【摘要】：化學(xué)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(jī)的連續(xù)噴霧作業(yè)方式將造成大量農(nóng)藥浪費(fèi)以及農(nóng)藥殘留,同時(shí)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。果園精準(zhǔn)施藥技術(shù)能夠大幅度提高農(nóng)藥利用率,是解決這一矛盾的重要途徑。為達(dá)到化學(xué)農(nóng)藥減施增效的目的,本文對(duì)果園精準(zhǔn)施藥的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,實(shí)現(xiàn)了基于二維激光雷達(dá)的果園對(duì)靶變量噴藥作業(yè),對(duì)提高果園施藥技術(shù)水平具有重要意義。主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)論如下:1.提出了果樹冠層網(wǎng)格劃分方法以及網(wǎng)格化體積模型,并分析了二維激光雷達(dá)的探測(cè)角度誤差對(duì)網(wǎng)格體積計(jì)算精度的影響�；诙S激光雷達(dá)探測(cè)技術(shù)提出了果樹冠層在線探測(cè)方法,并分別進(jìn)行了規(guī)則物體及果樹冠層的網(wǎng)格體積在線探測(cè)試驗(yàn)。規(guī)則物體探測(cè)試驗(yàn)結(jié)果顯示長(zhǎng)方體、三棱柱及圓柱體等三種規(guī)則物體網(wǎng)格體積最大探測(cè)誤差分別為3.3%,7.9%和9.4%。在不同探測(cè)速度下各規(guī)則物體總體積最大相對(duì)誤差為5%,具有較高的探測(cè)精度。對(duì)發(fā)芽期以及茂盛期兩種不同樹冠密度的海棠樹探測(cè)試驗(yàn)結(jié)果顯示:根據(jù)網(wǎng)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(cè)高度及檢測(cè)距離在一定范圍內(nèi)變化時(shí),總體積檢測(cè)結(jié)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(shù)分別為0.058與0.017。試驗(yàn)結(jié)果表明該探測(cè)方法能夠適用于不同樹行間距的果樹探測(cè)。在探測(cè)速度分別為1.5、3.0以及4.5km/h時(shí),針葉型仿真樹以及蘋果幼樹冠層的總體積計(jì)算結(jié)果能夠保持一致,但隨著網(wǎng)格寬度的增大,總體積的標(biāo)準(zhǔn)差逐漸增大。該結(jié)果表明所提出的探測(cè)方法不受探測(cè)速度的影響,果樹冠層的探測(cè)精度及穩(wěn)定性隨著二維激光雷達(dá)掃描間距的增大而有所降低。在不同探測(cè)速度及網(wǎng)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(shù)分別為0.078及0.041,表明該探測(cè)方法具有較高的探測(cè)精度,能夠穩(wěn)定地獲取樹冠網(wǎng)格體積,為變量噴藥模型提供可靠的理論依據(jù)。2.提出了變量噴藥模型以及基于PWM控制的施藥數(shù)據(jù)計(jì)算方法�；谠隽渴絇ID控制設(shè)計(jì)了恒壓噴霧系統(tǒng),分別在恒壓噴霧系統(tǒng)以及噴藥機(jī)噴霧系統(tǒng)中進(jìn)行了基于PWM控制的噴頭流量標(biāo)定試驗(yàn)。結(jié)果表明在不同的系統(tǒng)壓力下,在10%～60%的PWM占空比范圍內(nèi)所使用的噴藥機(jī)噴頭流量與占空比呈現(xiàn)出較好的線性關(guān)系;在60%～90%范圍內(nèi),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(diào)節(jié)功能。同時(shí),在噴藥機(jī)噴霧系統(tǒng)中,隨著噴頭安裝高度以及管路長(zhǎng)度的增加,噴頭流量的調(diào)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(zhǔn)確性,為噴頭流量控制提供依據(jù)。通過分析液體管路沿程壓力損失,提出了變量噴藥機(jī)中電磁閥安裝方式的優(yōu)化方案,即應(yīng)當(dāng)盡量縮短噴頭與電磁閥之間的管路長(zhǎng)度,減少沿程壓力損失,獲得最優(yōu)的噴頭流量調(diào)節(jié)范圍。3.設(shè)計(jì)了基于二維激光雷達(dá)的果園對(duì)靶變量噴藥控制系統(tǒng)以及噴藥機(jī)樣機(jī)。為了消除行駛速度對(duì)于對(duì)靶噴藥控制精度的影響,提出了對(duì)靶噴藥控制方法。對(duì)靶噴藥控制精度試驗(yàn)結(jié)果顯示:對(duì)靶噴藥距離誤差隨網(wǎng)格寬度的增大而變大;當(dāng)二維激光雷達(dá)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(shí),噴藥機(jī)的對(duì)靶噴藥位置誤差范圍分別保持一致。結(jié)果表明在正常的作業(yè)速度范圍內(nèi),對(duì)靶噴藥控制精度不受行駛速度的影響。在二維激光雷達(dá)的掃描間距為210mm的探測(cè)方式下,通過增加延時(shí)噴藥距離補(bǔ)償?shù)姆绞接行У貙?duì)靶噴藥誤差范圍減小到-35mm至35mm之間,表明該對(duì)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(yàn)研究網(wǎng)格寬度對(duì)霧滴沉積特性的影響。試驗(yàn)結(jié)果顯示,變量噴藥機(jī)能夠根據(jù)冠層網(wǎng)格體積實(shí)現(xiàn)變量噴藥,但隨著網(wǎng)格寬度增大,霧滴覆蓋率的均勻性不斷下降。實(shí)際作業(yè)中需要根據(jù)作業(yè)速度對(duì)網(wǎng)格寬度進(jìn)行合理的設(shè)定,即在保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上,通過減小網(wǎng)格寬度來提高霧滴覆蓋率均勻性。同時(shí),通過在不同速度下的噴藥試驗(yàn)研究噴藥機(jī)作業(yè)速度對(duì)霧滴沉積特性的影響。試驗(yàn)結(jié)果顯示,當(dāng)網(wǎng)格寬度為0.21m時(shí),對(duì)于果樹寬度為1.3m的果樹,變量噴藥機(jī)能夠結(jié)合樹冠網(wǎng)格體積及作業(yè)速度進(jìn)行變量噴藥,較好地保證總體施藥量的均勻性;對(duì)于果樹寬度為2.4m的果樹,變量噴藥機(jī)對(duì)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(fēng)送噴藥機(jī)相比,在不同作業(yè)方式下,變量噴藥機(jī)對(duì)果樹各位置處以及樹間無樹冠位置處產(chǎn)生的霧滴覆蓋率均明顯低于常規(guī)噴藥機(jī),表明該變量噴藥機(jī)在滿足果園病蟲害防治要求的基礎(chǔ)上能夠有效地減少過量噴藥,提高農(nóng)藥利用率。
【圖文】：

