大田环境中不同助剂和喷头对无人机喷洒雾滴分布和漂移的影响

目的 探索在大田环境中不同助剂和喷头型号对无人机喷洒雾滴分布和漂移的影响。方法 利用色素染色法染色雾滴，使用大疆MG-1S无人机进行喷洒作业，并收集雾滴卡进行扫描分析。喷洒中使用φ为1%的不同助剂溶液或不同种类喷头，以比较助剂和喷头对雾滴分布的影响。结果 室内喷洒φ为1%助剂溶液时，雨燕油性助剂、禾大助剂提高雾滴粒径的效果较优。IDK 120-01喷头增大雾滴粒径效果最明显。在大田测试中，所有的助剂相比清水对照都降低了漂移。大部分雾滴集中于距离喷洒航线2 m距离内。离地80 cm处的雾滴沉积量比离地50 cm的雾滴沉积量少40%~60%。雨燕油性助剂在目标区域沉积较多。目标区域内使用IDK 120-01喷头的雾滴沉积量最大，但单位面积的雾滴数量较少。结论 使用助剂和大粒径喷头均可以明显降低雾滴漂移，提高目标区域雾滴沉积量。不同助剂抗漂移效果有明显差异。     

小型植保无人机喷雾参数对橘树冠层雾滴沉积分布的影响

【目的】探索小型植保无人机对果树喷施作业的雾滴沉积分布效果及应用前景,研究小型植保无人机喷雾参数对橘树冠层雾滴沉积分布的影响。【方法】采用三因素(飞行高度、飞行速度、喷施流量)的正交试验,应用小型六旋翼植保无人机进行喷雾试验。【结果】根据雾滴沉积密度和雾滴沉积均匀性结果,较佳的作业参数是喷头流量1.0 L·min~(-1)、作业高度2.5 m、作业速度4 m·s~(-1),影响雾滴沉积密度的主次顺序依次为作业速度、作业高度、喷头流量;根据雾滴沉积穿透性结果,作业高度均为2.0 m的试验号2(作业速度4 m·s~(-1),喷头流量0.6 L·min~(-1))和试验号8(作业速度1 m·s~(-1),喷头流量1.0 L·min~(-1))中雾滴沉积穿透性分别为22.21%和22.41%,其雾滴覆盖密度大且穿透性较好;影响雾滴沉积穿透性的因素主次顺序为作业高度、作业速度、喷头流量。【结论】针对植保无人机旋翼风场的影响和橘树独特的树形结构,对植保无人机的作业参数进行了优选,以保证航空喷施作业雾滴在橘树冠层的有效沉积分布。本试验研究可为小型无人机对果树的合理喷施、提高喷施效率提供参考和指导。     

Y型棚架式果园的3WZ-300风送喷雾机设计与试验

目的 针对Y型棚架式果树的需风特性设计一款风送喷雾机,探究机具对此树形的施药规律,为新式果园栽植工艺的植保机具设计提供参考。方法 结合棚架梨树Y型树冠需风特性,设计一款异形导风管,确定发散型射流口,喷雾范围可全面覆盖冠层,并进行整机配置,风机使用无级调速带轮进行调速。以作业速度、出口风速、出风口与冠层中部高度差作为试验参数,以靶标雾滴覆盖率、靶标雾滴沉积量以及地面雾滴沉积量作为评价指标,设计田间试验。利用Design-Expert软件建立响应曲面分析参数对指标的影响,并对机具作业参数进行优化。结果 优化结果表明：3WZ-300风送喷雾机在作业速度0.8 m/s、出口风速22 m/s、出风口中部与梨树冠层中部高度差为5.1 cm时,靶标雾滴覆盖率为39.79%,靶标雾滴沉积量为9.89 μL/cm²,地面雾滴沉积量为5.41 μL/cm²,有效附着药液占比60.1%。结论 该喷雾机满足果园作业要求,施药效果较好,为棚架式果园喷雾机的设计及机具参数优化提供了参考。     

