设施蔬菜自动对靶喷药技术研究现状与分析

【目的】回顾与总结国内外设施蔬菜自动对靶喷药技术的研究现状与进展,为该技术在设施蔬菜自动对靶喷药机器人的发展应用上提供理论和科学依据。【方法】采用相关文献资料、实地调研的方法,汇总、整理及分析。【结果】导航技术国外主要采用基于GPS、机器视觉、激光雷达等技术开发的路径识别及智能避障技术,国内主要采用电磁诱导、基于GPS、激光雷达和视觉技术的道路边缘获取与道路识别技术。病虫害检测现阶段国外主要采用图像识别、红外成像和高光谱及基于深度学习的病虫害识别技术,技术较为成熟,国内现阶段主要采用图像识别技术,利用作物颜色、纹理及形状特征进行识别。国外对靶喷药采用机器视觉、激光主动视觉和超声波技术并结合传感器对目标作物进行识别,利用变速喷药技术在生菜、番茄等作物上进行了应用,国内开发了温室自主喷药机器人,采用机器视觉技术获取靶标病虫害位置信息,对喷头进行单独控制,以达到精准对靶施药的效果。【结论】导航技术、病虫害识别技术及对靶喷药技术是自动对靶喷药技术的核心。导航方面在温室中利用机器视觉和激光雷达技术相比GPS技术更加可靠、灵活,精准度更高,高光谱与病虫害识别技术可提高病虫害识别的效率,对靶喷药技术中目标作物的识别与冠层稠密程度的判断是发展趋势。     

基于深度学习的水肥药一体化系统的研究与设计

本文介绍了一种基于深度学习方法判断作物生长状态并自动完成水、肥、药施用的装置,该装置利用Raspberry Pi驱动摄像头获取实时叶片图像,将图像预处理后作为网络输入,判断作物是否需要浇水、施肥或喷药,并将判断结果发送至PLC控制器,由PLC控制自吸泵、电磁阀和电机运动完成施药、浇水、施肥作业。     

基于ARM反馈智能变量喷药控制系统研究

为了实现变量施药和确保喷施效果,开展了基于ARM反馈的变量喷药控制系统的研究。该系统需要车载ARM控制器为核心,采用北斗导航系统获取车速,通过CAN总线获取喷嘴的流量和压力等信息。系统可以在线处理数据并发送功能代码到驱动电路,在脉冲宽度调制下根据输入用户的需要来实现比例电动调节阀的开闭量,最终基于作业行驶速度来改变喷药量的变化。试验结果表明,车辆的速度为5～11km/h,该系统变量的控制误差较小,不超过5%,满足变量喷药的操作要求。     

机器人系统中小麦病害识别与施药算法研究

为解决传统施药机械农药利用率低且在施药过程中不能对作物病害进行检测等问题,根据常见农作物小麦的生长规律,提出了一种适用于施药机器人系统的病害识别与施药算法。研究方法能使机器人根据在行进过程中拍摄的作物图片识别出作物的病害种类并根据受害面积得出受害程度;通过改进的Hough变换算法识别出作物行;将病害信息和作物行信息作为精准施药依据,在不改变喷药压力和流量的基础上,通过中间控制器调节机器人喷杆行走速度以作物行中心线为轨迹进行变量施药。试验结果表明,机器人系统算法工作稳定,具有良好的稳定性和较高的实用性。     

小型温室环境监控系统的研究

日光温室可以为作物提供最佳的生长环境,使作物生长不受时间和地域的限制。设计了一种小型温室环境调控系统,实现可调可控适宜作物生长的温室环境。该系统由环境控制器、作物生长影像仪和上位机软件组成。控制器采用PLC实现,通过控制器采集空气温度,空气湿度,土壤温度和土壤水分等环境信息,控制加热器、加湿器、卷帘、湿帘、水泵、风机、微喷、通风和补光灯等执行设备,达到现场调控温室环境的目的;作物生长影像仪通过定点摄像头扑捉作物生长图像,观察作物生长态势;上位机软件主要用于实现远程控制、历史数据查询与数据导出等功能。该系统经过试验验证,可以实现温室环境的温湿度调控。     

