设施农业可控雾滴喷雾机的设计与试验

“江苏省农业三项工程”项目“设施农业可控雾滴施药技术（CDA）研究及设备开发”主要针对我国设施农业棚室作物病虫害防治的特殊要求,以可控雾滴（离心雾化）技术为核心技术,通过对离心雾化机理研究、离心雾化质量影响因素研究等基础理论研究以及新型离心雾化喷射部件、低压小流量潜水液泵、电子控制夹管流量阀、风筒三维转向机构、共基座双转子双速电机、机电一体化自动控制系统等基础部件研究。研制开发了遥控式风送变量可控雾滴喷雾机,为我国设施农业棚室作物病虫害防治提供了适用性强、可靠性好、安全性高、防治效果显著的新型施药技术装备。     

设施农业可控雾滴智能施药技术研究与应用

为解决我国设施栽培作物病虫害防治过程中施药量大、农药利用率低,高效防治技术与装备匮乏等问题,利用高速摄影、激光粒度分析等方法,开展可控雾滴雾化机理研究,探明不同雾化器结构参数和工作参数(转速、流量)等对雾滴粒谱的影响主效应。基于离心雾化技术,生物最佳粒径理论等,完成可控雾滴雾化器等关键基础部件的创新研发;集成激光识别、自动化控制等技术,研制设施农业可控雾滴智能施药装备,完成自动识别、定位喷洒对象的自走式对靶喷洒作业,从而在保证防效的同时,提高农药有效利用率,减少农药使用量。通过田间试验可知,转速1 500～3 000 r/min条件下,可控雾滴智能施药装备的雾滴粒径在30～200μm无级可控,且水平射程≥8 m,实现人机分离作业,提高作业效率,避免化学农药对施药人员的危害。     

常温烟雾机棚室喷雾雾滴沉积分布试验研究

应用常温烟雾机进行了棚室喷雾试验,研究常温烟雾施药技术在南方中档塑料棚室内的喷雾适应性、雾滴沉降分布规律、雾滴沉积密度及试验参数设置合理性.结果表明：雾滴沉积均匀性较好,变异系数平均为0.28;雾滴沉积密度很高,平均在31.44粒/mm^2;试验参数设置基本合理.采用常温烟雾施药技术将提升设施农业病虫害防治水平.     

物理场辅助农业雾化施药技术的研究现状与展望

现阶段,用于辅助农业雾化施药的物理场主要有磁场、电场、热场、风场、超声场。磁电热等物理场可以优化雾滴特性、提高沉积率;风场可以扰动作物冠层、增强雾滴输运性能,提高雾滴穿透性和雾滴沉积量;超声场可以辅助雾化生成均匀、细微的雾滴。为进一步把握物理场辅助农业雾化施药技术的研究动态,分析了该领域的国内外研究成果,分别对磁场、电场、热场、风场、超声场辅助雾化喷施的应用范围、方式方法等进行总结并针对性地指出研究重点与难点。最后,依据农业雾化施药的需求与特点,结合现有的高新技术,展望了未来各物理场辅助雾化喷施技术的研究方向和思路。     

密闭空间冷烟雾滴沉积分布特性研究

对常温烟雾机进行了密闭棚室喷雾试验,研究常温烟雾施药技术在南方中档塑料棚室内的喷雾适应性、雾滴沉降分布规律、雾滴沉积密度及试验参数设置合理性。结果表明：雾滴沉积均匀性较好,变异系数平均为0．28;雾滴沉积密度很高,平均在31．44粒／mm^2;试验参数设置基本合理。采用常温烟雾施药技术将提升设施农业病虫害防治水平。     

农用无人机喷头类型及其在农业航空中的应用

近年来,农业航空植保技术得到了快速发展和广泛应用,其喷雾效果的好坏与雾滴粒径大小、雾滴飘移及沉降速度等因素密切相关。其中,雾滴粒径主要是由喷头类型决定的,是农药喷雾技术中相对容易控制的参数,也是直接影响到农用无人机喷雾质量及作业效果的关键因素之一。为了减少环境污染,节约农药资源,提高喷施效率,解决当前农用无人机在农业领域的发展问题,课题组阐述了农业航空喷洒中常用的喷头种类,并且指出了不同喷头类型对农业航空喷施质量产生的不同影响,最后根据农业航空喷施的特点,提出了可控雾滴施药技术是无人机喷头发展重要趋势的论断。研究结果表明：在农药喷洒技术中,雾滴直径是最容易控制的因素,它的大小对喷洒的品质和病虫害的防治效果有很大的影响;为了减少环境污染,达到最好的病虫害防治效果,还应对喷雾颗粒尺寸进行适当的控制。     

