《DB32T 4141-2021作物生長多旋翼無人機載作物生長監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》

ICS65.020.20

CCSB15

DB32

江蘇省地方標(biāo)準

DB32/T4141—2021

作物生長多旋翼無人機監(jiān)測技術(shù)規(guī)程

TechnicalSpecificationforMultiplerotorsUAV-basedCropGrowthinformation

Monitoring.

2021-11-04發(fā)布2021-12-04實施

江蘇省市場監(jiān)督管理局發(fā)布

DB32/T4141—2021

I

DB32/T4141—2021

作物生長多旋翼無人機監(jiān)測技術(shù)規(guī)程

1范圍

本文件規(guī)定了作物生長多旋翼無人機監(jiān)測的適用范圍、設(shè)備、設(shè)備安裝、測量方法、現(xiàn)場檢測及

質(zhì)量評定等內(nèi)容。

本文件適用于稻麥冠層歸一化植被指數(shù)、比值植被指數(shù)、葉面積指數(shù)、葉層氮含量、葉層氮積累

量、葉干重?zé)o損監(jiān)測診斷。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T2900.90電工術(shù)語電工電子測量和儀器儀表

GB4208外殼防護等級（IP代碼）

GB/T6593電子測量儀器質(zhì)量檢測規(guī)則

GB11463電子測量儀器可靠性試驗

GB/T25392農(nóng)業(yè)工程電氣和電子設(shè)備對環(huán)境條件的耐久試驗

NY525有機肥料

NY/T653農(nóng)業(yè)電子信息產(chǎn)品通用技術(shù)條件農(nóng)業(yè)應(yīng)用軟件產(chǎn)品

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

無人機傳感器unmannedaerialvehiclesensor

通過搭載于無人機設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息獲取的裝置。

3.2

作物生長監(jiān)測技術(shù)cropgrowthmonitoringtechnology

通過對作物冠層特征光譜反射率實時、快速測量、定量化獲取作物葉層氮含量（單位：%）、葉層

氮積累量（單位：g/m2）、葉面積指數(shù)和葉干重（單位：kg/m2）等生長指標(biāo)的技術(shù)。

4縮略語

UAV：UnmannedAerialVehicle，無人機；

CFD：ComputationalFluidDynamics，計算流體動力學(xué)；

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CAD：ComputerAidedDesign，計算機輔助設(shè)計；

NDVI：NormalizedDifferenceVegetationIndex，歸一化植被指數(shù)；

RVI：RatioVegetationIndex，比值植被指數(shù)；

LAI：LeafAreaIndex，葉面積指數(shù)；

LNC：LeafNitrogenContent，葉層氮含量；

LNA：LeafNitrogenAccumulation，葉層氮積累量；

LDW：LeafDryWeight，葉干重。

5設(shè)備

5.1設(shè)備組成

作物生長多旋翼無人機監(jiān)測設(shè)備應(yīng)包括多旋翼無人機平臺、無人機傳感器、地面數(shù)據(jù)處理器，具體

見圖1。

圖1無人機載作物生長監(jiān)測設(shè)備操作示意圖

5.2多旋翼無人機平臺

5.2.1多旋翼無人機不少于3個旋翼軸，應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)懸停飛行。

5.2.2參數(shù)要求

參數(shù)要求如下：

a)應(yīng)由電機驅(qū)動實現(xiàn)運動，水平懸停精度≤0.2m，豎直懸停精度≤0.2m，穩(wěn)定飛行時最大載重量≥1.5

kg，單次作業(yè)續(xù)航時間≥18min，有效控制距離≥1km，具備顯示飛行狀態(tài)、飛行速度和飛行姿態(tài)，能夠

開機自檢，通過指示燈或遙控器對操作者進行狀態(tài)提示及報警。

b)應(yīng)具備在2級風(fēng)力氣象條件下穩(wěn)定飛行的能力，在與遙控器失去通信聯(lián)系時，飛行平臺應(yīng)具備自

動返航、在失聯(lián)點定點懸停或自動降落三項功能中的至少一項。

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c)工作環(huán)境溫度-10℃～50℃，存儲環(huán)境溫度-20℃～50℃，充電環(huán)境溫度0℃～30℃。

