無人機風(fēng)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(fēng)力傳播完成授粉。目前無人機逐漸被廣泛應(yīng)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(fēng)場對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旋翼風(fēng)場下水稻花粉的分布規(guī)律，本文首先利用高速攝像技術(shù)嘗試拍攝花粉運動軌跡圖像，再結(jié)合風(fēng)洞模擬試驗方法采集風(fēng)洞內(nèi)各采樣點風(fēng)場參數(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

2、坐標(biāo)，精確掌握各個采樣點的位置坐標(biāo)與間距，并繪制無人機飛行軌跡，為試驗提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考；利用風(fēng)場無線網(wǎng)絡(luò)測量系統(tǒng)測量不同試驗因素下旋翼產(chǎn)生的三向風(fēng)場，并獲得風(fēng)場寬度、風(fēng)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(nèi)容有：
　?。?）根據(jù)高速攝像

3、機的原理并結(jié)合花粉的物理特性，設(shè)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(shè)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(jié)論。
　?。?）設(shè)計小型風(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、選擇振動頻率符合要求的電機。設(shè)置試驗方法，包括確定試驗的初始風(fēng)速、小型風(fēng)洞內(nèi)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(fēng)速條件下的各個采樣點的風(fēng)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(jié)論：風(fēng)洞內(nèi)采樣點風(fēng)場分布方面，懸浮速度風(fēng)速帶最寬的為試驗2（初始風(fēng)速為3.5m/s），懸浮速度風(fēng)速帶最窄的為試驗1（初始風(fēng)速為2.5m/s）；試驗3（初始風(fēng)速為4.5m/s）與試驗2各階段的風(fēng)場寬度相差不大?；ǚ鄯植挤矫?，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(fēng)洞試驗各采樣點花粉量呈近似正態(tài)分布，且當(dāng)風(fēng)洞試驗初始風(fēng)速為3.5m/s時，風(fēng)洞試驗的花粉量與采樣點風(fēng)速值呈線性關(guān)系，花粉較為集中地分布在風(fēng)場的懸浮速度帶內(nèi)，該風(fēng)速有利于花粉傳播授粉。
　?。?）設(shè)計田間無人機的花粉分布試驗，設(shè)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(fēng)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(fēng)場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，無人機旋翼產(chǎn)生的水平風(fēng)場以y方向為主，且y方向風(fēng)場寬度最寬，同時飛行速度為風(fēng)場寬度的主要影響因素，其中水平風(fēng)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(fēng)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(fēng)場影響也與垂直風(fēng)場密切相關(guān)。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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)場成正向線性關(guān)系。該結(jié)果為無人機的水稻授粉作業(yè)提供