新型扇形雾射流喷头雾滴沉积和飘移潜力特性研究

为合理选用喷头，提高农药有效利用率，减少流失、飘失，应用激光雾滴粒径分析仪和改进后农药雾滴沉积飘移测试平台，依据ISO24253-1田间喷雾沉积试验测试标准和ISO22369-3农药飘移潜力测试平台标准，对具有代表性的德国Lechler公司生产的射流（IDK系列）和双扇面射流（IDKT系列）新型大雾滴扇形雾喷头在不同喷雾压力（0.2、0.3、0.4 MPa）下的雾滴谱、雾滴裸地沉积分布和雾滴飘移潜力进行测试研究，并与常用标准扇形雾喷头Lechler ST、LU系列喷头进行对比。结果表明：随喷雾压力增大，标准扇形雾喷头和射流喷头均雾滴粒径变小，雾滴谱变宽，雾滴直径小于100 μm，V100增大。ST系列的雾滴谱比LU的宽，IDKT的雾滴谱比IDK的宽。标准扇形雾喷头（ST和LU）雾滴为细雾和非常细雾，射流喷头（IDK和IDKT）雾滴为中等雾和粗雾。喷头雾滴粒径决定了雾滴的沉积和飘移特性，在相同喷雾压力条件下，同种型号喷头雾滴裸地沉积量IDKT120＞IDK120＞LU120＞ST110，射流喷头雾滴沉积量显著高于标准扇形雾喷头（P<0.05），所测喷头雾滴沉积变异系数均低于8.5%。随着喷雾压力增加，喷头雾滴的飘移量均增加，喷雾压力对标准扇形雾喷头雾滴飘移影响更加明显，但对射流喷头不明显。在相同喷雾压力条件下，射流喷头雾滴飘移量远小于标准扇形雾喷头，各喷头雾滴飘移量均随雾滴收集距离增大而呈现减小趋势，且飘移均主要集中在测试平台前5 m处。射流喷头IDK和IDKT之间DPV无显著性差异，但标准扇形雾喷头DPV显著高于射流喷头（P<0.05），射流喷头与ST喷头相比，相对防飘能力均在55%以上。上述结果将有助于种植户和生产企业选择最佳喷嘴类型，以提高药效，减少农药喷雾漂移。     

多旋翼植保无人机棉花飞防作业效果

目的 研究植保无人机喷施作业雾滴的沉积分布规律和病虫害防治效果,为植保无人机田间作业提供理论依据和技术支持。方法 使用无人机和喷杆喷雾机进行喷施试验,以卡罗米特纸卡和滤纸作为取样器采集雾滴,研究雾滴在棉花冠层的沉积规律,比较两种植保机械的病虫害防治效果。结果 在有效喷幅范围内,无人机喷施作业雾滴主要集中在棉花冠层上部,棉花冠层中部和下部雾滴沉积量和覆盖率均较低;无人机施药雾滴在上风向和下风向的飘移量有显著差异,上风向雾滴平均飘移百分比为4.93%,下风向平均飘移百分比为14.96%,且波动较大;JT-30植保无人机和3W-1000Y悬挂式喷杆喷雾机在施药7 d后对棉蚜防治效果较好,在施药后15 d对棉叶螨防治效果较好。结论 雾滴在棉花冠层的穿透性较差,下风向雾滴飘移现象较突出,对蚜虫的防治效果较好。     

基于农田环境因子模拟农药雾滴飘移特性

农药飘移污染辐射面广,极易造成非靶标区农作物药害、环境污染、生态平衡破坏等。开展雾滴飘移特性研究,对研发精准施药装备、优化喷雾参数具有重要的科学意义和指导意义。野外环境因素的多样性与多变性使得田间雾滴飘移特性研究复杂困难,试验结果存在不确定性。因此,基于低速风洞对温度、湿度、风场等农田环境因子的精准模拟,针对风速、雾滴粒径、雾滴群释放高度等3个影响雾滴飘移特性的主要因素开展试验研究,探讨其对雾滴运动规律的影响。结果表明,增大雾滴粒径有助于减少雾滴飘移;随着风速的增大,雾滴飘失量与飘移距离呈明显的递增趋势,且小粒径雾滴的飘移更易受风速影响;作业时喷头高度过高,会使雾滴更易于向远处飘移。     