d)動力電池在充、放電時不應(yīng)出現(xiàn)鼓包、漏液、破裂、起火、爆炸等現(xiàn)象，多旋翼無人機平臺動

力電池具備電量查看功能。

5.2無人機傳感器

5.2.1無人機傳感器包括下行光多光譜作物生長傳感器及傳感器支架，下行光多光譜作物生長傳感器

用于接收作物冠層反射光譜信息，傳感器支架用于傳感器與多旋翼無人機平臺的固定。

5.2.2下行光多光譜作物生長傳感器性能參數(shù)

性能參數(shù)如下：

a）傳感器重量11.3g，采集通道2個標(biāo)準模擬口，視場角27°，電源為3.7V標(biāo)準電壓，工作功耗

≤80mW，長30mm，寬16mm，高25mm。

b）數(shù)據(jù)格式二進制，工作溫度0~65oC，工作濕度0~85%RH，材質(zhì)為尼龍，防水等級IP65。

c）傳感器支架應(yīng)采用碳纖維結(jié)構(gòu)制造，重量和穩(wěn)定性應(yīng)滿足多旋翼無人機飛行姿態(tài)穩(wěn)定性要求。

d）下行光多光譜作物生長傳感器與傳感器支架采用機械結(jié)構(gòu)固定，固定后傳感器應(yīng)不發(fā)生晃動。

e）傳感器支架長度由多旋翼無人機平臺的下洗流場的范圍大小決定。

5.3地面數(shù)據(jù)處理器

5.3.1地面數(shù)據(jù)處理器主要用來接收上行光多光譜作物生長傳感器傳輸?shù)奶柟廨椛湫畔⒁约跋滦泄?/p>

作物生長傳感器采集的作物冠層光譜信息，并對二者進行光譜信息提取和處理，運算反射率，耦合作物

生長監(jiān)測模型與診斷調(diào)控模型，計算作物生長指標(biāo)及氮肥調(diào)控量；具備按鍵控制、液晶顯示等功能。

5.3.2地面數(shù)據(jù)處理器性能參數(shù)

性能參數(shù)如下：

a）電源為一塊7.3V鋰電池，工作功耗≤100mW。

b）數(shù)據(jù)格式二進制，通信方式為zigbee，通信頻率760MHZ。

c）工作溫度0~65oC，工作濕度0~85%RH。

d）材質(zhì)為ABS工程塑料，防水等級IP65，顯示為12864液晶屏。

e）功能按鍵5個，“測量、監(jiān)測、診斷、復(fù)位、開/關(guān)機”。

f）NDVI測量相對誤差≤15%，RVI測量誤差≤15%，LNC測量誤差≤15%，LNA測量誤差≤18%，LAI

測量誤差≤15%，LDW測量誤差≤15%。

6軟件

6.1功能如下：

a）具備作物冠層反射光譜信息采集、處理發(fā)射功能，下行光作物光譜傳感器能夠采集作物冠層反

射光譜信息并處理發(fā)送。

b）具備太陽輻射光信息采集、處理功能。地面數(shù)據(jù)處理器能夠采集太陽輻射光信息并處理。

c）具備信號接收功能。地面數(shù)據(jù)能夠接收下行光作物光譜傳感器傳回的作物冠層反射光譜信息。

d）具備數(shù)據(jù)處理功能。地面數(shù)據(jù)處理器能夠處理上下行光傳感器數(shù)據(jù)，計算相關(guān)的植被指數(shù)數(shù)據(jù)