全国设施农业装备发展重点研究

近年来,我国设施农业发展迅速,面积和产量均居世界首位。随之而来,设施农业技术装备也悄然兴起。为找出设施农业装备的发展重点,本文通过问卷和实地调研,在充分分析调研数据的基础上,阐述我国设施农业及设施农业机械化水平发展现状,设施农业装备发展和应用现状,指出设施农业及装备发展存在的问题,研究并提出加快推进设施农业及装备的发展重点和政策建议,以期对促进我国设施农业快速发展提供参考。     

塑料温室内的雾滴沉积分布研究

为了开发设施农业病虫害防治的常温烟雾施药技术，在密闭温室内进行了常温烟雾喷雾雾滴沉积试验，对4种机型、3种温室的试验结果作了分析比较，从而探讨了雾滴粒径与沉积密度的相关关系，喷射部件上设置的轴流风机对雾滴分布均匀性的提升作用，作物不同部位的雾滴沉积差异，并推导出施药时喷雾量的测算方法。     

航空静电喷雾技术现状及其在植保无人机中应用的思考

农业航空应用是现代农业关键技术的重要组成部分,农业航空施药技术的广泛应用是反映农业现代化水平的重要标志之一,大大推进了现代农业的发展和进步。航空静电喷施技术作为农业植保技术领域先进的植保技术,大大改进了传统施药和地面施药器械施药的缺点与不足,航空静电喷雾系统的静电作用能有效提高药液雾滴在靶标表面的附着率和分布均匀性,在一定程度上达到了抑制雾滴飘移的目的。本文主要针对传统农业植保作业方式的不足进行了论述,深入剖析了航空静电喷施技术的基本原理,介绍了国内外学者在航空静电喷施技术上开展研究中取得的进展并对相关研究进行了分析,对航空静电喷施技术在农业植保技术领域的开发与应用中存在的问题进行了深入的剖析,提出了航空静电喷雾技术应用在植保无人机飞行航空作业上所面临的难题和未来可能的发展趋势和解决方案,以期为研究开发出更有效的植保无人机静电喷施技术提供借鉴与参考。     

天津市设施农业装备研究与推广

开栏语: 设施农业是农业现代化发展进程中的一种先进生产方式,是利用现代化工业技术装备农业,在可控环境条件下,采用工业化生产方式,实现集成高效及可持续发展的现代化农业生产与管理体系。大力发展设施农业,对推动农业现代化建设,实现可控条件下农业生产的集约化、高效化主产经营方式,全面提升农业生产的经营管理水平;对促进农业结构调整、农业整体效益的提高、农民收入的增加、农业生态环境的改善,具有十分重要的意义。本刊开辟“设施农业”专栏,意崔加强各地农机推广部门推动本地设施农业发展的经验交流,提高农机推广水平,促进农业现代化的发展。     

酶抑制率农药残留快检方法存在的问题及研究进展

以我国农产品中有机磷和氨基甲酸酯类农药残留情况为背景,结合酶抑制率法的检测原理,从检测标准、样品前处理、酶及试剂盒产品、仪器设备等方面分析了酶抑制率法存在的问题、研究及应用情况,并对未来如何改进酶抑制率快检方法进行展望,为提升我国食品安全快速检测水平提供参考。      

生态农业的太阳能光伏发电控制模型应用研究

为进一步实现农业设备设施与太阳能光伏发电技术的深度耦合,以绿色智能灌溉为例,针对生态农业理念的太阳能光伏发电控制模型应用展开研究。在深入理解当前技术成熟的太阳能光伏系统组件构成及发电机理的基础上,结合太阳能组件光伏的能量流动特性与载荷结构,搭建适用于农田灌溉设备的发电功率控制模型,进行系统硬件合理选型与软件控制精确设计,形成完整的太阳能光伏发电系统,并展开应用测试。测试结果表明:设置不同的运行速度,得到该光伏控制系统的理论计算发电功率与实际应用发电功率误差控制在5%范围内,符合农田作业实际且测试效果良好,灌溉机组的作业综合性能效率可平均保持在85%以上,可很好地推广光伏发电技术应用在农业设备设施,为助力我国生态农业的升级发展提供一定的研究方向。     

