（原標(biāo)題：農(nóng)用無人機(jī)精準(zhǔn)定位到厘米級(jí)）
極飛科技的植保無人機(jī)在田間噴灑農(nóng)藥。
日前，在央視紀(jì)錄片《超級(jí)工程》第三季的首播中，出現(xiàn)了一家廣州農(nóng)業(yè)無人機(jī)企業(yè)的身影———廣州極飛科技。近日，全球規(guī)模最大的一次植保無人機(jī)聯(lián)合作業(yè)在新疆落下帷幕，此次大規(guī)模作業(yè)被戲稱為“百團(tuán)大戰(zhàn)”，前后動(dòng)用了1251臺(tái)極飛P 20植保無人機(jī)，總飛行時(shí)間達(dá)到了3 .6萬余小時(shí)，為棉花和辣椒噴灑落葉劑作業(yè)面積超過200萬畝。紀(jì)錄片中記錄的正是這樣一群平均年齡不足25歲的“新農(nóng)民”，熟練操作無人機(jī)，在田間噴灑農(nóng)藥的一幕。
究竟是什么樣的無人機(jī)，能在夜晚都毫無障礙飛行于田地之間？什么樣的無人機(jī)，能讓經(jīng)過簡(jiǎn)單培訓(xùn)的“飛手”熟練掌握操控？近日，我們走進(jìn)廣州極飛科技有限公司的研發(fā)中心，看看一架給中國“新農(nóng)民”打開科技大門的無人機(jī)究竟是怎么造成的。
精確到厘米的精準(zhǔn)飛行
“以前都是人背著藥壺噴，大面積的地就是用拖拉機(jī)噴或是牽管子噴。這葵花比人都高，你噴的時(shí)候也可能噴到自己身上，這是很難受的。”紀(jì)錄片中，在新疆服務(wù)的農(nóng)業(yè)植保員艾海鵬說，無人機(jī)就解決了這些問題。
極飛P20無人機(jī)外形有點(diǎn)像只“大蜘蛛”，直徑超過1米，空載重量17公斤，可以低至農(nóng)作物上方1米以下。P20無人機(jī)不僅飛行精度達(dá)到厘米，而且實(shí)現(xiàn)了智能規(guī)劃航線、航線避障等功能。這意味著，如果需要，這架直徑超過1米的無人機(jī)，可以單獨(dú)圍繞一棵農(nóng)作物進(jìn)行植保噴灑。
如何做到精準(zhǔn)度如此之高的飛行？“精準(zhǔn)定位只是極飛遇到的第一道難題。”極飛科技聯(lián)合創(chuàng)始人龔槚欽說，一般的無人機(jī)定位是采用G PS系統(tǒng)，這種定位模式的優(yōu)點(diǎn)是便宜，缺點(diǎn)是衛(wèi)星定位容易產(chǎn)生偏差。“如果你是航拍無人機(jī)，偏差個(gè)幾米可能沒有問題，可作為植保無人機(jī)，偏差幾厘米就可能噴灑到別人的地里去了。”
“2014年的時(shí)候，因?yàn)橛玫氖荊 PS定位系統(tǒng)所以定位不夠精確，極飛在實(shí)地噴灑時(shí)沒少吃苦頭。 足球場(chǎng) 、 波浪田 形狀，我們都打出來過。”龔槚欽并不諱言曾經(jīng)的失敗。
所謂“足球場(chǎng)”就是給小麥打葉面肥時(shí)，因?yàn)闊o人機(jī)定位不準(zhǔn)，前后兩次航線重合，造成噴灑區(qū)域交錯(cuò)，打了兩道肥的區(qū)域顏色就會(huì)特別深，整塊區(qū)域看起來顏色深深淺淺好像足球場(chǎng)一樣。而“波浪田”就是給農(nóng)作物打生長素時(shí)，有些區(qū)域打到了，有些沒有，農(nóng)作物長得高高低低，好像波浪一樣。“那個(gè)時(shí)候沒少接到農(nóng)戶投訴。”
想要在植保市場(chǎng)站穩(wěn)腳跟，精準(zhǔn)定位是第一步。為此極飛科技2016年推出P20植保無人機(jī)，采用了精準(zhǔn)的G N SSR T K定位，隨后又不斷地更新改進(jìn)。G N SSR T K定位技術(shù)為農(nóng)田測(cè)繪、無人機(jī)飛行提供厘米級(jí)的高精度定位，同時(shí)具有強(qiáng)大的抗磁干擾能力，保障無人機(jī)在高壓線、礦區(qū)等強(qiáng)磁干擾環(huán)境下也能穩(wěn)定飛行。
