无人机植保技术 第2版 教案 第四章 农业无人机飞防安全作业模式-教案

教案：4.1无人机飞防作业特点课程名称：农业无人机飞防安全作业模式

授课对象：农业技术推广人员、农学专业学生

课时：1课时一、教学目标知识目标：掌握农业无人机飞防作业的核心特点（低容量喷洒、高药液浓度、雾滴细小等）。理解无人机飞防作业效率与传统人工喷洒的对比优势。熟悉无人机作业的安全措施及潜在风险（漂移、蒸发）。能力目标：能分析无人机飞防作业在资源节约和精准施药方面的技术优势。能结合实际案例，评估无人机飞防的适用场景及安全操作要点。素养目标：树立绿色农业意识，理解无人机飞防对环境保护的积极意义。二、教学重点与难点重点：无人机飞防的“低容量喷洒”技术特点与经济效益。无人机作业效率对比（人工vs无人机）。安全作业的关键措施（风速控制、温度管理）。难点：雾滴大小与风速对喷洒效果的综合影响。无人机作业在复杂地形与高温环境中的风险应对。三、教学内容与步骤1.导入（5分钟）案例引入：展示传统人工喷洒与无人机喷洒的对比图片（图4-1），提问学生：“为何无人机飞防用水量仅为人工的1/30？”通过数据对比（作业效率、成本、安全性），引出无人机飞防的核心理念。2.无人机飞防作业核心特点（25分钟）低容量喷洒技术：用水量对比：人工（20-30升/亩）vs无人机（0.6-2升/亩）。药液浓度：稀释比例1:10至1:50（传统1:200至1:500），减少药剂浪费。雾滴大小：80-250微米（人工250-500微米），提升覆盖均匀性（图4-1）。智能化控制：自动调整路径与药量，减少重喷、漏喷。适应复杂地形（丘陵、果园）与大面积农田。作业效率：速度对比：无人机效率是人工的50倍以上，单日作业面积达150-600亩。经济性：长期成本低，减少劳动力依赖，优化资源利用。3.无人机飞防作业安全分析（15分钟）安全优势：人员安全：避免施药人员中毒风险（每年300万农药中毒案例）。环境友好：减少农药残留，保护生态系统。潜在风险与应对：药液漂移：风速需≤3级（5m/s），避免高温作业。雾滴蒸发：避开高温时段（如夏季11:00-15:00）。复杂地形：RTK定位与避障系统（大疆T60、极飞P150机型）。4.课堂活动（10分钟）小组讨论：题目：“无人机飞防在南方丘陵地区的适用性与挑战”。要求：结合低容量喷洒、地形适应性、安全风险等知识点，提出解决方案。案例分析：展示无人机在高温环境作业失败的案例（药液蒸发导致失效），分析改进措施。5.总结与作业（5分钟）总结：无人机飞防通过“低容量+智能化”实现高效、精准、环保的植保作业。安全操作需综合考虑气象、地形、设备性能等因素。作业：撰写报告：对比无人机飞防与传统喷洒的经济效益与环境效益（数据支撑）。设计场景：为某丘陵茶园设计无人机飞防方案（含参数设置与风险预案）。四、教学资源图片素材：图4-1（农田亩用药量对比图）、无人机避障系统示意图（图4-7）。视频辅助：无人机低容量喷洒过程演示、高温环境作业失败案例解析。五、教学评估随堂测试：5道选择题（如“无人机飞防雾滴大小范围？”）。实践考核：模拟场景：根据给定气象条件（风速4m/s、温度30℃），判断是否适合飞防并说明理由。

