大田对靶施药雾滴定向沉积控制方法研究

针对植保机械在大田对靶施药过程中雾滴沉积偏移导致准确率低的问题，本文基于大田对靶施药机器人，开展了雾滴定向沉积控制方法研究。以对靶喷施雾滴群体为研究对象，阐述对靶施药工作原理和作业特点，剖析雾滴群体沉积偏移成因；根据机器人空间结构位置关系，建立基于GNSS/IMU卡尔曼滤波信号的喷头运动状态感知模型与沉积位置预估模型，确定喷头响应控制准则；在此基础上以机车作业速度、喷头控制方法为试验因素，以对靶喷施准确率和沉积偏移距离为试验指标，开展平整场地对靶喷施模拟试验；选取满足作业需求的组别进行大田对靶施药作业验证。试验表明：作业速度0.5、1.0、1.5、2.0 m/s下的平整地面对靶施药平均准确率分别为99.8%、98.4%、95.9%、76.5%,沉积偏移距离分别为3.8、5.4、7.5、10.0 cm;作业速度0.5、1.0、1.5 m/s下的田间对靶施药准确率分别为98.7%、96.7%、95.3%。结果表明，基于GNSS/IMU卡尔曼滤波的雾滴沉积位置预估喷头控制方法，满足大田对靶施药作业需求。     

大田对靶施药雾滴定向沉积控制方法研究

针对植保机械在大田对靶施药过程中雾滴沉积偏移导致准确率低的问题，本文基于大田对靶施药机器人，开展了雾滴定向沉积控制方法研究。以对靶喷施雾滴群体为研究对象，阐述对靶施药工作原理和作业特点，剖析雾滴群体沉积偏移成因；根据机器人空间结构位置关系，建立基于GNSS/IMU卡尔曼滤波信号的喷头运动状态感知模型与沉积位置预估模型，确定喷头响应控制准则；在此基础上以机车作业速度、喷头控制方法为试验因素，以对靶喷施准确率和沉积偏移距离为试验指标，开展平整场地对靶喷施模拟试验；选取满足作业需求的组别进行大田对靶施药作业验证。试验表明：作业速度0.5、1.0、1.5、2.0m/s下的平整地面对靶施药平均准确率分别为99.8%、98.4%、95.9%、76.5%，沉积偏移距离分别为3.8、5.4、7.5、10.0cm;作业速度0.5、1.0、1.5m/s下的田间对靶施药准确率分别为98.7%、96.7%、95.3%。结果表明，基于GNSS/IMU卡尔曼滤波的雾滴沉积位置预估喷头控制方法，满足大田对靶施药作业需求。     

自动对靶精准施药机研究——基于图像边缘检测和目标识别

为了提高施药作业的效率和实际着药量,降低喷药成本和给环境造成的负担,提出了准确精量的对靶施药系统的设计理念,并给出了施药平台的原理和结构构成,最后对施药平台的图像处理系统进行了重点设计。为了验证方案的可行性,以传统的施药机械为搭载平台,将PC图像处理器嵌入到了精准对靶控制系统中,选择地势平坦的果园为实验场地,对施药平台进行了实验研究。实验结果表明:基于图像边缘检测和目标识别的自动对靶施药平台即使在光线不好的条件下,仍可以准确地得到果树果实和枝叶的位置信息,施药平台的实际着药量要比传统施药平台更高,而成本却更低,从而验证了方案的可行性。     

精准施药技术与装备发展现状分析

精准施药以提高农药利用率、降低农药残留对食品和环境污染为目的,是施药发展的方向。为此,首先介绍了国内外精准施药技术发展现状,包括变量施药控制系统、控制算法、对靶施药控制技术和基于处方图施药技术现状分析。其次,分析了国内外精准施药装备发展现状:普遍应用于果园的风送施药机极大提高了工作效率及喷雾均匀性;风幕式喷杆喷雾机适用于大田喷雾,在减小劳动强度的同时提高了喷雾均匀性,降低了药液漂失量;循环喷雾机以回收利用沉积药液为目的,可提高药液的利用效率,减轻对环境的污染。最后,通过比较国内外相关领域的研究现状,指出国内精准施药技术研究不足,需要利用电子信息和自动化技术进一步提升精准施药装备水平。     

温室黄瓜病害对靶施药机器人设计

以温室黄瓜为对靶施药对象,结合温室环境和黄瓜种植模式设计了移动悬挂式精准对靶施药机器人系统。利用机器视觉获取黄瓜病情信息,实现基于颜色和纹理信息的病情判断和定量分析。研究光照、土壤温度、气温和湿度等环境要素的周期数据与黄瓜病害有效特征信息表达之间相互关系,预警温室黄瓜病害发生和变化趋势。病害信息和环境要素拟合信息为喷雾机运动控制提供决策依据,以病灶分布作为轨迹规划和对靶施药依据,实现PLC控制三自由度喷雾机械臂和独立喷嘴作业。室内试验表明机器人具有较好的稳定性和实用性。     