南都記者在無人機(jī)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)看到，在作業(yè)田地的空地上，農(nóng)業(yè)植保人員首先要架起一個(gè)基站，使用A 2終端藍(lán)牙連接設(shè)備，標(biāo)記坐標(biāo)點(diǎn)，手動(dòng)輸入坐標(biāo)信息。“在整個(gè)工作過程中，基站的位置不能移動(dòng)，否則無人機(jī)飛行將偏離航線。”龔槚欽表示，建基站的成本遠(yuǎn)超無人機(jī)本身，但網(wǎng)絡(luò)覆蓋才是提供精準(zhǔn)服務(wù)的最重要一步。而且，隨著規(guī)模應(yīng)用及RT K技術(shù)成熟，成本已大幅下降，還有繼續(xù)下降空間。
從法拉利工廠學(xué)噴頭技術(shù)
極飛P20每小時(shí)的作業(yè)面積可以達(dá)到60畝。而每畝的噴灑藥量，僅需要800毫升，同時(shí)大大減少了農(nóng)藥的殘留，用水量更是減少90%。而要達(dá)到這種噴灑效果，與P20獨(dú)特的離心噴頭設(shè)計(jì)離不開關(guān)系，小小的一個(gè)噴頭，就凝結(jié)了30多項(xiàng)專利。
最開始，極飛使用的是最簡(jiǎn)單的高壓噴頭。“它的優(yōu)點(diǎn)是便宜，制造工藝簡(jiǎn)單。”但很快，實(shí)驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)了它的缺點(diǎn)，“如果農(nóng)藥藥液稀釋得不均勻，顆粒很容易把噴頭堵住，從而炸裂。”龔槚欽說。
為解決這個(gè)問題，幾個(gè)創(chuàng)始人還專門跑去了法拉利汽車的歐洲工廠。法拉利工廠的部分噴漆環(huán)節(jié)使用的是納米氧化鋯陶瓷粉末，需要用到離心噴頭技術(shù)，將研磨好的小顆粒通過高速轉(zhuǎn)盤甩出，通過顆粒和空氣分子撞擊而自然霧化。
經(jīng)過兩年時(shí)間的不斷重復(fù)試驗(yàn)，極飛終于自主研發(fā)出P20V 2的離心噴頭，它采用超低容量噴霧方式，可將農(nóng)藥霧化為100微米以下的小顆粒。農(nóng)藥霧粒在螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的下壓氣流作用下，能均勻地附著到作物葉面的正反面和莖部，讓農(nóng)藥的利用率達(dá)到85%。
可即便是這么精心設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，在真正用在田地里時(shí)，還是發(fā)生了各種讓人意想不到的問題。“2014年我們第一版噴頭使用時(shí)，就打了個(gè)措手不及的敗仗。”廣州極飛科技有限公司工業(yè)設(shè)計(jì)部經(jīng)理肖錠鋒說，“當(dāng)時(shí)我們是打催熟劑，又叫乙烯利，是個(gè)酸性藥劑，藥管是從電機(jī)中間穿過的，乙烯利會(huì)腐蝕掉軸承和電機(jī)，所以我們的無人機(jī)一個(gè)起落就要換一次噴頭，報(bào)廢的特別多。”
肖錠鋒回憶，當(dāng)時(shí)農(nóng)保季節(jié)已經(jīng)全面展開，接到的訂單必須完成，公司只好大批量地生產(chǎn)噴頭，一箱一箱地往前線送。“最高峰一個(gè)禮拜就要送三百多只。”
正是從這種深刻教訓(xùn)的實(shí)踐課上，極飛明白了，所有設(shè)計(jì)都必須以農(nóng)業(yè)的實(shí)際應(yīng)用為基礎(chǔ)。肖錠鋒說，這幾年極飛一直不停地對(duì)噴頭進(jìn)行改進(jìn)，隨著改進(jìn)的深入，極飛對(duì)細(xì)節(jié)的要求越來越高。“比如說，最初我們對(duì)噴頭選用什么電機(jī)和如何固定進(jìn)行考慮和設(shè)計(jì)，但現(xiàn)在我們需要考慮霧化的細(xì)膩度和噴頭的密封性。所以越往后，我們的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方向定是從粗放的需求層面，往更加精準(zhǔn)、更加人性化的方向發(fā)展。”
