农用无人机精准定位到厘米级 2017-11-06

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农用无人机精准定位到厘米

级广州极飞研发全程自主飞行技术全球领先

日前，在央视纪录片《超级工程》第三季的首播中，出现了一家广州农业无人机企业的身影———广州极飞科技。近日，全球规模最大的一次植保无人机联合作业在新疆落下帷幕，此次大规模作业被戏称为“百团大战”，前后动用了1251台极飞P 20植保无人机，总飞行时间达到了3 .6万余小时，为棉花和辣椒喷洒落叶剂作业面积超过200万亩。纪录片中记录的正是这样一群平均年龄不足25岁的“新农民”，熟练操作无人机，在田间喷洒农药的一幕。

    究竟是什么样的无人机，能在夜晚都毫无障碍飞行于田地之间？什么样的无人机，能让经过简单培训的“飞手”熟练掌握操控？近日，我们走进广州极飞科技有限公司的研发中心，看看一架给中国“新农民”打开科技大门的无人机究竟是怎么造成的。

    精确到厘米的精准飞行

    “以前都是人背着药壶喷，大面积的地就是用拖拉机喷或是牵管子喷。这葵花比人都高，你喷的时候也可能喷到自己身上，这是很难受的。”纪录片中，在新疆服务的农业植保员艾海鹏说，无人机就解决了这些问题。

    极飞P20无人机外形有点像只“大蜘蛛”，直径超过1米，空载重量17公斤，可以低至农作物上方1米以下。P20无人机不仅飞行精度达到厘米，而且实现了智能规划航线、航线避障等功能。这意味着，如果需要，这架直径超过1米的无人机，可以单独围绕一棵农作物进行植保喷洒。

    如何做到精准度如此之高的飞行？“精准定位只是极飞遇到的第一道难题。”极飞科技联合创始人龚槚钦说，一般的无人机定位是采用G PS系统，这种定位模式的优点是便宜，缺点是卫星定位容易产生偏差。“如果你是航拍无人机，偏差个几米可能没有问题，可作为植保无人机，偏差几厘米就可能喷洒到别人的地里去了。”

    “2014年的时候，因为用的是G PS定位系统所以定位不够精确，极飞在实地喷洒时没少吃苦头。‘足球场’、‘波浪田’形状，我们都打出来过。”龚槚钦并不讳言曾经的失败。

    所谓“足球场”就是给小麦打叶面肥时，因为无人机定位不准，前后两次航线重合，造成喷洒区域交错，打了两道肥的区域颜色就会特别深，整块区域看起来颜色深深浅浅好像足球场一样。而“波浪田”就是给农作物打生长素时，有些区域打到了，有些没有，农作物长得高高低低，好像波浪一样。“那个时候没少接到农户投诉。”

    想要在植保市场站稳脚跟，精准定位是第一步。为此极飞科技2016年推出P20植保无人机，采用了精准的G N SSR T K定位，随后又不断地更新改进。G N SSR T K定位技术为农田测绘、无人机飞行提供厘米级的高精度定位，同时具有强大的抗磁干扰能力，保障无人机在高压线、矿区等强磁干扰环境下也能稳定飞行。

    南都记者在无人机作业现场看到，在作业田地的空地上，农业植保人员首先要架起一个基站，使用A 2终端蓝牙连接设备，标记坐标点，手动输入坐标信息。“在整个工作过程中，基站的位置不能移动，否则无人机飞行将偏离航线。”龚槚钦表示，建基站的成本远超无人机本身，但网络覆盖才是提供精准服务的最重要一步。而且，随着规模应用及RT K技术成熟，成本已大幅下降，还有继续下降空间。

    从法拉利工厂学喷头技术

    极飞P20每小时的作业面积可以达到60亩。而每亩的喷洒药量，仅需要800毫升，同时大大减少了农药的残留，用水量更是减少90%。而要达到这种喷洒效果，与P20独特的离心喷头设计离不开关系，小小的一个喷头，就凝结了30多项专利。

    最开始，极飞使用的是最简单的高压喷头。“它的优点是便宜，制造工艺简单。”但很快，实验人员发现了它的缺点，“如果农药药液稀释得不均匀，颗粒很容易把喷头堵住，从而炸裂。”龚槚钦说。

