基于LiDAR扫描的高地隙宽幅喷雾机变量施药系统研制

为提高甘蔗等高茎秆作物的机械化病虫害防治水平，解决普通喷雾机进地困难、农药用量大且利用率低等问题，该研究研制了一套基于三维LiDAR实时扫描的高地隙宽幅喷雾机变量施药系统。该系统搭载的喷雾机作业幅宽24 m、地隙1.35 m，喷杆喷雾高度在0.5～2.5 m可调。变量施药系统采用16线激光雷达传感器，对作物的三维信息实时探测，安装于机具后端的脉宽调制（PWM，Pulse-Width Modulation）控制器从CAN总线上获取喷雾机的速度信息并传递给计算机，采用Python控制程序，融合激光雷达数据与实时速度信息绘制喷雾量处方图并发送给PWM控制器。建立了作物冠层高度与施药量之间的数学模型，根据作物冠层所需要的喷雾量，由控制器控制电磁阀的开闭实现精准变量施药。系统组装完成后，在甘蔗地进行田间试验测试。结果显示：激光雷达能够准确识别甘蔗株高，最大识别误差为8.42%，最小识别误差为0.17%，平均误差为4.59%，激光雷达将识别到的株高信息准确传递给变量施药系统。变量系统开启后，喷雾机会根据株高变化实时改变喷雾量，雾滴沉积密度满足相关标准要求。在变量施药条件下，植株上中下3层的雾滴沉积密度变异系数均小于15%，满足喷雾机(器)作业质量标准要求，机具整体作业性能良好。变量施药时布样区施药总量为56.43 L, 相比常量施药的施药总量78.96 L，减少农药用量22.53 L，减幅28.5%。该研究可为高茎秆作物病虫害高效精准防治提供新的思路和方法，为新型精准变量施药机械的结构设计和高效施药技术性能优化提供参考。

Development of variable-rate spraying system for high clearance wide boom sprayer based on LiDAR scanning