考虑动态能耗的无人机采收菠萝田间收集点优化配置研究

摘要

为了深化无人机在田间菠萝采收和运输过程中的应用，探索无人机悬停放置菠萝到收集箱中的技术方案。无人机的续航能力限制菠萝采收工作的完成，而对续航能力影响最大的因素是无人机的载重，提出在田间设立菠萝收集点，并确定收集点的最优设立数量及位置，以确保菠萝采收工作的有效完成。在研究方法上，基于K-means算法寻找最佳收集点位置及分组方式，建立无人机采收菠萝的能耗及成本模型，通过编写程序对模型进行求解，并以无人机续航能力为约束条件，确定了无人机采收菠萝的最大覆盖范围和菠萝采摘数量。通过比较不同设立数量和位置的收集点方案，得出综合最优的结果。在不更换无人机电池的情况下，1台农业无人机采收菠萝约480个，采收面积约44 m2。随着收集点设立数量增加，无人机总路程和总能耗呈稳步下降状态，总成本呈稳步上升状态，分析发现667 m2菠萝地设立15个固定位置的收集点时总能耗、总路程和总成本达到均衡最优。无人机采收菠萝的收集点配置优化方案，可为应用无人机进行田间作物采收及运输时收集点的数量和选址提供建设性意见。

关键词

菠萝 / 农业无人机 / 动态能耗 / 收集点配置 / 续航能力