安裝天目“跨”障礙飛行
在《超級(jí)工程》的紀(jì)錄片中，極飛無人機(jī)甚至可以在晚上進(jìn)行大面積作業(yè)。“為什么要晚上作業(yè)？因?yàn)榘滋鞙囟雀?，霧太細(xì)了，噴到作物上容易蒸發(fā)。如果刮風(fēng)的話，我們這個(gè)藥液就會(huì)偏移，再就是殺蟲這塊，晚上蟲子比較活躍，我們把殺蟲劑打進(jìn)地里面的話，蟲子死亡率高，效果比較好。”農(nóng)業(yè)植保員艾海鵬說。
作為飛手，怎么做到深夜里無障礙地操控?zé)o人機(jī)？原來，極飛無人機(jī)可以按照指定航線自動(dòng)飛行，不需要人工操作。南都記者在現(xiàn)場(chǎng)看到，植保員在打藥前需要先繞著指定田地測(cè)量一圈，并標(biāo)記出石堆、電線桿等障礙物，隨后，通過A 2智能手持終端設(shè)置飛行線路圖，設(shè)置好飛行時(shí)間、畝數(shù)等幾項(xiàng)簡(jiǎn)單參數(shù)后，無人機(jī)就可以準(zhǔn)備起飛了，操作全程只需要5分鐘左右。
在飛行過程中，并不需要人為干預(yù)。操作者在智能手持終端上就可以實(shí)時(shí)查看無人機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，包括實(shí)時(shí)風(fēng)速、電池用量、已噴藥量、航線進(jìn)度、飛行時(shí)間等數(shù)據(jù)。如果電池電力不夠，或者藥箱內(nèi)的藥物噴灑完畢，無人機(jī)都會(huì)自主飛回，這時(shí)候只需要換上新電池跟新藥箱，就可以繼續(xù)作業(yè)了。
“從全世界來說，極飛的自主飛行技術(shù)都是首屈一指的。”龔槚欽認(rèn)為，極飛的全程自主飛行技術(shù)是最值得稱道的地方。極飛在每一架P20上都安裝了“飛行數(shù)據(jù)記錄傳輸模塊”(X FD T )，然后通過互聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)與管理系統(tǒng)對(duì)接，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控每架農(nóng)業(yè)無人機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一登記和管理。農(nóng)業(yè)部門及相關(guān)監(jiān)管部門也能通過這個(gè)系統(tǒng)，獲取無人機(jī)在植保作業(yè)中的地塊信息、噴灑數(shù)據(jù)、飛行數(shù)據(jù)和航線信息等，實(shí)現(xiàn)監(jiān)管。
無人機(jī)和智能手持終端還跟云平臺(tái)實(shí)時(shí)連通，所以，極飛的無人機(jī)起飛時(shí)，不需要再向空管部門備案，因?yàn)槊恳淮纹痫w都在云平臺(tái)的監(jiān)控中，都是被監(jiān)管的。
為了實(shí)現(xiàn)飛行器的自主“避障”，極飛還最新推出了“天目”系統(tǒng)，“該系統(tǒng)可以識(shí)別20米外，半徑大于5cm的障礙物，航行作業(yè)時(shí)，飛行器可以自動(dòng)停止，并且避讓過障礙物后，再自主飛行。”為了驗(yàn)證“天目”的可靠性，極飛科技CEO彭斌甚至將自己當(dāng)“障礙物”，進(jìn)行實(shí)地測(cè)驗(yàn)，“飛行器 看 到我之后，就停在離我1-2米遠(yuǎn)的距離，然后再拐彎，避開我之后，繼續(xù)飛行。”
出品：南方都市報(bào)科學(xué)新聞工作室
主持：陳養(yǎng)凱
采寫：南都記者 尹來
攝影：南都記者 鐘銳鈞 實(shí)習(xí)生 翁思成
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