教案：4.2飞防作业模式课程名称：农业无人机飞防安全作业模式

授课对象：农业技术推广人员、农学专业学生

课时：2课时一、教学目标知识目标：掌握手动作业、AB点作业、航线规划作业的定义、优缺点及适用场景。理解复杂地形与夜间作业的挑战及应对策略。熟悉大疆T60、极飞P150等机型在复杂环境中的应用特性。能力目标：能根据农田形状、障碍物分布选择最优飞防作业模式。能制定复杂地形和夜间作业的飞行方案（含避障规划与安全措施）。素养目标：强化安全操作意识，理解精准规划对环境保护的重要性。二、教学重点与难点重点：三种作业模式的对比分析（手动作业灵活性、AB点误差修正、航线规划全自主性）。复杂地形作业的RTK定位与避障技术（图4-7）。夜间作业的灯光系统调试与安全规范（图4-8）。难点：AB点作业的误差积累与修正（图4-5）。航线规划中的障碍物标定与避障航线生成（图4-7）。夜间作业的视觉差与能见度管理。三、教学内容与步骤1.导入（5分钟）案例引入：展示三种作业模式对比表（表4-1），提问学生：“为何航线规划模式适合大型地块，而手动作业适合不规则小田块？”通过实际作业场景图片（如山地梯田、夜间果园），引出复杂环境下的飞防挑战。2.三种飞防作业模式详解（40分钟）手动作业模式：定义：通过遥控器手动控制飞行路径与喷洒参数（图4-3）。优点：灵活应对复杂地形，适合5-30亩不规则地块。缺点：劳动强度大，易重喷漏喷，需助手辅助（图4-2）。注意事项：禁用除草剂作业、通讯设备保障、安全距离控制。AB点作业模式：定义：设置A、B点生成平行航线，适合规则地块（图4-4）。优点：飞手劳动强度低，喷洒均匀。缺点：误差累积（图4-5），需人工修正航线。操作流程：A点悬停校准→B点角度调整→生成航线→协调转弯。航线规划作业模式：定义：通过三维测绘生成全自主航线（图4-6）。优点：地形适应强、喷洒均匀、人员需求少。缺点：前期测绘耗时，需避障规划（图4-7）。技术支撑：大疆Terra软件、极飞睿图RTK生成处方图（图4-8）。3.复杂地形与夜间作业（30分钟）复杂地形作业：挑战：丘陵、山地、梯田地形的障碍物检测与信号干扰。解决方案：设备：大疆T60（双雷达+三目鱼眼）、极飞P150（4D成像雷达）。操作：飞行高度≥2米，RTK厘米级定位，三维地形建模。夜间作业：优势：避开高温蒸发，提升药效（夏季夜间）。安全规范：设备：T60夜航灯（75W/25米）、P150LED灯（1500流明）。操作：黑白画面增强细节、飞行速度≤5m/s、严格避障规划。人员防护：防蚊防蛇、头戴照明、固定站位（图4-14）。4.课堂活动（20分钟）分组任务：题目：设计某山地果园的飞防方案（含作业模式选择、避障规划、夜间调试）。要求：结合地形图（图4-10）、障碍物分布，使用表格对比三种模式适用性。模拟操作：内容：利用软件模拟AB点误差修正（图4-5）与航线避障生成（图4-7）。5.总结与作业（5分钟）总结：手动作业灵活但低效，AB点需误差管控，航线规划高效但依赖测绘。复杂地形与夜间作业需结合设备性能与安全规范。作业：分析某水稻田（规则长方形）的AB点作业误差修正步骤（图文结合）。撰写夜间飞防操作手册（含设备调试、人员防护、应急处理）。四、教学资源图片素材：图4-4（AB点作业示意图）、图4-7（避障规划）、图4-8（处方图）。视频辅助：大疆T60夜间避障演示、极飞P150复杂地形飞行实录。五、教学评估随堂测试：5道判断题（如“AB点作业首条航线需满载药液”）。实践考核：模拟场景：给定障碍物分布图，规划航线并标注避障策略（正确率≥80%）。

教案：4.4农业无人机飞行作业安全因素课程名称：农业无人机飞防安全作业模式

授课对象：农业技术推广人员、农学专业学生

课时：1课时一、教学目标知识目标：掌握影响无人机飞行安全的气象因素（风、温度、湿度、能见度）。理解信号因素（磁罗盘干扰、GPS信号遮挡、遥控信号中断）对飞行的影响。熟悉地面因素（障碍物、高压线、视觉差）的风险及应对措施。能力目标：能根据气象数据判断飞行可行性，并制定应急预案。能识别信号干扰源并采取规避措施（如校准磁罗盘、调整飞行路径）。素养目标：强化安全意识，理解飞行安全对人员、设备及环境的重要性。二、教学重点与难点重点：气象因素：风速分级（≤5m/s）、温度对电池性能的影响（图4-9）。信号因素：磁罗盘校准流程、GPS信号遮挡场景（图4-10、4-11）。地面因素：高压线避让（≥6米安全距离）、返航高度设置（高于障碍物）。难点：复杂电磁环境下的信号干扰综合应对。视觉差导致障碍物距离误判的风险管理。三、教学内容与步骤1.导入（5分钟）案例引入：展示无人机因GPS信号遮挡失控撞树的图片（图4-10），提问：“为何无人机在此类区域易失控？如何预防？”通过高压线触电事故案例（图4-14），强调地面因素的重要性。2.安全因素分类解析（30分钟）气象因素：风速：作业限速≤5m/s，逆风飞行缩短续航，侧风降落需谨慎。乱流风险：建筑、地形导致气流紊乱，需避开复杂气流区。温度：低温（＜0℃）需预热电池至25℃，高温（＞35℃）禁用易挥发药剂。湿度：高湿度加剧金属腐蚀，缩短设备寿命；空气粘滞增加能耗。能见度：低能见度（＜1km）禁止飞行，避免视觉误判（图4-13）。信号因素：磁罗盘干扰：铁磁性物质（高压线、钢筋建筑）干扰校准，需远离并重新校准（图4-10）。GPS信号遮挡：高层建筑、峡谷导致卫星信号不足，切换至手动模式（图4-11）。遥控信号中断：遮挡物（树木、建筑）阻断信号，预设失控返航策略（悬停/返航）。地面因素：障碍物：设置返航高度＞障碍物最高点（图4-13），避障雷达实时检测（大疆T60）。高压线：保持≥6米安全距离，触网后联系电力部门（图4-14）。视觉差：障碍物距离误判，需结合FPV摄像头与雷达数据辅助判断。3.综合风险应对策略（15分钟）飞行前检查：设备：电池预热、磁罗盘校准、避障功能测试。环境：扫描障碍物、标记高压线、获取实时气象数据。应急预案：信号丢失：触发自动返航，预设备用降落点。气象突变：实时监测风速/温度，提前终止作业。4.课堂活动（10分钟）模拟操作：题目：给定某农田（邻近高压线，风速4m/s，湿度80%），制定安全飞行方案。要求：标注障碍物、设置返航高度、选择作业模式（手动作业/AB点）。案例分析：场景：无人机在丘陵地带因磁罗盘失控偏离航线，分析原因并提出解决方案。5.总结与作业（5分钟）总结：安全飞行需综合气象、信号、地面三因素，以“预防为主，技术为辅”。复杂场景需强化设备检查与环境预判，避免盲目作业。作业：撰写报告：分析某稻田（邻近通讯基站）的信号干扰风险及规避措施。设计检查表：飞行前安全项目清单（含设备、环境、应急项）。四、教学资源图片素材：图4-9（飞行安全因素示意图）、图4-10（GPS信号遮挡）、图4-14（高压线事故）。视频辅助：磁罗盘校准操作演示、无人机避障功能测试实录。五、教学评估随堂测试：5道判断题（如“湿度＞90%时应停止飞行”）。实践考核：模拟场景：给定障碍物分布与风速数据，评估飞行可行性并制定方案（正确率≥80%）。

