發(fā)布時(shí)間：2020-05-05 16:12

【摘要】：精準(zhǔn)變量追肥在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中起著舉足輕重的作用,但植保無人機(jī)變量噴灑技術(shù)還未成熟,且在追加葉面液態(tài)肥方面的應(yīng)用研究相對(duì)較少。本文以實(shí)現(xiàn)基于多旋翼無人機(jī)的油菜變量追肥技術(shù)為目標(biāo),利用低空遙感信息獲取技術(shù),對(duì)變量施肥涉及到的田間作物信息獲取、信息處理、決策分析、植保機(jī)選型與參數(shù)優(yōu)化、田間變量實(shí)施與評(píng)價(jià)這五個(gè)主要技術(shù)環(huán)節(jié)展開了研究,主要成果包括:(1)研究了葉片表面和噴施液體的物理性質(zhì)以及兩者之間的相互作用。通過葉片掃描電鏡圖發(fā)現(xiàn)葉片反面的氣孔密度大約是正面的1.5倍。氣孔密度越大,越有利于葉面肥發(fā)揮作用,是實(shí)際作業(yè)中一個(gè)重要的效果評(píng)價(jià)指標(biāo);通過正交試驗(yàn)和單因素試驗(yàn)分析了葉片位置、噴施液體種類和濃度、助劑濃度、液滴大小和接觸瞬間速度等因素對(duì)液滴潤(rùn)濕葉片時(shí)接觸角的變化,結(jié)果表明,影響液體潤(rùn)濕葉片性能的最主要因素為是否添加助劑。經(jīng)過試驗(yàn),推薦植物油助劑使用濃度范圍為:4‰~1%;在實(shí)際作業(yè)中,應(yīng)盡量選擇噴出霧滴初速度較高的噴嘴及作業(yè)參數(shù),使液滴在接觸葉片時(shí)的速度高于1.55 m/s,從而使液滴達(dá)到最佳的潤(rùn)濕性能。(2)開展了田間油菜氮素診斷并創(chuàng)新性地提出了一種作業(yè)處方圖生成算法。利用無人機(jī)遙感平臺(tái)獲取的RGB和多光譜圖像對(duì)油菜蕾薹期冠層氮素預(yù)測(cè),得到的決定系數(shù)R~2=0.88。對(duì)冠層氮素預(yù)測(cè)圖進(jìn)行灰度化處理、提取作業(yè)區(qū)域、確定變量作業(yè)精度后確定了追肥需求。經(jīng)過坐標(biāo)系變換,導(dǎo)航位置信息處理,使得運(yùn)算環(huán)節(jié)大大減少,整套自動(dòng)變量控制系統(tǒng)的變量響應(yīng)時(shí)間不大于200 ms。(3)設(shè)計(jì)了機(jī)載噴施裝置。選用浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究所自主研發(fā)的八旋翼無人機(jī),將Arduino UNO R3作為控制器,采用PWM(Pulse Width Modulation,PWM)技術(shù)輸出控制的方式對(duì)隔膜無刷水泵進(jìn)行變量控制;綜合對(duì)比霧滴粒徑大小、空間分布情況、運(yùn)動(dòng)速度以及噴霧潤(rùn)濕性,選擇型號(hào)Lechler品牌的IDK12002氣吸型扇形噴嘴作為田間實(shí)際應(yīng)用噴嘴。Lechler品牌的IDK12002噴嘴霧滴體積中徑約為250μm,適合較大霧滴施肥噴施作業(yè),噴嘴防漂移性能較佳。(4)對(duì)設(shè)計(jì)的八旋翼自動(dòng)變量噴灑植保無人機(jī)進(jìn)行了變量噴灑作業(yè)并對(duì)作業(yè)效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析,開發(fā)了適用于植保無人機(jī)噴灑作業(yè)的水敏紙圖像分析軟件“Droplet Analysis”,并比較了幾種噴霧評(píng)價(jià)參數(shù)的結(jié)果。結(jié)果表明,沉積量可準(zhǔn)確地定量評(píng)價(jià)植保無人機(jī)變量噴灑作業(yè)效果;檢測(cè)中無論是冠層還是底部的葉片,其反面都有較好的噴霧沉積,這得益于IDK12002噴嘴良好的穿透能力。對(duì)比實(shí)際畝用量和設(shè)置畝用量,變量控制的最大誤差為1.75%,可以基本判定本研究設(shè)計(jì)的八旋翼自動(dòng)變量噴灑植保無人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)自主變量噴灑作業(yè),達(dá)到精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的需求。
【圖文】：

液體選擇采用浙大 630 油菜品種，在室外正常培養(yǎng)，當(dāng)?shù)闹仓�，每株取相同葉位的葉片，取葉片兩實(shí)驗(yàn)噴灑液體采用民和新狀態(tài)葉面肥和以色液態(tài)肥料，主要成分均為氮磷鉀，根據(jù)各肥，分別是：0.02，0.06，，0.1。助劑選用植物表面上的接觸角是衡量該液體對(duì)材料表面潤(rùn)相交點(diǎn)處所作的氣-液界面的切線，此切線在圖 2.1 中所示。本試驗(yàn)檢測(cè)儀器采用德國(guó) ，采用座滴法測(cè)量靜態(tài)接觸角。圖 2.1 所示°。

（a）培養(yǎng)箱外觀 (b) 油菜擺放與風(fēng)力配置(a) Appearance of incubator (b) Layout of rapeseed and wind distribution圖 2.2 人工氣候培養(yǎng)箱Figure 2.2 Artificial climate incubator力傳感器驗(yàn)中選用 PEAKMETER 品牌 PM6252B 風(fēng)速儀，如圖 2.3，風(fēng)速 m/s，精度：±2%，分辨率 0.01 m/s。本儀器兼具測(cè)量溫度、濕度功能-20~60 ℃，精度為±0.8 ℃，分辨率 0.1 ℃。濕度測(cè)量范圍:（20~80）%，分辨率為 0.1 % RH。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S565.4

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