精量施药减药技术

<正>精量施药、减药(除草剂)技术是通过采取精准施药、标准化作业、合理减药、利用增效剂等一系列先进的技术措施,达到节约成本,降低除草剂对作物的伤害,减少土壤农药残留量,提高作物品质及产量,保证粮食生产安全,实现农业可持续发展。1加快机械更新力度,达到精准施药目的1.1积极引进智能化喷药机进口自走式喷药机,其喷头是脉冲电磁阀式,能更好地、更精准地完成工作要求。喷药机在作业中即使车速改变,喷药机药泵的压力、水量也可以保持稳定不变,这样保证了喷施在作物叶面的药量均匀,而且雾化     

大宽幅对行施肥施药车的设计与试验

针对目前我国施肥施药机械存在作业精度差、肥药利用率低等问题,设计了一种大宽幅对行施肥施药车,通过采用幅宽拓展机构实现大宽幅作业,机具集成了3组施肥施药组件,每组施肥施药组件安装有10组施肥头与施药头,完全展开后的作业幅宽为7.5m,可同时对30行农作物进行施肥施药,停止作业后左右两侧的施肥施药组件可收拢至机身两侧,便于机具的道路行走和安放;采用对行调节机构实现施肥施药喷头与作物间的距离在0～140mm范围内可调;采用高度可调机构实现施药喷头距地高度在0.1～1.2m范围内可调,满足不同施药高度需要;基于液压技术设计了机具的液压驱动系统,机具的作业幅宽、对行距离和高度调节动作的实现均采用液压系统驱动;施药采用下倾式风送气力喷雾,利用气流提高农作物间的扰动量,提高药液的穿透力,使用Solidworks软件建立风送喷雾系统的3维模型,并利用Ansys中的Fluent模块对风送喷雾系统进行了仿真分析,计算得出最佳进气速率为0.9 kg·s-1;基于PLC设计了作业控制系统,控制模块的核心控制器采用西门子S7-200PLC,实现了机具操作的自动化控制;试制了施肥施药车样机,试验结果表明:各调节动作运行正常,各施药喷头的距出气口中心40cm处的射流核心速度均值为18.56m·s-1,标准差为0.087,气流速度分布均匀,机具设计合理。     

自走式喷杆喷雾机

正自走式高地隙精准变量喷雾机采用电子集成控制技术,通过综合运用GPS测速技术、电子液压控制技术及GPRS技术,集成压力传感器、流量传感器、车辆行走速度传感系统及物联网系统,根据不同时期对施药量的需求,可以实现化学农药喷洒系统的自动变量喷洒作业。施药作业中,用户可以自行设定施药量,待施药量设定后,该装置会根据速度变化进行施药量调节,保证施药均匀性;同时,可以实现整个作业过程中施药量的实时监测和远程传输,并对每次作业施药量进行记录,便于后期施药管理。该成果已经批量生产,并在河北20多个农业合作社进行规模化示范应用,取得了较高的社会效益和经济效益。     

智能水肥灌溉系统的研究与应用

为促进农业产量及品质与农业投入同步增长,实现农业高产、优质、高效、生态、安全的协调发展,有针对性地开发智能水肥灌溉系统。该系统以物联网技术为基础,通过传感器采集温湿度、电导率／pH值等农作物生长参数,由数据采集无线传感网络发送至上位机专家决策系统,再经决策后由上位机发送指令控制以PLC （可编程逻辑控制器）为核心的智能灌溉控制系统,从而实现对作物生长环境的实时监控和高产、高效、精准灌溉智能化灌溉目的。     

基于计算机视觉播种机排种器检测平台的研发与应用

为播种机实现高效、精准播种提供优良性能检测平台,采用自动控制、计算机视觉与传感器融合技术相结合的方法,利用液压控制系统和自动控制系统技术研究开发基于计算机视觉的多功能排种器性能检测平台。结果表明:该检测平台能够实现对作物播种机排种器播种量的有效控制,提升播种的精准度和播种环节的科学性与高效性。该试验平台适用于机械式和气力式排种器性能的检测。     

