本书系统介绍了农用无人机的理论基础、关键技术与装备及实际应用和管理规范，主要包括农用无人机的发展历史和现状、系统组成、飞行控制与导航系统、航空植保、低空遥感、无线组网监测，以及与无人机作业相关的气象、法规和管理等。总体思路是在系统介绍无人机体系的基础上，密切结合农业应用的特点，详细介绍农用无人机在航空植保、低空遥感、无线组网监测等方面的典型应用场景和案例，最后介绍农用无人机的系统运维、管理和培训。本书立足于作者团队10多年的研究成果和实践经验，实现了理论方法、技术应用和管理培训的统一，使读者对农用无人机有全面、系统、深入的了解和认识。
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前言
第1章 无人机概述 1
1.1 无人机发展概述 1
1.1.1 无人机的发展历史 1
1.1.2 无人机的定义 6
1.1.3 无人机的组成 8
1.1.4 无人机的应用范围 9
1.1.5 无人机的分类 11
1.2 国外农用航空的发展现状 13
1.2.1 美国 14
1.2.2 俄罗斯 14
1.2.3 澳大利亚、加拿大和巴西 14
1.2.4 日本 16
1.2.5 韩国 16
1.2.6 国际无人机典型产品 16
1.2.7 外文文献分析 17
1.2.8 国外农用航空应用现状 23
1.3 我国农用航空的发展历史与现状 25
1.3.1 我国农用航空的发展历史 25
1.3.2 我国农用无人机应用现状 27
1.4 未来发展方向 33
参考文献 33
第2章 无人机系统飞行器 35
2.1 固定翼飞行器 35
2.1.1 固定翼飞行器的定义 35
2.1.2 固定翼飞行器的基本结构及设计原理 35
2.1.3 飞行器的主要部件 37
2.2 旋翼类飞行器 52
2.2.1 旋翼类飞行器的定义及分类 52
2.2.2 单旋翼带尾桨无人直升机的基本结构及设计原理 53
2.2.3 双旋翼共轴无人直升机的基本结构及设计原理 55
2.2.4 多旋翼无人飞行器 59
2.2.5 旋翼类飞行器的组成与主要部件 60
2.2.6 无人旋翼机的飞行原理与飞行操纵 69
2.3 特种飞行器 103
2.3.1 旋翼机 103
2.3.2 扑翼机和变模态旋翼机 104
2.4 动力装置 105
2.4.1 活塞式发动机 105
2.4.2 电动机 109
2.4.3 涡轮喷气发动机 112
2.4.4 螺旋桨 112
2.4.5 其他 115
2.5 植保无人机 115
2.5.1 植保无人机的发展方向 115
2.5.2 农田信息采集无人机 117
2.5.3 无人机的其他应用 117
参考文献 117
第3章 无人机飞行控制与导航系统 119
3.1 无人机飞行控制系统 119
3.1.1 闭源飞行控制系统 119
3.1.2 开源飞行控制系统 121
3.2 导航控制 124
3.2.1 内回路控制 124
3.2.2 外回路控制 125
3.2.3 飞行控制功能的应用 125
3.3 整体捷联算法和多传感器冗余控制系统 126
3.3.1 常用传感器的介绍 126
3.3.2 飞行控制的软件算法 128
3.4 农用无人机数据链路 129
3.4.1 优秀无人机数据链的特征 129
3.4.2 RC 遥控 130
3.4.3 无线数传电台 132
参考文献 133
第4章 无人机仿真系统 134
4.1 研制仿真平台的目的和意义 134
4.2 仿真平台的设计思路和要求 137
4.3 仿真平台的组成与工作原理 138
4.3.1 机械部件 138
4.3.2 主控单元 140
4.3.3 远端执行器 144
4.4 仿真平台的典型应用——作物养分获取与分析 154
4.4.1 油菜冠层多光谱图像数据与SPAD 采集与处理 155
4.4.2 基于油菜冠层植被指数特征的SPAD 值预测模型研究 158
4.4.3 基于油菜冠层纹理特征的SPAD 值预测模型研究 162
4.4.4 基于油菜冠层植被指数的SPAD 值可视化研究 167
4.5 仿真平台的典型应用——喷洒模拟 172
4.6 仿真平台的典型应用——多源数据融合 176
4.6.1 多光谱图像采集与预处理 177
4.6.2 多源图像采集与内参标定 177
4.6.3 图像融合 179
参考文献 185
第5章 农用无人机植保应用 188
5.1 植保机械发展的历史和趋势 188
5.1.1 植保机械的发展历史 188
5.1.2 国内外农用航空植保的发展与案例分析 192
5.2 航空植保的优点 198
5.2.1 适应能力强 198
5.2.2 作业高效 199