温室设施蔬菜智能施药车研究

研发的温室智能施药车可以根据监控系统所收集的环境和作物信息,实现非接触式自主施药,解决自动化程度低、农药浪费严重造成环境污染、操作人员易中毒问题,为设施农业中智能化施药作业提供了技术和装备支撑。通过面向设施农业的履带式智能施药车开发研究具有现实意义和应用价值。     

丘陵果园自走式小型靶标跟随喷雾机设计与试验

针对丘陵果园传统大型施药装备入园难、施药劳动强度大、作业效率低及药液浪费严重等问题，根据丘陵果园农艺特点和病虫害防治需求，设计一种丘陵果园自走式小型靶标跟随喷雾机，可配合植保无人机作业，提升果树冠层药液覆盖效果。喷雾机上集成靶标探测追踪系统与自主导航系统，靶标跟随喷雾机构采用双喷头联动式设计，喷雾角度与高度的调节范围根据雾滴运动规律进行确定，实现了果园植保自主作业。果园试验结果表明，对靶喷雾时果树冠层不同高度叶片正面的平均雾滴沉积个数变异系数为34.22%，同一高度不同采样点叶片正面的平均雾滴沉积个数变异系数为34.56%，相比于非对靶喷雾，喷施用水量、地面流失量与冠后飘移流失量分别降低26.70%、84.93%和53.50%，在减少药液浪费的同时，有效提高了果树冠层中下部叶片正面的雾滴分布均匀性。     

我国农业无人机航空植保技术现状与发展趋势分析

无人机航空植保技术是一种现代化的施药方式,适合复杂地形和小面积作业,在我国南方水田、丘陵山地等地有着较好应用前景。但目前,我国无人航空植保技术的研究还处于初级阶段。本文在介绍国外无人机航空植保技术现状的基础上,分析了我国无人机航空植保技术的发展水平及存在的问题,并提出无人机植保施药技术的发展方向与技术需求,仅供参考。     

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。     

美国农业航空技术现状和发展趋势分析

美国是目前农业航空装备技术最先进、应用最广泛的国家,农业航空服务组织体系完善,航空施药作业规范,施药部件系列齐全.一些精准农业技术手段如GPS自动导航、施药自动控制系统、各种作业模型已步入实用阶段,作业精准、高效,对环境的污染低.随着精准农业的发展,航空遥感技术、空间统计学、变量施药控制等技术也用于美国农田产量监测,植物的水分、营养状况、病虫害监测.提出了为改善目前技术存在的不足,提高数据准确性和生产效率,需解决的主要技术问题和研究热点,包括:图像实时处理技术、多传感器数据融合技术、航空变量喷洒技术.     

筑床施药机喷施性能参数试验研究

筑床施药机旨在为苗圃进行土壤消毒灭菌作业,从而提高保苗率和优质苗木产出率。该机可以同时完成筑床和施药作业,实现高效率、高质量、低耗能,一机多用。本次试验的目的是在水泵喷嘴数量确定后,探索喷嘴等效喷孔孔径与系统压力、系统流量之间的变化关系,选择最佳配置组合,为试验样机生产试验调试和定型样机设计提供依据。试验结果表明:不论何种型号的拖拉机,其作业速度应控制在2. 88km/h(0. 8m/s)左右,系统流量约15. 5L/min,施药量约1 755L/hm2。选用6503型喷嘴为试验样机喷洒装置的喷嘴,数量6个,等效喷孔孔径1. 10mm,药液喷施系统压力为1. 5～2. 0MPa。     

我国施药技术和施药机械的现状及问题

施药技术和施药机械严重落后的现状与我国高速发展的农药水平极不相称,在病虫害防治过程中造成了农药利用率低、施药效果差、农药残留超标及环境污染等一系列问题。随着社会的发展,人们对食品安全愈来愈重视,对我国的施药技术和施药机械提出了更高要求。为此,分析了我国施药技术和施药机械的落后现状,提出了改进和提高的对策与措施。     

基于计算机图像处理的自动对靶精准施药平台研究

搭建了自动对靶自动对靶平台视觉模型,并对各个坐标系之间的坐标转换进行了研究。介绍了自动对靶精准施药平台自动对靶与相机标定,并基于极限学习机实现了自动对靶精准施药决策。实验结果表明:自动对靶精准施药平台准确率达到了77%以上,喷药最大时间为8s,效率较高,具有较高的可行性和有效性,能够满足设计需求。     