果園生產(chǎn)作業(yè)中最主要的管理作業(yè)是病蟲害的化學(xué)防治，據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，果樹在一年內(nèi)要噴施逡逑農(nóng)藥８？１５次Ｗ。然而目前國(guó)內(nèi)植保機(jī)械與施藥技術(shù)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(jī)作業(yè)時(shí)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(jìn)行噴藥。使用這種粗放的施藥方式使得農(nóng)藥利用率及作業(yè)效率都非常低，逡逑果樹枝葉上的農(nóng)藥沉積率只有１５％？２０％，即使噴霧機(jī)噴灑出去的農(nóng)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(xì)小農(nóng)藥?kù)F滴會(huì)隨氣流飄移至非施藥目標(biāo)區(qū)域農(nóng)藥飄逡逑移至作業(yè)區(qū)域以外，不僅會(huì)造成農(nóng)藥及水資源的浪費(fèi)，降低對(duì)病蟲害的防治效果，而且會(huì)嚴(yán)重污逡逑染環(huán)境；同時(shí)經(jīng)過過量施藥的農(nóng)產(chǎn)品中，農(nóng)藥殘留量超標(biāo)，一方面將嚴(yán)重危害人們的身體健康，逡逑另一方面將影響中國(guó)農(nóng)產(chǎn)品的出口及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展【７，邋８］。隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)不斷逡逑增強(qiáng)，以及對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全要求的不斷提高，相對(duì)落后的果園施藥作業(yè)方式己成為制約現(xiàn)代逡逑化果園發(fā)展的重要因素。總結(jié)來看

Ｃｈｅｎ邋Ｙｕ等首先將二維激光雷達(dá)集成到果園風(fēng)送式噴藥機(jī)上進(jìn)行了對(duì)靶變量噴藥研究，逡逑提出了網(wǎng)格體積計(jì)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(shí)現(xiàn)了單側(cè)果樹樹冠網(wǎng)格化體積的探測(cè)以及對(duì)靶變量噴藥。后續(xù)對(duì)逡逑霧滴沉積以及漂移的檢測(cè)試驗(yàn)中，對(duì)果樹不同位置、株間及地表的藥物沉積進(jìn)行測(cè)定。試驗(yàn)結(jié)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(jī)未安裝速度傳感器，變量施藥模型不能根據(jù)作業(yè)速度進(jìn)行改變，，噴藥機(jī)需要按逡逑設(shè)定的速度運(yùn)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(dá)的風(fēng)送式變量噴藥機(jī)樣機(jī)逡逑Ｌｉｕ邋Ｈｕｉ等［７８－８（）］使用２７０。探測(cè)范圍的二維激光雷達(dá)搭載于變量噴藥機(jī)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)樹行兩側(cè)果逡逑樹的同時(shí)探測(cè)，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(dá)速度傳感器實(shí)時(shí)獲取噴藥逡逑機(jī)速度。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著噴藥機(jī)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(jī)能夠節(jié)省５０％以上的噴藥量。隨著變量噴藥機(jī)的不斷完善，逡逑Ｚｈｕ邋Ｈｅｐｉｎｇ等［８１＃］將基于激光雷達(dá)的變量噴藥機(jī)與不同類型的傳統(tǒng)風(fēng)送式噴藥機(jī)進(jìn)行噴藥性能逡逑對(duì)比
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S491

【參考文獻(xiàn)】

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1 袁會(huì)珠;王國(guó)賓;;霧滴大小和覆蓋密度與農(nóng)藥防治效果的關(guān)系[J];植物保護(hù);2015年06期

2 胡培;張文愛;王秀;鄒偉;馬紀(jì)琴;李良;;基于激光傳感器檢測(cè)樹冠大小的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)[J];中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào);2015年05期

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4 陳滿;施印炎;汪小e

本文編號(hào)：2640904