5.2.3 节省劳动力 199
5.2.4 节约资源 199
5.2.5 保护人身健康和环境 200
5.3 航空植保发展的研究重点与关键技术 200
5.3.1 航空植保发展的研究重点 200
5.3.2 航空植保的关键技术 202
5.4 植保专用作业飞行管理系统 209
5.4.1 无人机位置信息实时获取与标注 209
5.4.2 作业任务规划和界面设计 211
5.5 植保机配套设施与检测手段 214
5.5.1 喷洒系统 214
5.5.2 航空植保专用药剂 215
5.5.3 喷洒效果的检测手段 216
5.6 农用植保无人机 221
5.6.1 国内外植保无人机的作业模式 221
5.6.2 农用植保无人机的正确选择与合理使用 222
5.7 植保作业相关规范与标准 222
参考文献 223
第6章 农用无人机低空遥感技术与装备 225
6.1 农用无人机低空遥感概述 225
6.1.1 遥感技术特点 225
6.1.2 无人机低空遥感的研究进展 228
6.2 无人机低空遥感任务设备传感仪器与稳定平台 233
6.2.1 遥感任务设备通用传感器 233
6.2.2 无人机云台 240
6.3 遥感图像处理 250
6.3.1 入射光衰减模型和大气光成像模型 251
6.3.2 结合导向滤波的暗原色去雾算法 252
6.3.3 除雾中的实际问题 254
6.4 遥感地物特征获取与三维建模 255
6.4.1 计算机视觉中的三维重建相关技术 256
6.4.2 基于相机辅助信息的三维重建 258
6.4.3 基于无人机图像真正射影像方法研究 262
6.4.4 三维重建系统软件平台 264
6.5 遥感图像地理配准技术与仪器 265
6.5.1 遥感图像地理配准概述 265
6.5.2 直接地理定位机载POS 记录仪的开发 268
6.6 地-空-星三位一体多源信息获取与融合技术 292
参考文献 294
第7章 农用无人机农田信息监测 300
7.1 无人机光谱与成像检测技术 300
7.1.1 无人机光谱检测技术与装备 300
7.1.2 无人机光谱成像检测技术与装备 306
7.1.3 基于荧光遥感的无人机机载信息获取技术 312
7.2 农田土壤信息检测 314
7.2.1 农田土壤信息检测背景 314
7.2.2 无人机在农田土壤信息检测中的应用 316
7.2.3 研究展望 318
7.3 无人机作物养分信息检测 318
7.3.1 概述 318
7.3.2 无人机在作物养分信息检测中的应用 319
7.3.3 研究展望 324
7.4 植物病害信息监测 324
7.4.1 概述 324
7.4.2 地面病害信息的获取 325
7.4.3 无人机低空遥感信息的获取 328
7.5 植物虫害信息监测 331
7.5.1 概述 331
7.5.2 地面虫害信息的获取 331
7.5.3 无人机低空遥感信息的获取 334
参考文献 336
第8章 农用无人机空中无线传感器网络系统 340
8.1 UAV与无线传感器网络概述 340
8.1.1 UAV与无线传感器网络 340
8.1.2 国内外的研究现状及分析 341
8.2 UAV-WSN系统的结构及关键技术 342
8.2.1 UAV-WSN系统的组成结构 342
8.2.2 UAV-WSN系统的网络结构 343
8.2.3 UAV-WSN系统的协议结构 344
8.2.4 UAV-WSN系统的信息采集 344
8.2.5 UAV-WSN系统的信息传输 345
8.2.6 UAV-WSN系统的能量管理 346
8.2.7 UAV-WSN系统的MAC协议 346
8.2.8 UAV-WSN系统中的运动模式 347
8.3 UAV-WSN自组网技术 348
8.3.1 UAV-WSN自组网技术的理论基础与原理 348
8.3.2 无人机单机和组网的差异 352
8.3.3 无人机网络系统 353
8.3.4 无人机网络的信道 355
8.3.5 扩频通信技术 357
8.3.6 无人机的组网方式、网络结构及关键问题 361
8.4 基于UAV-WSN技术的应用 365
8.4.1 基于无线传感技术的无人机与灾害监测 366
8.4.2 基于无线传感技术的无人机与农情监测 368
8.4.3 基于无线传感技术的无人机与森林防火 373
参考文献 375
第9章 农用无人机的其他应用 376
9.1 授粉作业 376
9.1.1 概述 376
9.1.2 美国杂交水稻全程机械化制种的授粉方法 377
9.1.3 我国杂交水稻农用无人机制种的授粉方法 378
9.1.4 研究展望 380
9.2 施肥 380
9.2.1 概述 380