并顯示。

e）具有作物生長指標(biāo)監(jiān)測、顯示功能。能根據(jù)稻麥葉層氮含量光譜監(jiān)測模型、葉層氮積累量光譜

監(jiān)測模型、葉干重光譜監(jiān)測模型、葉面積指數(shù)光譜監(jiān)測模型進行生長指標(biāo)的計算與顯示。

6.2軟件平臺運維穩(wěn)定可靠，平均無故障工作時間應(yīng)大于3000小時，故障修復(fù)時間應(yīng)小于12小時。軟

件應(yīng)定期更新，一個月進行一次系統(tǒng)維護。

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7基本要求

7.1選定多旋翼無人機平臺后，應(yīng)進行CFD模擬仿真確定無人機平臺的氣流場空間分布狀態(tài)。

7.2CFD無人機下洗流場具體模擬仿真步驟：

多旋翼無人機平臺三維造型構(gòu)建：采用三維掃描、三維建模等方法構(gòu)筑無人機平臺的三維立體造型，

用于后續(xù)的軟件模擬仿真；

旋翼及機身流場的網(wǎng)格生成：根據(jù)多旋翼無人機平臺的三維立體造型數(shù)據(jù)建立仿真區(qū)域的控制方程

并確定初始條件與邊界條件，劃分出網(wǎng)格化的靜止區(qū)域與流動區(qū)域；

區(qū)域設(shè)定及模擬仿真：根據(jù)網(wǎng)格化運動區(qū)域，設(shè)定多旋翼無人機平臺的飛行區(qū)域，旋翼轉(zhuǎn)速，飛行

邊界等參數(shù)，由CFD軟件根據(jù)設(shè)定參數(shù)進行網(wǎng)格速度模擬；

求解計算：計算網(wǎng)格點數(shù)據(jù)，生成多旋翼無人機平臺于不同高度飛行條件下的速度分布云圖。

7.3傳感器支架的長度由多旋翼無人機平臺下洗氣流場水平分布區(qū)域半徑與多光譜作物生長傳感器測

試視場半徑共同決定，傳感器支架長度≥二者之和；

7.4多旋翼無人機平臺應(yīng)每半年檢定或者校準一次；

7.5傳感器支架的安裝應(yīng)滿足無人機飛行姿態(tài)的穩(wěn)定性；

7.6多光譜作物生長傳感器金工件應(yīng)完整，不應(yīng)有裂紋、毛刺，表面鍍層應(yīng)均勻，色澤鮮明，附著牢

固，表面平整；

7.7上下行光多光譜傳感器及數(shù)據(jù)處理器應(yīng)每年檢定或者校準一次；

7.8采集器外殼表面應(yīng)光滑，色澤鮮明，不應(yīng)有裂紋等缺陷；

7.9設(shè)備使用可靠性應(yīng)不低于95%。

7.10多旋翼無人機平臺安裝完成后應(yīng)試啟動檢查。

7.11各部件須檢查合格后方可進行裝配。

7.12螺栓、螺釘?shù)染o固件應(yīng)緊固，聯(lián)接可靠，不應(yīng)松動。

7.13下行光多光譜作物生長傳感器視場應(yīng)保持垂直向下，上行光多光譜作物生長傳感器視場應(yīng)保持垂

直向上。

7.14設(shè)備電源電線與主板電路應(yīng)進行加牢防護。

8設(shè)備安裝

8.1安裝傳感器支架

將傳感器支架通過螺絲固定在無人機各個旋翼下方位置，支架應(yīng)保持水平。

8.2安裝下行光多光譜作物生長傳感器

將下行光多光譜作物生長傳感器通過螺絲固定在傳感器支架末端，傳感器與傳感器支架緊密結(jié)合，

傳感器視場應(yīng)保持垂直向下，連接傳感器電源線。

8.3安裝上行光多光譜作物生長傳感器

將上行光多光譜作物生長傳感器采用螺絲固定在地面數(shù)據(jù)處理器前端的固定平臺上，固定平臺與水

平面夾角為45°，上行光傳感器與固定平臺保持水平。

9設(shè)備調(diào)試

9.1進行多旋翼無人機平臺試飛，確認無人機平臺能夠安全正常起飛。

9.2進行下行光多光譜作物生長傳感器與地面數(shù)據(jù)處理器的數(shù)據(jù)試傳輸，確認無線通信正常穩(wěn)定。

9.3滿足下述各項要求的被測軟件為合格，否則為不合格：

a）測試期間被測軟件不發(fā)生異常情況；

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b）測試期間運行被測軟件的計算機不重啟，不死機；

c）測試結(jié)