Computational simulation of wireless sensor networks for pesticide drift control

The efficient application of low cost pesticides is a challenge for agricultural production. Pesticide drift is a major cause of environmental contamination. At the time of application, it is essential to know the environmental conditions, such as wind, temperature and humidity to minimize contamination. This study proposes the use of wireless sensor networks in a support and control system for crop spraying and three cases of use are put forward. In the first case, the sensor network evaluates environmental data at the time of application to notify the user if the environmental conditions are suitable. The second use evaluates the wind speed and direction to suggest corrections in the path of a spray vehicle. Due to this alteration in the path, the pesticide is applied solely in the appropriate area. The final use involves collecting samples and analyzing the quality of crop spraying by evaluating the deposition of the pesticide over the crop. Through computer simulations, wireless sensor networks are shown to be useful in crop spraying operation to minimize and to control pesticide drift, to improve the quality of application, to reduce environmental contamination and to save time and money.     

果园农药喷雾机监测系统的研究

为提高果园中小型机动农药喷雾机的喷雾效果,以单片机为核心,采用压力传感器、流量传感器、速度传感器和液位传感器,研制了果园机动农药喷雾机监测系统.该系统可实时监测喷施农药过程中的喷雾压力、喷雾流量、喷雾机行走速度和药桶药液余量4个主要参数.试验结果表明,系统具有较高的可靠性和测量精度.     

果园喷雾机喷头自适应运动与自动喷雾控制系统研制与试验

为了在丘陵山地果园施药过程中达到自动对靶、精确施药、提高农药的利用率、减少对环境污染的目的,利用多个超声波传感器有效组合,识别果树位置自动调整喷头高度及距离;转动机构能自动调整喷头喷洒方向,使喷头能更好地对准果树,提高农药喷洒效果;系统能根据有无果树实时控制喷头开闭,降低农药损耗.试验结果表明,在车速为0.3m/s的情况下,喷头离树的距离能较好地控制在0.25~0.75 m范围,并能根据果树高矮自动调节喷头高度;转动机构使喷头始终对准果树,使果树侧面农药覆盖率从10%提高到30%以上.该系统实现了喷头自动对靶功能,自动适应果树形态变化;喷头转动机构弥补了系统滞后及超声波传感器分辨率不高的缺点,提高了树冠侧面的喷洒效果.     

基于甘蔗病害智能诊断的立体化精准农药喷洒机的设计研究

针对现有农药喷洒机在精确性、效率以及喷洒均匀性方面的不足，提出一种基于甘蔗病虫害智能诊断的立体化精准农药喷洒机设计方案。该设计方案克服了传统喷洒设备在农药喷洒过程中无法精确识别和定位甘蔗病害区域以及喷洒均匀性不足的问题。通过运用图像处理技术和深度学习算法，系统能够自动识别甘蔗叶片的病害种类、病情程度和位置信息，并借助立体化精准农药喷洒机实现智能化调整喷洒剂量，以确保精准且均匀地喷洒农药。实验结果表明，该系统能够显著提高农药利用率和作物防治效果，具有较高的实用性和推广价值。     

Implementation of a low-cost crop detection prototype for selective spraying in greenhouses

During phytosanitary treatments aimed at minimizing product losses, selective spraying systems can be employed. These systems consist of a group of detection–action devices which manage the spraying. In this work, the technical feasibility of a low-cost ultrasound detection system prototype has been assessed for pesticide spray application on greenhouse crops. The prototype is based on a commercially-available car parking assistance system, which has been modified to amplify the signal and activate an electro-valve for spray control. This system was fitted into a self-propelled machine with two vertical spray booms. A laboratory test was carried out to evaluate the system limitations (detection range, response time, optimal sensor location); and once the feasibility of the system was known, a field test was conducted. Inside the greenhouse, the same parameters were determined for canopy presence. The system’s capacity to start and stop spraying at the beginnings and ends of the crop lines was also analysed. In addition, the minimum crop line surface with no plant mass that triggers system activation was determined. The results show that the detection range was 0–0.4 m with an average response time of 1.67 s. Based on these parameters, the optimal sensor location was determined for the different forward velocities. In conclusion, the results show that this system is suitable for plant detection at a forward speed of 0.9 m s^?1, allowing growers to stop spraying automatically at the ends of the crop lines and where plant mass absence is greater than 1.0 lineal meter.     