9.2.2 关键技术与系统装备 380
9.2.3 无人机变量施肥实例 381
9.2.4 研究展望 383
9.3 棉花收割脱叶作业 383
9.3.1 概述 383
9.3.2 无人机在棉花收割脱叶中的具体应用 383
9.3.3 研究展望 384
9.4 农林火情监控 385
9.4.1 概述 385
9.4.2 关键技术与方法 385
9.4.3 无人机在农林火情监控中的具体应用 385
9.4.4 研究展望 386
9.5 播种 386
9.5.1 概述 386
9.5.2 关键问题 387
9.5.3 实现装置 387
9.5.4 研究展望 387
9.6 土地确权 387
9.6.1 概述 387
9.6.2 无人机土地确权的系统组成 388
9.6.3 无人机在土地确权中的具体应用 390
9.6.4 研究展望 391
9.7 农村电力巡检 392
9.7.1 概述 392
9.7.2 无人机电力巡检系统 393
9.7.3 无人机电力巡检关键技术 395
9.7.4 国内外无人机电力巡检系统 397
9.7.5 研究展望 397
9.8 农村规划 397
9.8.1 概述 397
9.8.2 无人机在农业规划中的具体应用 398
9.8.3 研究展望 399
9.9 农田水利 399
参考文献 401
第10章 航空气象 405
10.1 大气的成分及其运动 405
10.1.1 大气的成分及结构 405
10.1.2 基本气象要素 409
10.1.3 空气的水平运动 413
10.1.4 空气的垂直运动 417
10.2 云、降水及其视程障碍现象 419
10.2.1 云的形成与分类 419
10.2.2 降水 427
10.2.3 能见度与视程障碍 429
10.3 典型天气系统 430
10.3.1 气团和锋 430
10.3.2 气旋和反气旋 433
10.3.3 槽线和切变线 437
10.4 特殊天气条件 437
10.4.1 雷暴 437
10.4.2 低空风切变 439
10.4.3 飞机颠簸 442
10.4.4 飞机积冰 444
10.5 航空气象资料的分析和应用 446
10.5.1 地面天气图 446
10.5.2 卫星云图 447
参考文献 449
第11章 农用无人机适用运行法规 450
11.1 无人机运行法规及民用无人机驾驶员管理规定 450
11.1.1 轻小无人机运行有关规定 450
11.1.2 民用无人机驾驶员管理有关规定 450
11.2 民用无人机驾驶员的培训与考试管理 450
11.2.1 民用无人驾驶航空器系统驾驶员训练机构合格审定规则 451
11.2.2 浙江大学数字农业与农村信息化研究中心课程培训训练大纲 452
附录11.1 轻小无人机运行规定（试行） 453
附录11.2 民用无人机驾驶员管理规定 470
附录11.3 关于民用无人驾驶航空器系统驾驶员资质管理有关问题的通知（民航发〔2015〕34 号） 482
附录11.4 民用无人驾驶航空器系统驾驶员训练机构合格审定规则 484
附录11.5 浙江大学数字农业与农村信息化研究中心课程培训训练大纲 508
第12章 农用无人机的应用与维护 520
12.1 农用无人机的基本信息 520
12.1.1 范围 520
12.1.2 规范性引用文件 520
12.1.3 产品分类与基本参数 520
12.1.4 要求 520
12.1.5 试验方法 523
12.1.6 检验规则 524
12.1.7 标志、包装、随机文件、运输、贮存 524
12.2 农用无人机的检查单制度 525
12.2.1 飞行检查单的出现 525
12.2.2 检查单的内容 525
12.2.3 飞行检查单的重要性 526
12.2.4 检查单的执行方法 527
12.2.5 操作与检验 527
12.2.6 飞行事故记录 528
12.3 应急预案 533
第13章 农用无人机作业规范与管理 534
13.1 作业区域管理 534
13.1.1 轻小型民用无人机运行管理 535
13.1.2 无人机系统驾驶员的管理 536
13.1.3 U-Cloud系统 538
13.2 区域调度管理 539
13.2.1 ADS-B系统 539
13.2.2 ADS-B技术 540
13.3 农用作业要求与规范 543
13.3.1 范围 543
13.3.2 作业前准备及应具备的相关资格 543
13.3.3 防治作业要求 545
13.3.4 现场作业要求 545
13.3.5 飞行操作及安全注意事项 545
13.3.6 作业后检查与存放 546
京公网安备 11010102004214号