【地方标准】 作物生长多旋翼无人机监测技术规程

ICS 65.020.20
CCS B 15

DB32
江苏省地方标准
DB32/T 4141—2021

作物生长多旋翼无人机监测技术规程
Technical Specification for Multiple rotors UAV-based Crop Growth information Monitoring

2021-11-04 发布
江苏省市场监督管理局
2021-12-04 实施

前言
本文件按照GB/T 1.1-2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件由江苏省农作物标准化技术委员会提出并归口。
本文件起草单位：南京农业大学。
本文件主要起草人：朱艳、倪军、田永超、姚霞、刘小军、庞方荣、马吉锋、姚立立。

1 范围
本文件规定了作物生长多旋翼无人机监测的适用范围、设备、设备安装、测量方法、现场检测及质量评定等内容。
本文件适用于稻麦冠层归一化植被指数、比值植被指数、叶面积指数、叶层氮含量、叶层氮积累量、叶干重无损监测诊断。

2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 2900.90 电工术语 电工电子测量和仪器仪表
GB 4208 外壳防护等级（IP代码）
GB/T 6593 电子测量仪器质量检测规则
GB 11463 电子测量仪器可靠性试验
GB/T 25392 农业工程电气和电子设备对环境条件的耐久试验
NY 525 有机肥料
NY/T 653 农业电子信息产品通用技术条件

3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
无人机传感器 unmanned aerial vehicle sensor
通过搭载于无人机设备实现数据信息获取的装置。
3.2
作物生长监测技术 crop growth monitoring technology
通过对作物冠层特征光谱反射率实时、快速测量、定量化获取作物叶层氮含量（单位：%）、叶层氮积累量（单位：g/m²）、叶面积指数和叶干重（单位：kg/m²）等生长指标的技术。

4 缩略语
下列缩略语适用于本文件。
UAV：Unmanned Aerial Vehicle，无人机
CFD：Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学
CAD：Computer Aided Design，计算机辅助设计
NDVI：Normalized Difference Vegetation Index，归一化植被指数
RVI：Ratio Vegetation Index，比值植被指数
LAI：Leaf Area Index，叶面积指数
LNC：Leaf Nitrogen Content，叶层氮含量
LNA：Leaf Nitrogen Accumulation，叶层氮积累量
LDW：Leaf Dry Weight，叶干重

5 设备
5.1 设备组成
作物生长多旋翼无人机监测设备应包括多旋翼无人机平台、无人机传感器、地面数据处理器，具体见图1。
（图1描述：无人机载作物生长监测设备操作示意图。包含传感器支架、上行光作物生长传感器、下行光作物生长传感器、液晶屏显示植被指数RVI/NDVI及生长指标LNC/LNA/LAI/LDW，作业高度120-150cm，下方为作物冠层。）

5.2 多旋翼无人机平台
5.2.1 多旋翼无人机不少于3个旋翼轴，应能够实现悬停飞行。
5.2.2 参数要求
参数要求如下：
a) 应由电机驱动实现运动，水平悬停精度<0.2m，竖直悬停精度≤0.2m，稳定飞行时最大载重量≥1.5kg，单次作业续航时间≥18min，有效控制距离≥1km，具备显示飞行状态、飞行速度和飞行姿态，能够开机自检，通过指示灯或遥控器对操作者进行状态提示及报警。
b) 应具备在2级风力气象条件下稳定飞行的能力，在与遥控器失去通信联系时，飞行平台应具备自动返航、在失联点定点悬停或自动降落三项功能中的至少一项。
c) 工作环境温度-10℃～50℃，存储环境温度-20℃～50℃，充电环境温度0℃～30℃。
d) 动力电池在充、放电时不应出现鼓包、漏液、破裂、起火、爆炸等现象，多旋翼无人机平台动力电池具备电量查看功能。

5.3 无人机传感器
5.3.1 无人机传感器包括下行光多光谱作物生长传感器及传感器支架，下行光多光谱作物生长传感器用于接收作物冠层反射光谱信息，传感器支架用于传感器与多旋翼无人机平台的固定。
5.3.2 下行光多光谱作物生长传感器性能参数
性能参数如下：
a) 传感器重量11.3g，采集通道2个标准模拟口，视场角27°，电源为3.7V标准电压，工作功耗≤80mW，长30mm，宽16mm，高25mm。
b) 数据格式二进制，工作温度0~65℃，工作湿度0~85%RH，材质为尼龙，防水等级IP65。
c) 传感器支架应采用碳纤维结构制造，重量和稳定性应满足多旋翼无人机飞行姿态稳定性要求。
d) 下行光多光谱作物生长传感器与传感器支架采用机械结构固定，固定后传感器应不发生晃动。
e) 传感器支架长度由多旋翼无人机平台的下洗流场的范围大小决定。

5.4 地面数据处理器
5.4.1 地面数据处理器主要用来接收上行光多光谱作物生长传感器传输的太阳光辐射信息以及下行光作物生长传感器采集的作物冠层光谱信息，并对二者进行光谱信息提取和处理，运算反射率，耦合作物生长监测模型与诊断调控模型，计算作物生长指标及氮肥调控量；具备按键控制、液晶显示等功能。
5.4.2 地面数据处理器性能参数
性能参数如下：
a) 电源为一块7.3V锂电池，工作功耗≤100mW。
b) 数据格式二进制，通信方式为zigbee，通信频率760MHz。
c) 工作温度0~65℃，工作湿度0~85%RH。
d) 材质为ABS工程塑料，防水等级IP65，显示为128*64液晶屏。
e) 功能按键5个：“测量、监测、诊断、复位、开/关机”。
f) NDVI测量相对误差≤15%，RVI测量误差≤15%，LNC测量误差≤15%，LNA测量误差≤18%，LAI测量误差≤15%，LDW测量误差≤15%。

6 软件
6.1 功能如下：
a) 具备作物冠层反射光谱信息采集、处理发射功能，下行光作物光谱传感器能够采集作物冠层反射光谱信息并处理发送。
b) 具备太阳辐射光信息采集、处理功能。地面数据处理器能够采集太阳辐射光信息并处理。
c) 具备信号接收功能。地面数据处理器能够接收下行光作物光谱传感器传回的作物冠层反射光谱信息。
d) 具备数据处理功能。地面数据处理器能够处理上下行光传感器数据，计算相关的植被指数数据并显示。
e) 具有作物生长指标监测、显示功能。能根据稻麦叶层氮含量光谱监测模型、叶层氮积累量光谱监测模型、叶干重光谱监测模型、叶面积指数光谱监测模型进行生长指标的计算与显示。

6.2 软件平台运维稳定可靠，平均无故障工作时间应大于3000小时，故障修复时间应小于12小时。软件应定期更新，一个月进行一次系统维护。