果园气力式静电喷雾机的开发及应用前景

首先,综述了国内外静电喷雾技术发展现状,针对新疆目前果园施药过程中漂移、流失严重及环境日益恶化的问题,设计开发了一种有效降低农药施用量,提高农药在靶标上的附着率,减少对人体和环境的污染的新型果园气力式静电喷雾机。该机采用静电感应原理,将带上电荷的雾滴,在静电力和高速气流作用下直接送至靶标。该喷雾机具有良好的经济效益和社会效益:对农户而言,可将农药有效利用率提高到60%以上,药液损失减少50%,降低防治成本10%～20%,节省农药25%左右;对企业而言,投资该项目的试算利税率可达21.4%,效益非常好;整机只需拖拉机手一人操作即可,高效低污染,十分符合国家环保和"三农"政策。因此,这种新型的果园气力式静电喷雾机具有良好的推广应用前景。     

基于单片机的变量喷雾控制系统的设计

该系统采用单片机作为控制核心,将单片机的控制系统应用于农业生产过程中,能够根据需要自动地调节喷雾量。实现变量施药作业,提高农药利用率,减少农药残留、环境污染。阐述了施药系统的变量原理,重点介绍了控制系统硬件电路和软件程序的设计。仿真和田间试验表明,系统稳定可靠,可操作性好,能够满足农业生产的要求。     

种子处理与药剂喷雾对棉花苗蚜的防治比较

比较了种子处理和药剂喷雾两种施药方式防治棉花苗蚜的效果和成本。结果表明:种子处理和药剂喷雾对棉花苗蚜均有较好的防治效果,但种子处理的施用方法简便,防治成本更低,易于准确把握防治时机,减缓蚜虫抗药性产生,适宜大面积推广。     

新型条带喷灌机设计思路及总体设计研究

针对原有圆形喷灌系统受风影响大、喷洒不均匀、成本高和使用不方便且一直得不到推广的问题,进行了条带喷灌机总体构思思路和设计思路的深入研究,并且进行了总体设计。新型条带喷灌机总体思路是利用农户现有的机械,如农用车动力、喷农药柱塞泵和输水软管,设计一套采用叶轮条带旋洒的新型喷头,沿着植物行间实施田间隔行喷洒的、可移动的新型条带喷灌机。它造价低、使用方便、性能可靠,容易在缺水山区和丘陵区等广大干旱半干旱地区的小农户中推广使用,为新农村建设提供一项重要的技术支持。     

一种面向温室应用的嵌入式采集终端设计方案

针对我国温室生产中信息采集装备产业化相对落后,采集终端采用PC机不利于安装且成本较高的情况,利用运算速度较快的32位嵌入式处理器,移植实时性较强的嵌入式Linux操作系统,扩展USB接口、CAN总线接口和以太网接口,设计开发了一个基于现场总线网络和以太网,能够对温室信息进行实时采集,实现了多种数据融合、存储、传输的嵌入式采集终端。用户可以通过驱动程序和应用程序操作终端的CAN总线接口进行数据的采集和命令的发送,可将相关信息存储在USB海量信息存储设备中或通过以太网实现数据的远程传输。测试结果表明:终端对于错误的数据帧具有识别能力,应用协议软件运行稳定;节点对正确的远程帧和数据帧的控制命令均能正确响应;终端能实时显示温室状态的变化并保存数据,采集器和监控中心的数据通讯稳定性较高。系统实现了温室环境信息实时、远程监测的功能,同时,系统的设计降低了温室生产和管理成本。