防飘喷头在植保无人飞机水稻病害防治应用研究

为了解植保无人飞机应用文丘里防飘喷头对水稻病害的防效影响。利用植保无人飞机搭载文丘里防飘喷头的方法,分析雾滴沉积特性及水稻纹枯病、稻曲病的防治效率。结果表明:应用文丘里防飘喷头雾滴在冠层上部与下部以及总体沉积量均超过应用常规扇形喷头的雾滴沉积量,相对于小雾滴,植保无人飞机采用大雾滴可以改善雾滴在冠层中的穿透性及喷幅范围内的雾滴分布均匀性;不论是粗雾滴还是细雾滴,植保无人飞机均可以有效防治稻曲病,而且防效优于传统的背负式喷雾器;纹枯病植保无人飞机应用文丘里防飘喷头施药后,其防效达到80%,与背负式喷雾器防效相当,较常规扇形喷头防效提高30%。因此,水稻叶部病害应用文丘里防飘喷头能够达到病害防治要求。     

M45型多旋翼植保无人机减量施药对稻飞虱防治效果的影响

目的 研究多旋翼植保无人机减量施药对雾滴沉积效果以及稻飞虱防治效果的影响,促进水稻减量施药技术发展。方法 采用M45多旋翼植保无人机开展水稻施药田间试验,选取15.0和22.5 L/hm² 的施药液量,以及人工施药推荐剂量100%、90%、80%的3种减量农药剂量,研究不同施药液量和减量农药剂量对雾滴沉积效果以及稻飞虱防治效果的影响。结果 水稻冠层上部的雾滴沉积量明显优于冠层下部,2种施药液量以及3种减量农药剂量对雾滴沉积量的影响不显著;施药1周后稻飞虱数量显著减少。在相同施药液量条件下,减量农药剂量的变化对稻飞虱防治效果影响不明显。80%的农药剂量能满足稻飞虱防治要求。结论 无人机水稻施药作业中可选择80%的农药剂量进行减量施药。本研究可为水稻减量施药、减少水稻植保作业成本提供有益参考。     

白粉病胁迫下小麦叶片光谱响应与智能分类识别

目的 开展基于高光谱技术的白粉病胁迫下田间小麦光谱的响应研究,实现小麦白粉病感染等级的快速确定。方法 采用光纤光谱仪配合积分球和叶片夹采集大田活体小麦叶片可见-近红外光谱;通过光谱数据拟合得到的SF-SPAD (Spectrum fitting SPAD)值来反映叶绿素含量,对叶片感染白粉病进行初步判定;使用PROSPECT模型进行光谱敏感度分析确定敏感波段;结合主成分分析(Principal component analysis, PCA)降维和支持向量机(Support vector machine,SVM)建模,实现对光谱数据的二分类;根据二分类模型判断的病点百分比对小麦病虫害感染程度进行分级。结果 SF-SPAD值随自下而上的叶序的增大而逐渐上升;SF-SPAD值≤0.90的全是病点,≥1.05的全是好点。光谱敏感度分析确定了敏感波段为可见光波段440~500和540~780 nm,降低了数据维度。确定了感染等级(R)与病点百分比(%)的关系为R₁：0~30%、R₂：30%~50%、R₃：50%~70%、R₄：70%~100%。本研究所建模型适用的检测株数最少为20株。结论 结合SF-SPAD值和光谱PCA-SVM二分类建立的监测模型可以准确、快速地判定小麦白粉病感染与否及感染等级,同时可以降低采样数量、减少地面检测工作量、提高检测效率,是一项实用性强、简单、易推广的智能化监测技术。     

适宜玉米化控剂喷施的植保机具选型研究

[目的]玉米抗倒伏化控剂喷施缺少适宜机具,拟通过开展植保机具选型试验,筛选适宜化控剂喷施作业的机型。[方法]采用大田试验与实验室检测相结合的方法,检测约翰迪尔4630型、3W-500型和3WBD-16型3种植保机型开展化控作业的适应性。[结果]4630型喷杆喷雾机配套防飘扇形雾喷头作业其雾滴粒径较大,雾滴沉积密度低,且多分布在下部叶片,不利于叶片吸收,化控效果较差,且植株损伤率最高;3WBD-16型背负式电动喷雾器配套圆锥雾喷头作业喷雾均匀性最低,化控作业后效果不均匀,田间整齐度低,作业成本最高;3W-500型东方红悬挂式喷杆喷雾机配套标准扇形雾喷头作业质量和作业效率优于背负式电动喷雾器,作业后化控效果显著优于约翰迪尔4630型喷杆喷雾机,且作业成本最低。[结论]3W-500型东方红悬挂式喷杆喷雾机适宜在京郊地区玉米化控作业中应用。     