    为解决这个问题，几个创始人还专门跑去了法拉利汽车的欧洲工厂。法拉利工厂的部分喷漆环节使用的是纳米氧化锆陶瓷粉末，需要用到离心喷头技术，将研磨好的小颗粒通过高速转盘甩出，通过颗粒和空气分子撞击而自然雾化。

    经过两年时间的不断重复试验，极飞终于自主研发出P20V 2的离心喷头，它采用超低容量喷雾方式，可将农药雾化为100微米以下的小颗粒。农药雾粒在螺旋桨旋转产生的下压气流作用下，能均匀地附着到作物叶面的正反面和茎部，让农药的利用率达到85%。

    可即便是这么精心设计的产品，在真正用在田地里时，还是发生了各种让人意想不到的问题。“2014年我们第一版喷头使用时，就打了个措手不及的败仗。”广州极飞科技有限公司工业设计部经理肖锭锋说，“当时我们是打催熟剂，又叫乙烯利，是个酸性药剂，药管是从电机中间穿过的，乙烯利会腐蚀掉轴承和电机，所以我们的无人机一个起落就要换一次喷头，报废的特别多。”

    肖锭锋回忆，当时农保季节已经全面展开，接到的订单必须完成，公司只好大批量地生产喷头，一箱一箱地往前线送。“最高峰一个礼拜就要送三百多只。”

    正是从这种深刻教训的实践课上，极飞明白了，所有设计都必须以农业的实际应用为基础。肖锭锋说，这几年极飞一直不停地对喷头进行改进，随着改进的深入，极飞对细节的要求越来越高。“比如说，最初我们对喷头选用什么电机和如何固定进行考虑和设计，但现在我们需要考虑雾化的细腻度和喷头的密封性。所以越往后，我们的产品设计方向定是从粗放的需求层面，往更加精准、更加人性化的方向发展。”

    安装天目“跨”障碍飞行

    在《超级工程》的纪录片中，极飞无人机甚至可以在晚上进行大面积作业。“为什么要晚上作业？因为白天温度高，雾太细了，喷到作物上容易蒸发。如果刮风的话，我们这个药液就会偏移，再就是杀虫这块，晚上虫子比较活跃，我们把杀虫剂打进地里面的话，虫子死亡率高，效果比较好。”农业植保员艾海鹏说。

    作为飞手，怎么做到深夜里无障碍地操控无人机？原来，极飞无人机可以按照指定航线自动飞行，不需要人工操作。南都记者在现场看到，植保员在打药前需要先绕着指定田地测量一圈，并标记出石堆、电线杆等障碍物，随后，通过A 2智能手持终端设置飞行线路图，设置好飞行时间、亩数等几项简单参数后，无人机就可以准备起飞了，操作全程只需要5分钟左右。

    在飞行过程中，并不需要人为干预。操作者在智能手持终端上就可以实时查看无人机的各项参数，包括实时风速、电池用量、已喷药量、航线进度、飞行时间等数据。如果电池电力不够，或者药箱内的药物喷洒完毕，无人机都会自主飞回，这时候只需要换上新电池跟新药箱，就可以继续作业了。

    “从全世界来说，极飞的自主飞行技术都是首屈一指的。”龚槚钦认为，极飞的全程自主飞行技术是最值得称道的地方。极飞在每一架P20上都安装了“飞行数据记录传输模块”(X FD T )，然后通过互联网通信网络与管理系统对接，可以实时监控每架农业无人机的运行状态，实现统一登记和管理。农业部门及相关监管部门也能通过这个系统，获取无人机在植保作业中的地块信息、喷洒数据、飞行数据和航线信息等，实现监管。

    无人机和智能手持终端还跟云平台实时连通，所以，极飞的无人机起飞时，不需要再向空管部门备案，因为每一次起飞都在云平台的监控中，都是被监管的。

    为了实现飞行器的自主“避障”，极飞还最新推出了“天目”系统，“该系统可以识别20米外，半径大于5cm的障碍物，航行作业时，飞行器可以自动停止，并且避让过障碍物后，再自主飞行。”为了验证“天目”的可靠性，极飞科技CEO彭斌甚至将自己当“障碍物”，进行实地测验，“飞行器‘看’到我之后，就停在离我1-2米远的距离，然后再拐弯，避开我之后，继续飞行。”