对靶喷雾参数对雾滴沉积分布影响试验_杨会民.pdf

新疆农机化2023 年第 1 期文章编号：1007-7782（2023）01-0017-06对靶喷雾参数对雾滴沉积分布影响试验杨会民1,2，陈毅飞1，齐亚聪3，喻 晨1，杨征鹤3，王学农1,2（1.新疆农业科学院农业机械化研究所，新疆乌鲁木齐830091；2.农业农村部林果棉装备科学观测实验站；3.新疆农业大学机电工程学院）Test of influence of target spray sarameters on dropletdeposition distributionYang Huimin1,2,Chen Yifei1,Qi Yacong3,Yu Chen1,Yang Zhenghe3,Wang Xuenong1,2（1.AgriculturalMechanizationInstitute,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences,Urumqi,830091,Xinjiang,China;2.ScientificObservationandExperimentalStationofForest,FruitandCottonEquipment,MinistryofAgricultureandRuralAffairs;3.CollegeofMechanicalandElectri-calEngineering,XinjiangAgriculturalUniversity)Abstract:Under the condition of target spray,the spray mode changed from continuous to intermittent,and the sprinkler fre-quently opened and closed.The droplet distribution affected the position of the canopy.It is necessary to analyze the effect of dif-ferent spray parameters on the droplet distribution in the canopy of the target,so as to provide a theoretical basis for the verifica-tion and improvement of the overall performance of the target spraying robot.The experiment used automatic target sprayingrobot,using target and continuous two spray methods,choosing 0.5 m/s,0.75 m/s,1 m/s driving speed and 0.3 m,0.4 m,0.5 mand 0.6 m crop gap size,comparing two spray methods under different canopy positions of fog droplet coverage rate.The effectsof different speeds and different crop clearances on the coverage and uniformity of droplets in different positions under differentspraying conditionswere analyzed.The continuousspray and the twotarget spraying methods were used to spray the same toma-toplant,and the dosage of the target was compared with the continuous mode.The experimental results show that the change ofvehicle speed has a great impact on the target spray mode.When the driving speed is 0.5 m/s,the average droplet coverage ratecanreach 58.4%,and whenthe speed increasesto1.0 m/s,itdropsto33%.Whenthe driving speed is 1 m/s and the gap size is 0.3m,the lidar can not identify the crop gap,which results in the larger droplet coverage on both sides of the canopy,and the changetrend of droplet coverage is relatively stable with the increase of the gap;The coverage of the front canopy droplets under targetspray is smaller than