植保无人机水稻田间农药喷施的作业效果

【目的】测试和对比电动单旋翼与电动多旋翼植保无人机在水稻田间的作业效果。【方法】测试的植保无人机为HY-B-15L型单旋翼植保无人机(单旋翼机)和MG-1S型多旋翼植保无人机(多旋翼机)。以一定比例的罗丹明B与善思纳米农药的混合溶液作为喷施溶液,通过改变无人机作业高度和农药喷洒量进行田间喷施试验,采用荧光示踪剂法和水敏纸图像分析法获得2种无人机在不同喷施条件下喷施的雾滴在靶标上的沉积效果。按田间药效调查准则,调查不同处理下的纳米农药对水稻病虫害的防治效果。【结果】2种无人机喷施的雾滴在各采样点上的沉积量随农药喷洒量的增加而增加,当农药喷洒量为66.67和100.00 mL·hm~(–2)时,单旋翼机在各采样点上的沉积量比喷洒量为46.67 mL·hm~(–2)时的分别增加了48.50%和137.73%,多旋翼机分别增加了66.60%和111.88%。作业高度影响了无人机喷施雾滴在采样点上的沉积量和沉积均匀性,当作业高度由1.5 m增加至2.5 m时,单旋翼机喷施的雾滴在采样点上的沉积量和沉积均匀性分别降低了19.3%和53.6%、多旋翼机分别降低了48.7%和22.9%。在4种喷施条件下,单旋翼机在采样点上的沉积量比多旋翼机同条件下分别高出85.8%、26.5%、59.4%和123.4%。单旋翼机在1.5 m和46.67 mL·hm~(–2)作业条件下,农药对稻飞虱Nilaparvata lugens、稻纵卷叶螟Cnaphalocrocis medinalis、稻秆潜蝇Chlorops oryzae、细菌性条纹病及稻瘟病5种水稻病虫害的防治效果最好,防效分别为87.63%、76.67%、84.08%、59.26%和82.33%;多旋翼机在1.5 m和66.67 mL·hm~(–2)作业条件下,农药对上述水稻病虫害的防治效果最好,防效分别为86.54%、78.62%、89.47%、66.67%和83.33%。【结论】2种植保无人机由于旋翼风场不同,导致雾滴沉积效果不同,单旋翼植保无人机喷施效果更好;2种无人机喷施的农药最终对水稻病虫害的防治效果无明显差异,且防治效果均达到国家防效标准。     

宽喷幅风送式喷雾机在果树冠层中喷雾有效性及雾滴穿透性试验研究

风送式喷雾可以有效地抵御自然风的干扰,减少雾滴的漂移,其喷雾有效性及雾滴的穿透性直接影响着喷雾机的喷雾性能.以宽喷幅风送式喷雾机为试验平台,用0.1％的罗丹明B为示踪剂,对靶标树进行了喷雾试验,研究宽喷幅风送式喷雾机雾滴沉积的有效性与穿透性.结果表明:喷雾雾滴在树冠前冠面及内膛均有较高的效率,在靶标树的前冠面、中膛、后冠面和距离树冠后方10 cm的外截面等4个截面上都有雾滴沉积,喷雾有效率分别为100％、86.2％、48.3％和62.1％;树冠前冠面、中膛、后冠面雾滴沉积量分别为0.028、0.007、0.003 mL,树冠前后地面上有明显的雾滴沉积,地面采样点上的沉积量分别为0.044、0.031 mL;喷雾过程中气流在靶标树两边存在绕流是引起树冠后方雾滴沉积的原因,关闭处于喷口下方的喷头可以减少雾滴在地面上的沉积.     

