的协同配送进行了研究，以助力“乡村振兴”战略。充分考虑农村道路条件、农户地理分布等特征，构建了面向农村的无人机-卡车-代收点协同配送整数规划模型，同时对无人机路径、卡车路径、代收点选址及分配、无人机发射点及回收点等进行决策。针对问题特点设计了初始解生成策略及改进的自适应大规模邻域搜索算法。此外，通过敏感性实验分析两个参数——代收点服务范围和无人机飞行能力对配送系统的影响。最后，通过与精确算法求解器——Gurobi，以及已有两类启发式算法——自适应大规模邻域搜索算法和两阶段构造搜索算法进行对比，验证了所设计算法的有效性。
[期刊] 草业科学
[作者]
戚桂美 郁志宏 单艳敏 田彦军
快速确定鼠洞斑块在生态上很重要，在技术上也具有挑战性。无人机影像与面向对象分析技术(OBIA)相结合为鼠洞斑块识别提供了新的技术手段，也为理解鼠洞斑块与植被盖度之间的空间格局提供了可能。然而OBIA的扩展特征空间，包含大量冗余信息，影响鼠洞斑块提取的精度和效率。本文提出一种OBIA耦合特征选择的荒漠草原鼠洞斑块识别框架，研究支持向量机、随机森林、K-最近邻在鼠洞斑块识别上的性能，探讨鼠洞斑块面积与植被盖度之间的关系。结果表明：特征选择与随机森林相结合的算法总分类精度高达91.74%，Kappa系数为0.89，优于支持向量机和K-最近邻，表明特征选择在降低特征维度的同时，可以提升随机森林算法的性能。基于最优特征集的支持向量机在处理无人机影像上的时间成本最低，样本的平均处理时间为11.48 s，特征选择可以有效提高影像处理的速度。本文还证明了鼠洞斑块面积与植被盖度之间满足二次函数关系。该研究为基于无人机影像的荒漠草原鼠害监测提供了一种新的方法，也为鼠害防治和草原治理提供了理论指导。
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