教案：4.5影响无人机飞防作业效果的因素课程名称：农业无人机飞防安全作业模式

授课对象：农业技术推广人员、农学专业学生

课时：1课时一、教学目标知识目标：掌握飞行参数（高度、速度、横移距离）对药液覆盖效果的影响规律。理解气象因素（风速、温度、湿度、降雨）与药剂漂移、蒸发的关联性。熟悉农药质量、施药时间与病虫害防治效果的直接关系。能力目标：能根据作物类型与地形条件调整飞行参数（如玉米降低飞行高度）。能结合气象数据优化施药时间，减少药液损失与环境污染。素养目标：强化精准施药意识，理解科学参数设置对农业可持续发展的意义。二、教学重点与难点重点：飞行高度与喷幅的关系（图4-15、4-16），速度对穿透力的影响（图4-17）。气象因素限制：风速≤5m/s、温度≤35℃、避开降雨与高湿环境。重喷与漏喷的危害（图4-18、4-19）。难点：多因素综合影响下的参数动态调整（如高温+大风场景）。不同作物（如水稻vs果树）的飞行参数差异化设置。三、教学内容与步骤1.导入（5分钟）案例引入：展示重喷导致作物药害（图4-18）与漏喷引发虫害扩散的对比图片，提问学生：“如何通过参数优化避免此类问题？”通过药液漂移污染相邻农田的案例，强调气象因素的重要性。2.飞行参数对作业效果的影响（25分钟）飞行高度：喷幅关系：高度1.5-2米时喷幅最佳，过高导致漂移，过低覆盖不足（图4-15）。穿透力：玉米等高秆作物需降低高度（≤2米），小麦/水稻可适当升高。飞行速度：效率与药量平衡：3-7m/s（作物稀疏可提速，浓密需降速至3m/s）。穿透力：速度＞7m/s时风场下压力减弱，药液附着率下降（图4-17）。横移距离：精准匹配喷幅：喷幅=横移距离（避免重喷漏喷，图4-19）。技术支撑：智能航线规划自动匹配，手动模式需人工校准。3.气象因素对作业效果的影响（20分钟）风速与风向：漂移控制：风速＞5m/s禁止作业，人员站位避开下风向（图4-21）。风向利用：顺风飞行提升效率，逆风增强穿透力（需平衡药量）。温度与湿度：高温风险：＞35℃加剧蒸发，选择清晨/傍晚作业（图4-20）。高湿影响：露水稀释药剂，需待叶片干燥后施药。降雨与能见度：降雨禁忌：施药后6小时内降雨需补喷，低能见度（＜1km）暂停作业。4.课堂活动（10分钟）参数优化挑战：题目：某玉米田（植株高2.5米，风速3m/s，温度28℃），设计飞行参数方案。要求：结合高度、速度、横移距离，标注避障与气象应对措施。案例分析：场景：夏季午后突遇阵风（6m/s），分析当前作业风险并制定应急策略。5.总结与作业（