植保无人机旋翼对雾滴沉积量的影响

为了探究植保无人机的喷施效果,进行了多旋翼植保无人机在不同高度下和旋翼处于不同状态下对雾滴沉积量影响的试验。结果表明,当旋翼不工作时随着高度的升高,沉积量下降,而当旋翼工作时雾滴分布趋于均匀,雾滴沉积范围加大,但雾滴沉积量显著减少。     

航空喷施与人工喷施方式对水稻施药效果比较

【目的】找出小型无人直升机航空喷施雾滴在水稻植株的沉积分布规律,并比较农用无人机航空喷施方式和人工喷施方式的不同。【方法】通过喷施试验研究了市场上主流的2种不同型号无人机(油动单旋翼和电动单旋翼小型无人直升机)、不同作业参数对水稻冠层雾滴沉积分布结果的影响,并比较了不同农用无人机航空喷施方式和人工喷施方式的效果和效率。【结果】航空喷施方式下的作业参数对雾滴沉积量和穿透性均有着相同的影响趋势,均表现出作业速度越慢,雾滴在植株间的沉积量越多,穿透性越好;作业高度越低,沉积量越多,但穿透性较差。但由于不同类型无人机旋翼风场强度的不同,油动单旋翼小型无人直升机喷施作业时作业高度对雾滴的沉积均匀性影响明显,而电动单旋翼小型无人直升机喷施作业时作业速度对雾滴的沉积均匀性影响明显。人工喷施作业的雾滴在水稻植株上、中、下3层的沉积均匀性最差,且雾滴在水稻植株间的穿透性也最差,为110.42%,人工喷施雾滴大部分都沉积在植株上层,只有3.27%的药液量到达植株的底部,而航空喷施作业有10%~30%的药液量能到达植株的底部。【结论】从不同喷施作业方式的效果和效益来看,航空喷施雾滴沉积效果优于人工喷施雾滴沉积效果,作业效率约为人工喷施方式的10倍,且成本低,效益高。     

基于神经网络PID的无人机自适应变量喷雾系统的设计与试验

【目的】针对传统植保无人机在定量喷施作业时由于飞行速度的变化造成施药不均匀以及传统控制算法无法满足无人机变量喷雾系统所需的实时性和稳定性等问题,设计一种基于神经网络PID的自适应无人机变量喷雾系统。【方法】采用风压变送器测出无人机的飞行速度,根据速度采用脉宽调制(PWM)方法进行自适应变量喷雾,同步用流量传感器测出实际喷雾流量,融合BP神经网络PID控制算法调节喷雾流量。由MATLAB构建BP神经网络PID控制算法,并与PID、模糊PID和神经元PID对比及分析;田间试验过程中,对比分析无人机定量喷雾与随飞行速度改变的变量喷雾效果,采用水敏纸获取雾滴沉积量分布,分别从整体区域、飞行方向和喷杆方向评价沉积量分布的均匀性。【结果】算法仿真对比试验结果表明,与PID、模糊PID和神经元PID相比,BP神经网络PID阶跃响应上升时间分别少28.57%、84.73%和31.03%,正弦跟踪平均误差分别小63.01%、87.03%和0.58%,方波跟踪平均误差分别小74.00%、79.53%和6.80%,鲁棒性强,无静差,超调量为1.20%;喷雾对比试验结果表明,本系统能够根据飞行速度自适应调节喷雾流量,实际流量与目标流量的平均偏差为8.43%,水敏纸扫描结果表明总体区域雾滴沉积量的变异系数对比定量喷雾平均降低26.25%,喷杆方向平均降低18.79%。【结论】该研究结果可为农业航空变量喷雾技术的应用提供理论基础。     

植保无人机作业参数对雾滴在火龙果树冠层沉积分布的影响

为探究多旋翼植保无人机作业参数对火龙果树冠层雾滴沉积分布的影响，应用极飞P20多旋翼植保无人机对火龙果树进行喷雾作业，采用正交试验对主要作业参数（航线方向、作业高度与作业速度）进行优选。结果表明，植保无人机对火龙果树施药在航线平行于种植行、作业高度为1.5 m (距离冠层顶部高度)、作业速度为1.5 m·s-1条件下，雾滴在火龙果树各个冠层的雾滴沉积密度，覆盖率最大。极差分析结果显示，作业速度是雾滴沉积密度和火龙果树上层雾滴覆盖率的最主要影响因素；而作业高度是火龙果树中层、下层雾滴覆盖率和雾滴分布均匀性的最主要影响因素，当作业高度为1.5 m 时雾滴分布均匀性最好。根据P20多旋翼植保无人机喷雾在火龙果树冠层的雾滴沉积分布情况，对植保无人机的作业参数进行了优选，为提高植保无人机施药雾滴在火龙果树冠层的有效沉积分布，实现所选机型在火龙果树病虫害防控中的高效应用奠定了基础。