【摘要】：化學防治是植保作業(yè)中防治病蟲害的主要方法,傳統(tǒng)噴藥機的連續(xù)噴霧作業(yè)方式將造成大量農藥浪費以及農藥殘留,同時對環(huán)境造成嚴重污染。果園精準施藥技術能夠大幅度提高農藥利用率,是解決這一矛盾的重要途徑。為達到化學農藥減施增效的目的,本文對果園精準施藥的關鍵技術進行研究,實現了基于二維激光雷達的果園對靶變量噴藥作業(yè),對提高果園施藥技術水平具有重要意義。主要研究內容與結論如下:1.提出了果樹冠層網格劃分方法以及網格化體積模型,并分析了二維激光雷達的探測角度誤差對網格體積計算精度的影響�；诙S激光雷達探測技術提出了果樹冠層在線探測方法,并分別進行了規(guī)則物體及果樹冠層的網格體積在線探測試驗。規(guī)則物體探測試驗結果顯示長方體、三棱柱及圓柱體等三種規(guī)則物體網格體積最大探測誤差分別為3.3%,7.9%和9.4%。在不同探測速度下各規(guī)則物體總體積最大相對誤差為5%,具有較高的探測精度。對發(fā)芽期以及茂盛期兩種不同樹冠密度的海棠樹探測試驗結果顯示:根據網格體積的三維重建模型均能夠較好地反映出樹冠外形特征;檢測高度及檢測距離在一定范圍內變化時,總體積檢測結果均能保持較好的一致性,兩種海棠樹的總體積最大變異系數分別為0.058與0.017。試驗結果表明該探測方法能夠適用于不同樹行間距的果樹探測。在探測速度分別為1.5、3.0以及4.5km/h時,針葉型仿真樹以及蘋果幼樹冠層的總體積計算結果能夠保持一致,但隨著網格寬度的增大,總體積的標準差逐漸增大。該結果表明所提出的探測方法不受探測速度的影響,果樹冠層的探測精度及穩(wěn)定性隨著二維激光雷達掃描間距的增大而有所降低。在不同探測速度及網格寬度條件下,針葉型仿真樹以及蘋果幼樹兩種樹形的總體積最大變異系數分別為0.078及0.041,表明該探測方法具有較高的探測精度,能夠穩(wěn)定地獲取樹冠網格體積,為變量噴藥模型提供可靠的理論依據。2.提出了變量噴藥模型以及基于PWM控制的施藥數據計算方法�；谠隽渴絇ID控制設計了恒壓噴霧系統(tǒng),分別在恒壓噴霧系統(tǒng)以及噴藥機噴霧系統(tǒng)中進行了基于PWM控制的噴頭流量標定試驗。結果表明在不同的系統(tǒng)壓力下,在10%～60%的PWM占空比范圍內所使用的噴藥機噴頭流量與占空比呈現出較好的線性關系;在60%～90%范圍內,雖然電磁閥能夠頻繁開閉,但噴頭流量保持不變,失去了流量調節(jié)功能。同時,在噴藥機噴霧系統(tǒng)中,隨著噴頭安裝高度以及管路長度的增加,噴頭流量的調節(jié)范圍逐漸變小。按照噴頭流量變化規(guī)律分組建立了噴頭流量模型以保證施藥量的準確性,為噴頭流量控制提供依據。通過分析液體管路沿程壓力損失,提出了變量噴藥機中電磁閥安裝方式的優(yōu)化方案,即應當盡量縮短噴頭與電磁閥之間的管路長度,減少沿程壓力損失,獲得最優(yōu)的噴頭流量調節(jié)范圍。3.設計了基于二維激光雷達的果園對靶變量噴藥控制系統(tǒng)以及噴藥機樣機。為了消除行駛速度對于對靶噴藥控制精度的影響,提出了對靶噴藥控制方法。對靶噴藥控制精度試驗結果顯示:對靶噴藥距離誤差隨網格寬度的增大而變大;當二維激光雷達的掃描間距確定后,在行駛速度分別為1.0、1.5以及2.0m/s時,噴藥機的對靶噴藥位置誤差范圍分別保持一致。結果表明在正常的作業(yè)速度范圍內,對靶噴藥控制精度不受行駛速度的影響。在二維激光雷達的掃描間距為210mm的探測方式下,通過增加延時噴藥距離補償的方式有效地將對靶噴藥誤差范圍減小到-35mm至35mm之間,表明該對靶噴藥控制方法具有較高的控制精度。4.通過在不同掃描間距條件下的噴藥試驗研究網格寬度對霧滴沉積特性的影響。試驗結果顯示,變量噴藥機能夠根據冠層網格體積實現變量噴藥,但隨著網格寬度增大,霧滴覆蓋率的均勻性不斷下降。實際作業(yè)中需要根據作業(yè)速度對網格寬度進行合理的設定,即在保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎上,通過減小網格寬度來提高霧滴覆蓋率均勻性。同時,通過在不同速度下的噴藥試驗研究噴藥機作業(yè)速度對霧滴沉積特性的影響。試驗結果顯示,當網格寬度為0.21m時,對于果樹寬度為1.3m的果樹,變量噴藥機能夠結合樹冠網格體積及作業(yè)速度進行變量噴藥,較好地保證總體施藥量的均勻性;對于果樹寬度為2.4m的果樹,變量噴藥機對果樹的總體施藥量隨著作業(yè)速度的增大而降低。與常規(guī)風送噴藥機相比,在不同作業(yè)方式下,變量噴藥機對果樹各位置處以及樹間無樹冠位置處產生的霧滴覆蓋率均明顯低于常規(guī)噴藥機,表明該變量噴藥機在滿足果園病蟲害防治要求的基礎上能夠有效地減少過量噴藥,提高農藥利用率。
【圖文】：

