無人機風場下的水稻花粉運動規(guī)律的研究.pdf

1、水稻在制種期間，花粉借助風力傳播完成授粉。目前無人機逐漸被廣泛應用于雜交水稻授粉作業(yè)。無人機水稻授粉作業(yè)時，旋翼產(chǎn)生的風場對水稻花粉分布影響顯著，直接關系到雜交水稻的制種質量。為了找出小型無人機旋翼風場下水稻花粉的分布規(guī)律，本文首先利用高速攝像技術嘗試拍攝花粉運動軌跡圖像，再結合風洞模擬試驗方法采集風洞內各采樣點風場參數(shù)和花粉數(shù)據(jù)，研究三種不同初始風速條件下的風場參數(shù)與水稻花粉分布的關系。此外，本文利用航空用北斗系統(tǒng)UB351定位采樣點

2、坐標，精確掌握各個采樣點的位置坐標與間距，并繪制無人機飛行軌跡，為試驗提供準確的數(shù)據(jù)參考；利用風場無線網(wǎng)絡測量系統(tǒng)測量不同試驗因素下旋翼產(chǎn)生的三向風場，并獲得風場寬度、風場峰值等，與無人機授粉作業(yè)的花粉分布面積比、花粉分布寬度作對比聯(lián)系；利用Shapiro-Wilk、Kolmogorov-Smimov統(tǒng)計量進行正態(tài)性檢驗。最后根據(jù)花粉分布趨勢優(yōu)選出適宜的無人機授粉作業(yè)飛行速度，建立回歸模型。主要研究內容有：
　?。?）根據(jù)高速攝像

3、機的原理并結合花粉的物理特性，設置該試驗環(huán)境下高速攝像機的參數(shù)，包括焦距、攝像頻率等，在完成試驗場景布置和各項參數(shù)設置后，拍攝粉筆灰的運動圖像，并對運動圖像做各項閾值的二值化處理，計算得到拍攝到的粉筆灰粒徑大于花粉粒徑，最后得到該型號的高速攝像機無法在所提供的試驗條件下拍攝到花粉的結論。
　　（2）設計小型風洞的整體結構，包括選擇合適的轉速、功率的風機、選擇振動頻率符合要求的電機。設置試驗方法，包括確定試驗的初始風速、小型風洞內的

4、采樣點分布距離、承載臺的花粉量。試驗采集在不同初始風速條件下的各個采樣點的風場、花粉分布數(shù)據(jù)，并對所采集的數(shù)據(jù)進行正態(tài)分析和線性回歸分析，最后得到結論：風洞內采樣點風場分布方面，懸浮速度風速帶最寬的為試驗2（初始風速為3.5m/s），懸浮速度風速帶最窄的為試驗1（初始風速為2.5m/s）；試驗3（初始風速為4.5m/s）與試驗2各階段的風場寬度相差不大。花粉分布方面，三次試驗中7＃處花粉量均最多，試驗1的各項數(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2與試驗3的數(shù)據(jù)相差不大；風洞試驗各采樣點花粉量呈近似正態(tài)分布，且當風洞試驗初始風速為3.5m/s時，風洞試驗的花粉量與采樣點風速值呈線性關系，花粉較為集中地分布在風場的懸浮速度帶內，該風速有利于花粉傳播授粉。
　?。?）設計田間無人機的花粉分布試驗，設置3個試驗區(qū)域，在每一個區(qū)域布置20個采樣點，并布置采樣載玻片；選擇合適的無人機機型，并根據(jù)機型確定飛行作業(yè)參數(shù)，無人機按照3個不同的飛行速度

6、、一定的飛行高度進行授粉作業(yè)，收集3次作業(yè)條件下的風場分布參數(shù)、花粉分布量等，并對花粉量的分布情況做正態(tài)性檢驗以及建立風場與花粉分布量之間的線性回歸模型，最后得到結論：通過比較 x、y方向風速值，無人機旋翼產(chǎn)生的水平風場以y方向為主，且y方向風場寬度最寬，同時飛行速度為風場寬度的主要影響因素，其中水平風場寬度隨無人機飛行速度的增大而減小，同時無人機的飛行速度也對垂直風場影響明顯；無人機以4.53 m/s飛行時，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場影響也與垂直風場密切相關。對比1＃~10＃采樣點花粉量與11＃~20＃采樣點花粉量，無人機授粉作業(yè)下旋翼產(chǎn)生的風場對花粉分布的影響呈非對稱性。利用spss軟件的Q-Q圖檢驗得到無人機風場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與各自方向風速等級之間的多元線性回歸模型，花粉分布量只與無人機旋翼產(chǎn)生的x方向風場成正向線性關系。該結果為無人機的水稻授粉作業(yè)提供