Репортаж от Wedoany，На рисовом поле острова Лэйгундао в городе Янчжун, провинция Цзянсу, команда профессора Дин Шихуна из Школы электротехники и информационной инженерии Цзянсуского университета завершила ключевую функциональную проверку «наземно-воздушной платформы автономной дозаправки». Система состоит из двух опрыскивающих БПЛА, одного наземного робота для дозаправки и единой интеллектуальной наземной станции. В ходе полевых испытаний БПЛА точно приземлился на наземный робот и автоматически заправился, весь процесс не потребовал вмешательства человека.
При защите растений с помощью БПЛА давно существует проблема быстрого расхода химикатов и частого возврата для дозаправки. После взлета БПЛА часто требуется вернуться менее чем через десять минут, а на путь туда и обратно уходит более десяти минут, при одновременной работе нескольких аппаратов пилоты просто не успевают. Профессор Дин Шихун сравнил эту систему с мобильным «автомобилем-няней» для БПЛА — БПЛА просто летает, а наземный робот заранее «дежурит» на полевой дороге; когда запас химикатов подходит к концу, система автоматически рассчитывает оптимальную точку посадки, БПЛА прилетает к роботу, выполняет точную посадку и автоматическую дозаправку, после чего продолжает работу.
Сложность интеграции системы заключается в объединении программ управления всех устройств в единую систему, чтобы один «мозг» управлял всем. Для решения проблемы связи в реальном времени между БПЛА и наземным роботом на расстоянии сотен метров команда настроила «цифровое зеркало» для каждого устройства на верхнем компьютере, что аналогично фоновому синхронному переводчику: когда запас химикатов на БПЛА недостаточен, верхний компьютер мгновенно это обнаруживает и направляет наземного робота в оптимальное место для встречи. По сравнению со связью, точная посадка является более сложной задачей. БПЛА должен приземлиться на движущуюся платформу с помощью визуального наведения по QR-коду. В традиционных решениях при снижении высоты БПЛА QR-код выходит за пределы поля зрения камеры, и распознавание часто терпит неудачу. Команда применила конструкцию «большой код внутри малого кода»: когда большой код полностью выходит за пределы поля зрения, малый код оказывается в центре кадра; благодаря плавному переключению между двумя кодами, от высоты в несколько метров до момента касания платформы, отклонение посадки контролируется в пределах 10 сантиметров, что значительно повышает вероятность успеха.
Для ускорения внедрения лабораторных результатов команда разместила центр проверки на ферме. Для решения проблемы отклонения траектории БПЛА из-за ветровых полей в холмистых районах команда применила самостоятельно разработанный алгоритм управления с обобщенным супер-крутящим скользящим режимом для отслеживания пути. Данные полевых испытаний показывают, что ошибка прямолинейного отслеживания БПЛА контролируется в пределах ±10 сантиметров, а точность отслеживания прямолинейного пути наземного робота стабильно удерживается в пределах ±5 сантиметров. В ходе испытаний на ферме острова Лэйгундао в прошлом году команда обнаружила более десяти проблем, включая чрезмерную ошибку поворота наземного робота, повреждение QR-кода и случайные сбои связи. После консультаций с местными фермерами и операторами сельхозтехники точность поворота наземного робота была улучшена до 30 сантиметров, а QR-код стал выгравирован на поверхности корпуса с помощью лазера.
Результаты последовательных испытаний показывают: оптимальный маршрут работы, автоматически планируемый верхним компьютером, не требует найма опытных пилотов, ежедневные затраты на работу снижаются примерно на 200 юаней; повторяемость маршрута снижается с 10%–15% у опытных пилотов до менее 5%; время однократной дозаправки БПЛА сокращается с 5 минут до менее 2 минут, эффективное рабочее время увеличивается вдвое; один наземный робот для дозаправки может одновременно обслуживать два опрыскивающих БПЛА, и пилоту не требуется ручная дозаправка для завершения всего цикла работ. Команда заявила, что в будущем планируется управление более чем десятью наземно-воздушными рабочими единицами одним человеком с фонового пульта.
Данная технология применима не только для защиты растений в горных садах, чайных плантациях и лесах камелии, но также может быть перенесена на такие сценарии, как очистка солнечных панелей, инспекция линий электропередачи и доставка грузов в горных районах. Уже есть предприятия, заинтересованные в сотрудничестве и коммерциализации. Дин Шихун отметил, что время полета сельскохозяйственных БПЛА для защиты растений составляет более 98% от общего времени полета всех БПЛА в стране, и углубленная работа в этом сценарии применения является существенной поддержкой низковысотной экономики.