果園生產作業(yè)中最主要的管理作業(yè)是病蟲害的化學防治，據統(tǒng)計顯示，果樹在一年內要噴施逡逑農藥８？１５次Ｗ。然而目前國內植保機械與施藥技術方面的發(fā)展較為緩慢大面積防治作業(yè)常逡逑采用大容量淋洗式連續(xù)噴藥方式，如圖１－１所示，噴藥機作業(yè)時無視果樹種植模式及果樹間的差逡逑異性，按相同的噴藥量進行噴藥。使用這種粗放的施藥方式使得農藥利用率及作業(yè)效率都非常低，逡逑果樹枝葉上的農藥沉積率只有１５％？２０％，即使噴霧機噴灑出去的農藥中也僅約有２５％？５０％能逡逑在作物上沉積，大約２０％？３０％以上的細小農藥霧滴會隨氣流飄移至非施藥目標區(qū)域農藥飄逡逑移至作業(yè)區(qū)域以外，不僅會造成農藥及水資源的浪費，降低對病蟲害的防治效果，而且會嚴重污逡逑染環(huán)境；同時經過過量施藥的農產品中，農藥殘留量超標，一方面將嚴重危害人們的身體健康，逡逑另一方面將影響中國農產品的出口及農業(yè)生產的可持續(xù)發(fā)展【７，邋８］。隨著人們對環(huán)境保護意識不斷逡逑增強，以及對農產品質量與安全要求的不斷提高，相對落后的果園施藥作業(yè)方式己成為制約現代逡逑化果園發(fā)展的重要因素�？偨Y來看

Ｃｈｅｎ邋Ｙｕ等首先將二維激光雷達集成到果園風送式噴藥機上進行了對靶變量噴藥研究，逡逑提出了網格體積計算模型以及變量施藥模型，將樹冠在高度方向上均勻劃分成２０等份，并將噴逡逑頭按組分布，如圖１－３所示，實現了單側果樹樹冠網格化體積的探測以及對靶變量噴藥。后續(xù)對逡逑霧滴沉積以及漂移的檢測試驗中，對果樹不同位置、株間及地表的藥物沉積進行測定。試驗結果逡逑表明，在不同的作業(yè)速度下，果樹噴藥覆蓋率的均勻性較好，有效降低了無果樹區(qū)域的藥量損失。逡逑然而，由于噴藥機未安裝速度傳感器，變量施藥模型不能根據作業(yè)速度進行改變，，噴藥機需要按逡逑設定的速度運行。逡逑Ｆｉｖｅ＞ｐｏｒｔ逡逑ｎｏｚｓｒｋｅ邋ｍａｎｉｉｏｌｄ逡逑ＰＷＭ逡逑ｓｏｌｅｎｏｉｄ邋＾－４＾．逡逑ｖａｌｖｅｓ邋、’．＇「ＴｆｃｌＴ逡逑圖１－３基于二維激光雷達的風送式變量噴藥機樣機逡逑Ｌｉｕ邋Ｈｕｉ等［７８－８（）］使用２７０。探測范圍的二維激光雷達搭載于變量噴藥機上實現了對樹行兩側果逡逑樹的同時探測，并開發(fā)了變量噴藥控制系統(tǒng)，使用高精度的多普勒雷達速度傳感器實時獲取噴藥逡逑機速度。試驗結果表明，隨著噴藥機作業(yè)速度的提高，霧滴沉積量以及覆蓋率均有所降低，與連逡逑續(xù)均勻噴藥方式相比，該變量噴藥機能夠節(jié)�。担埃ヒ陨系膰娝幜�。隨著變量噴藥機的不斷完善，逡逑Ｚｈｕ邋Ｈｅｐｉｎｇ等［８１＃］將基于激光雷達的變量噴藥機與不同類型的傳統(tǒng)風送式噴藥機進行噴藥性能逡逑對比
【學位授予單位】：中國農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S491

【參考文獻】

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1 袁會珠;王國賓;;霧滴大小和覆蓋密度與農藥防治效果的關系[J];植物保護;2015年06期

2 胡培;張文愛;王秀;鄒偉;馬紀琴;李良;;基于激光傳感器檢測樹冠大小的實驗平臺設計[J];中國農機化學報;2015年05期

3 翟長遠;楊碩;張波;李瀚哲;朱瑞祥;;支持故障報警的果園對靶變量排肥系統(tǒng)[J];農業(yè)機械學報;2015年10期

4 陳滿;施印炎;汪小e

本文編號：2640904