智能化无人机植保作业关键技术及研究进展

搭载高性能传感器和施药装备的农业植保无人机系统是精准农业领域具有代表性的智能装备之一。本研究首先从前端田间作业环境动态感知技术出发,阐述了无人机光谱成像遥感、多传感器融合的SLAM实时环境建模等技术在无人机植保作业方面的应用情况;然后对精准施药过程建模与优化控制有关的前沿技术进行了分析,包括旋翼下方风场结构演化及雾滴沉积过程仿真建模、多区域全覆盖条件下的智能作业路径规划、精准变量施药控制等;最后论述了作业效果评估与过程监管相关技术的发展现状,包括施药作业质量评价方法、基于云平台数据管理的全过程可视化监管等。在总结现有技术发展现状基础上,对未来智能化无人机植保关键技术发展趋势进行了预测,阐明了光谱图像获取与计算智能的深度学习识别聚类、基于高精度雾滴谱和风场模型预测的精准变量施药作业路径规划、基于传感器实时数据的作业质量评估和作业监管等新技术手段,将在遥感信息反演、药液飘移抑制、作业效率优化、施药过程管控等方面带来革命性的进步,使植保作业数据化、透明化,全过程可观化可控制,推动农业生产管理从机械化向智能化和智慧化迈进。     

飘移控制喷雾施药技术研究进展

农药雾滴飘移是造成药液流失、环境污染、病害防治效果低的重要原因。非目标的雾滴飘失导致了水土污染,人畜中毒,环境恶化等大量问题。为了增强作物种植中施药喷雾对病虫害的防治效果,提高化学农药的使用效率,节省农民的种植成本,减轻农药对环境的污染和人员的伤害,针对喷雾过程中现存的大量问题,结合了目前国内农药的使用现状及相关飘移控制技术的发展,通过对辅助式喷雾、低量低压喷雾、变量喷雾、静电喷雾、抗飘移喷头和农药改善配方的使用等几个方面综述了目前防飘移技术的研究进展,并对其进行综合,提出了一种可行的缓解农药污染的防飘移方案。     

农机装备智能测控技术研究现状与展望

农机装备正朝着智能化方向发展,智能测控是实现智能农机的核心技术。农机装备智能测控技术以农机装备为载体,包括农机作业相关信息智能感知、精准监控和作业决策与管理等技术。目前,我国农机装备智能测控存在高端装备、核心技术国产化程度低的问题。本文从农机作业智能感知技术、农机装备精准监控技术和农机作业智能决策与管理技术等方面对国内外研究现状进行综述。阐述了作物生长信息、土壤信息和农机作业状态信息等智能感知技术的大量成果;阐述了耕深、平整地、土壤消毒、播种、植保和收获领域的农机装备精准监控技术的研究进展;阐述了农机作业智能决策与管理技术在农机作业质量监管、农机调度方面的技术突破;重点阐述了农机装备智能测控技术在土地耕整机、土壤消毒机、播种机、施肥机、植保机、收获机及农机作业管理平台的应用现状,分析了各环节待解决的问题。最后,提出了农机装备智能测控技术未来发展方向：农机装备智能测控系统化技术研究;无人农场农机自主作业关键测控技术研究;田间复杂环境农机核心部件及传感器研发;农机大数据支撑的作业决策模型研究。     

国内外设施蔬菜机械化发展现状分析及对策

随着我国设施蔬菜产业的不断发展以及人们对设施蔬菜的需求日益增加,实现机械化、智能化作业生产成为了设施蔬菜产业现代化进程中的必要环节。虽然我国设施蔬菜面积、产量以及产值不断扩大,但与欧美等设施农业发达国家仍有很大的差距。为提高设施我国设施产业机械化水平,研制可靠的机械作业装备,综述分析美国、日本、荷兰等国家现代化设施蔬菜作业机械的研究现状和发展动态,总结归纳我国设施蔬菜作业机械的类型以及优缺点,指出我国设施蔬菜生产过程中存在机械化、自动化程度不高、机具适应性差、农业机器人应用相对落后等问题。结合我国国情提出要加强研发智能化、信息化设施农业装备,推进新材料及农业机器人新技术的应用等提升设施蔬菜机械化水平的对策,为我国设施蔬菜机械化的发展指明方向和提供参考。     

