天津大学钻研智能化无人机 在植保领域显本领

行业动态】天津大学自动化学院教授齐俊桐带领科研团队10余年来致力于给无人机造智能化的“大脑”和“手臂”,使其在我国农业植保等领域发挥了关键作用。其自主研发的智能无人机喷洒农药飞控系统,使无人机在药剂喷洒时,不仅从温度、湿度、保存、防水等方面达到了工业级要求,而且能够适应田间的恶劣环境。
   在刚刚过去的农业作业季里,搭载天大自主研发的高可靠、稳定飞行控制系统的无人机已为超过100万亩作物喷洒药剂,使用喷剂900多吨,为北至黑龙江、南至海南的农业作物撑起一道“保护伞”。天津大学自动化学院教授齐俊桐带领科研团队10余年来致力于给无人机造智能化的“大脑”和“手臂”,智能化无人机不仅在我国农业植保、物流、电网巡检等相关领域发挥了关键作用,还使中国的相关产业走入世界前列,展露锋芒。
   与美国相对成熟的无人机产业相比,目前中国的无人机主要分为消费级和商业级两大类。消费级无人机多用于航拍、表演,商业级无人机则需凭借人工智能控制系统应用到各个行业领域,助人类一臂之力。
   “相比消费级无人机身边相伴的飞鸟、白云美景,商业级无人机常常打交道的是密布的高压电线和农作物,无论环境合不合适,都要完成飞行任务。”齐俊桐描述说。
   通常而言,商业应用一般会指定环境,比如输电线路的巡检,快递物流。无论有什么样的建筑物阻挡,什么样的交叉跨越,智能无人机必须要完成任务,这就要求它不仅要有“小脑”,更重要的是运用“大脑”。与人类一样,“小脑”负责平衡稳定,“大脑”用来判断环境感知和判别能力。“我们要让无人机‘看到并判断’周围复杂的环境,既能找到回“家”的路,还能与环境产生更紧密的交互,同时具备学习能力和数据分析能力。”齐俊桐介绍说。
   齐俊桐团队自主研发的自适应飞控算法,将复杂环境感知的多传感器数据融合导航技术和多余度、高可靠飞行控制技术及先进控制算法融会贯通,应用到各式无人机的飞行控制系统上,相当于为无人机装上了“大脑”。
   在农业植保领域,齐俊桐团队研制的智能无人机喷洒农药飞控系统,使无人机在药剂喷洒时,不仅从温度、湿度、保存、防水等方面达到了工业级要求,而且能够适应田间的恶劣环境。“无人机喷药不但不会破坏作物,而且风吹后叶子翻飞,更容易给叶子的背面施药,同时增加了半自动等宽喷洒、全自动喷洒等多种适用于农田作业的功能,且更大程度减轻操作人员使用的复杂性。”齐俊桐表示。
   除了具备“大脑”,智能无人机还可以拥有无形的“手臂”。齐俊桐团队将物联网云计算技术与自动化控制技术结合,研发了全国最大规模的空中无人化作业整体解决方案—— “百思智云”云平台,既可以为厂商、飞防(通过植保无人机对农作物进行喷洒药剂,降低病虫灾害的作业方式)团队提供了大数据服务,还可以为相关监管部门提供了参考思路。在今年4月至8月的农业作业季期间,该平台收到了超过8000多万条有效数据,涉及作业面积、作业次数、飞防时间、喷洒药剂数量、飞防金额等内容。
   智能化无人机还可以代替人进行长距离、复杂环境的巡检工作,如输电线路的巡检、输油线路的巡检,及移动铁塔的巡检、光伏的巡检等。
   传统人工巡检需要人拿着望远镜,查看线路,人工成本高、工作效率低、巡检效果也不能保证,而利用智能化无人机开展工作,巡视效率约是人工的6倍到10倍。对于导线上外飘物隐患的处理,传统人工需要5至8小时,且线路需要停电,而无人机可以带电作业,并在15至20分钟内快速清除外飘物。无人机若搭载红外测温设备,大约10分钟就能完成过去约40分钟的人工登塔测温作业,工作效率提升了4倍。“这也对无人机系统的稳定性、可靠性,还有操作模式、流程提出了更高的要求。”齐俊桐表示。目前,团队研制的智能无人机已在南方偏远地区开展电力巡检作业。
   近几年,齐俊桐团队主要致力于对大型有人直升机进行无人化改造。无人化改造的基本思路是沿用有人直升机的发动机、旋翼、传动等主体结构,通过对其进行结构改造和电气改造,加装飞行控制系统,可以协助或代替人类开展森林防火、巡查、物流运输、救灾抢险等工作。该团队率先掌握了国际领先的核心技术,并且已经能够实现100公斤至3吨直升机的改造工作。依靠持续自主研发,齐俊桐团队被该领域世界权威杂志《Journal of Field Robotics》(《野外机器人》)评选为“全球十个最有影响力的飞行机器人研发及应用团队”,这标志着中国的无人机技术开始迈入世界先进行列。
   在四川雅安市芦山县发生7.0级强烈地震时,齐俊桐曾与同事们带着智能无人机和相关设备奔赴灾区。他们与地震搜救中心的队员汇合后,每到一个地方,先用无人机排查一遍,收集好数据之后,救援队成员再根据相关数据开展搜救活动。“那是我十几年无人机生涯中终生难忘的三天。当下,我们的生活、工作环境正在因人工智能悄然发生改变,我们将受惠于这种改变,并乐于投身其中,努力将人从复杂的环境中解放出来,这也是我们的初心。”齐俊桐说。(原标题:天大团队研发智能化无人机解决农工业大问题)
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