无人机变量施药实时监控系统设计与试验

在航空施药过程中,为保证单位面积施药量的一致性、实现施药流量的实时控制,提出一种航空变量施药分级控制算法。该算法根据各参数的等级和阀门开度建立分级控制表,再结合分级控制公式计算作业参数变化时阀门对应的开度,从而计算出施药流量,实现施药流量的自动调节。基于该算法设计了基于单片机多信息融合的航空变量施药实时监控系统,通过软硬件设计实现了对作业航迹、作业高度、作业速度、施药流量及药液余量等信息的实时监测,进行了航迹监测试验、施药流量监测试验、液位监测试验和变量施药控制试验等。结果表明,该系统可以准确监测多种作业参数,并可根据参数变化精准调控施药流量;飞行航迹监测平均偏差为0.98 m,施药流量监测平均误差为3.57%,液位监测平均误差为1.97%,系统对流量控制的最大误差为9.26%。     

甘薯双垄垄芯弧形精准施肥施药机设计与试验研究

鉴于目前的甘薯施肥、施药机械作业效率低、可靠性差、作业不规范等问题,研究设计一款新型的垄芯弧形精准施肥施药机,与66～88 kW的大型拖拉机相匹配,实现规范的起垄作业和药在上、肥在下的双层弧形释放面。运用理论计算与试验研究相结合的方式,以垄型参数合格率、肥药分层合格率作为机具试验的鉴定指标,对机具的施肥铲、施药铲和镇压器等关键部件的结构参数、工作参数等进行优化。结果表明:机具的前进速度、施肥铲与施药铲前后间距、镇压器结构形式这3个因素对机具作业质量的影响较大,优选组合为前进速度2.1 km/h,施肥铲与施药铲前后间距为600 mm,镇压器结构形式为斜压式,田间验证试验得知,垄型参数合格率为98.6%,肥药分层合格率为99.1%。     

无人机高浓度施药对水稻品质的影响

探索了2种常规药剂在低量高浓度无人机施药作业方式下对水稻品质的影响。采用2种药剂（毒死蜱chlorpyrifos,己唑醇hexaconazole）,2种作业方式处理南粳5050一个生长季的水稻,对比采后稻谷加工品质。由航空高浓度低量喷洒与常规喷洒处理的水稻籽粒的DMA动力学频谱得知：飞机喷洒毒死蜱处理的水稻硬度高于常规喷洒;飞机喷洒己唑醇处理的水稻与常规喷洒作业的黏弹性指标差异不大。采用X射线衍射仪测定水稻籽粒中淀粉的晶体结构,结果表明：航空施药和常规施药方式对水稻籽粒的微观结构均会产生影响,航空施药对水稻籽粒的微观结构影响小于常规施药对水稻籽粒微观结构的影响。     

植保无人飞机施药技术研究进展

植保无人飞机是田间病虫害防治的有效方法.随着我国农业生产趋向机械化、智能化,植保无人飞机施药技术开始崛起.剖析国内外植保无人飞机在飞控技术、航路规划、旋翼下洗气流的研究、田间植保技术和安全施药技术规范方面的应用优势,梳理了植保无人飞机施药技术的研究进展.分析发展中面临的主要问题:拥有飞控研发能力的企业不多、航路规划的要...     

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。     

基于微波探测的植株对靶精确施药机研制

为了提高施药的精度和效率,将微波探测技术引入到了精确施药机的设计过程中,设计了一种具有自主定位能力的高精度施药机。该装置通过微波传感器获得植株标靶靶向信息和距离信息,通过速度传感器获得机器人移动速度,将两者综合处理后,输出控制信号,控制电磁阀的启闭,实现精确对靶施药。为了验证施药机的精确施药效果,采用调频连续三角波微波传感器,对同一植株靶,在不同实验条件下,对分辨率、探测范围与探测距离进行了实验。实验结果表明:以植株作为探测靶标时,探测分辨率与植株间距具有相关性,光照强度、温度和湿度对探测效果的影响不大。微波探测对环境的适应能力较强,因此可以将微波探测技术应用到高精度施药机的设计中,提高施药机施药的精确性和效率。     

植保无人机动态变量施药系统设计与试验

针对我国植保无人机施药系统控制方式单一,施药流量无法根据飞行参数自动调整造成的雾滴分布不均匀、重喷、漏喷等问题,设计了基于ARM架构单片机的施药控制系统,提出基于PWM(脉宽调制)的施药流量控制方法,采用多传感器融合技术,实现施药参数的实时动态监测。设计了基于LabVIEW的地面站控制软件,实现对施药系统的远程控制和作业数据存储。基于3CD-15型单旋翼无人机平台对动态变量施药系统实际作业性能及施药效果进行了测试。试验结果表明,在飞行速度为0.8~5.8 m/s时,该动态变量施药系统可实现施药流量与飞行速度自动匹配,实际流量与理论流量之间平均偏差为1.9%,实际施药作业优选飞行速度为3.91~5.10 m/s,此时有效喷幅为5 m,雾滴覆盖密度为18~41个/cm~2,变异系数为34%~75%,雾滴沉积量为42.1~52.4μg/cm~2。