不同施药机具在玉米田间的雾滴沉积分布试验

针对我国玉米等高秆作物生长中后期的机械化植保难题,进行了3WX-1000G喷杆喷雾机、3WX-2 0 0 0 G喷杆喷雾机、STORM1 5 0 0风送远程喷雾机等3种大型自走式施药机具的玉米田间喷雾试验,比较分析了不同施药技术与机具对雾滴沉积分布规律的影响,为筛选技术水平先进,并与玉米病虫害防治要求相适应的施药技术与植保机具的技术提升提供依据。试验结果表明:风幕辅助气流能有效提高雾滴在玉米冠层内的沉积量和覆盖率,在冠层中部和下部的平均沉积量比无风幕时提高了36.4%和17%;冠层各部分的覆盖率均比无风幕时有所提高,冠层下部增长率最高,达到28%;风幕辅助气流还能有效改善雾滴在玉米植株上的分布均匀性;风送式远程喷雾机的风力辅助作用有助于将雾滴向远程输送,大大提高了喷幅及作业效率,但大量雾滴集中于喷幅的前段区间,使其在整个喷幅范围内的雾量分布均匀性远差于喷杆喷雾机,最大变异系数超过1。     

中国精准施药技术和装备研究现状及发展建议

植物化学保护即使用植保机械喷施化学农药是当前最主要的病虫害防控方法,一直以来对保障农业生产安全与粮食有效供给起至关重要作用。能够实现按需精准施药、变量施药、人机分离与人药分离的高效、精准、智能的施药技术和装备是提高农药药效与利用率的保证,也是保障食品安全、降低农民劳动强度的重要措施,是目前国内外研究的热点。本研究对精准施药关键技术及研究现状进行了分析,对适用于不同作业场景的精准施药装备的研究现状、典型代表、应用进展等进行了分类总结,分析了目前精准施药发展中面临的挑战,并提出了对策和建议。本研究可为精准施药技术研究的推进、智能施药装备的研发和现代化农业的发展提供参考和思路。     

天津市设施农业废弃物处理现状及发展研究

通过对天津市设施农业生产废弃物处理背景、现状及发展概况的研究,提出针对设施农业蔬菜种植废弃物无害化处理技术模式和设施农业废弃菌棒固化燃料技术模式。针对目前设施农业废弃物整体处理技术还不成熟、应用面窄、前期投入较大和经济效益低的问题,建议加大关键技术和装备的研发、试验、示范以及推广工作,制定合理的农业废弃物综合利用机制。      

作物冠层雾滴沉积研究进展与展望

精准施药的目标是实现冠层内雾滴的全覆盖和均匀沉积。然而,作物冠层形态、郁闭度和枝叶力学参数等特征差异大,需综合靶标特征参数、器械施药能力、施药环境条件等作业工况参数,才能实现最少药液用量和最佳雾滴沉积的双重目标,从而提高药液利用率、确保防治效果、降低环境污染。雾滴沉积机理、检测与分析是精准施药参数优化与控制的决策依据,成为数字化、智能化植保作业装备技术发展的研究热点。首先分析了不同施药方式下冠层内雾滴沉积过程及辅助手段对沉积性能的影响机理,归纳了改善作物冠层内雾滴沉积的不同研究视角、方法和层次。然后从沉积性能田间试验研究、沉积机理分析与建模、雾滴沉积检测与评价、施药作业参数优化等方面重点阐述,分析了近年来冠层雾滴沉积中雾滴、枝叶、气流等交互作用研究的共性关键问题,归纳了该领域技术研究的开放性问题。最后总结了精准施药技术中作物冠层雾滴沉积相关研究面临的挑战和机遇,提出了融合多源传感技术和大数据分析及深度学习等人工智能技术,构建作物冠层雾滴运移及沉积数字孪生体,实现冠层雾滴运移沉积过程数字化描述与分析的研究建议。