that under continuous spray,and the po-sition of the canopy is basically the same.In the tomato rowwith 40%and 33.3%void ratio,the drug saving rates were44.8%and 39.0%at 0.5m/s,and 47.5%and 40.8%at 1 m/s.The target spray can automatically close the sprinkler in thegap position of the crops,effectively reduce the waste ofdrugs,and drive speed more effectively than the continuousway.Therefore,in the actual operation,we should choose the摘 要：在对靶喷雾状态下，喷雾方式由连续转变为间歇，喷头频繁开闭会影响冠层位置的雾滴分布，分析对靶喷雾状态下不同喷雾参数对作物冠层雾滴分布的影响，为验证并完善对靶喷雾机器人整体性能提供理论依据。试验使用自动对靶喷雾机器人，采用对靶与连续两种喷雾方式，选择0.5m/s、0.75m/s、1.0m/s的行驶速度与0.3m、0.4m、0.5m、0.6m的作物间隙大小，对两种喷雾方式下不同冠层位置的雾滴覆盖率进行对比，分析不同行驶速度与不同作物间隙对对靶喷雾状态下不同位置冠层雾滴覆盖率及均匀性的影响。采用连续与对靶两种喷雾方式对相同番茄作物行进行喷雾，通过测量药液使用量来获取对靶方式相对于连续方式下的省药率。试验结果表明，行驶速度变化对对靶喷雾方式影响较大，当行驶速度在0.5m/s时，平均雾滴覆盖率可达58.4%，当速度增大到1.0m/s时下降到33%；当行驶速度为1m/s、间隙大小为0.3m时，激光雷达无法识别此作物间隙从而造成两侧冠层雾滴覆盖率较大，随着间隙的增大雾滴覆盖率变化趋势相对平稳；对靶喷雾下的前冠层雾滴覆盖率较小于连续喷雾状态下的雾滴覆盖率，在中后冠层位置能够保持基本一致。在空隙比为40%和33.3%的番茄作物行中，在0.5m/s的行驶速度下省药率为44.8%和39.0%，在1m/s时省药率为47.5%和40.8%。对靶喷雾能够在作物间隙位置自主关闭喷头，有效减少药物浪费，行驶速度相比连续方式对其影响更大，因此在实际作业中应根据作物的种植密度来选择合适的行驶速度和作物检测范围，以提高冠层雾滴覆盖率。关键词：对靶；行驶速度；作物间隙；雾滴覆盖率；省药率修回日期：2022-10-24基金项目：自治区重大专项课题（2022A02005-5）；新疆设施农业智能管控技术重点实验室（XJYS1703）；新疆农科院自主培育项目（nkyzztd-003）；新疆农业科学院青年科技骨干创新能力培养项目（xjnkq-2023026）通讯作者：王学农doi:10.13620/ki.issn1007-7782.2023.01.005中图分类号:S499文献标识码：A 开发研究 17新疆农机化2023 年第 1 期0引言我国农药的有效利用率较低，导致土地、水源中农药残留过高，造成了食品安全问题，使用对靶喷雾技术减少了农药浪费，消除了作业过程中对人体产生的危害。对靶喷雾状态下，喷雾方式由连续转变为间歇，受行驶速度、作物间隙及探测系统延时等因素影响，需分析不同作物冠层位置雾滴覆盖率变化规律，为完善对靶喷雾整体性能，确保最佳喷雾效果的同时解决农药过量喷洒带来的污染等问题，应将连续喷雾转变为对靶喷雾1-2。国内外学者对连续喷雾状态下的雾滴分布特性、雾滴漂移率等相关参数进行了试验研究，为农药使用提供了技术支持3-6。在对靶喷雾状态下，连续施药转变为间歇施药7-10，探测系统延时导致的迟滞喷雾11-12会影响冠层不同位置的雾滴覆盖率，同时对靶状态下不同对靶喷雾参数对作物不同冠层位置的雾滴沉积分布影响相关研究较少13。Giles等14-16基于机器视觉引导和可调喷嘴的精密带式喷药方式进行对靶喷雾，在目标植物上的喷雾沉积效率可提高2.53.7倍，在土壤上的非目标喷雾沉积减少了7290。何雄奎等17利用红外探测配合静电喷雾技术提高雾滴在作物冠层的雾滴覆盖率与均匀性。许林云等18利用自动对靶喷雾机分析对靶探测系统延迟并进行时间补偿，并与连续喷雾进行对比，获取对靶状态下的农药节省率。贾卫东等19使用果园对靶喷雾机在对靶状态下针对不同喷雾参数对冠层进行喷雾，并与连续喷雾进行对比，获取雾滴沉积分布特点。本研究采用自动对靶喷雾机器人在温室环境中选择不同行驶速度、不同作物间隙大小获取不同冠层位置的雾滴覆盖率情况。通过分析对靶喷雾状态下不同行驶速度、不同作物间隙大小情况下不同冠层位置的雾滴分布特点，获取对靶喷雾方式相较于连续喷雾方式的省药率。1材料与方法1.1仪器与设备试验选择新疆农业科学院农业机械化研究所研制的自动对靶喷雾机器人，该机器人主要通过激光雷达检测设定范围作物的有无，实时控制两侧电磁阀的启停以达到对靶喷雾的目的。喷雾机器人能够在作物间隙位置停止喷雾，从而减少温室环境中的药物浪费。该机器人采用激光雷达，在ROS机器人系统中使用SLAM（同步定位与地图构建）技术，在作物行进中建图后设置路线，机器人便会按照设定的路线图行走，从而减少人为干预，避免农药对人体健康造成损害，其整体结构如图1。图1对靶喷雾机器人整体结构示意1.横流风机2.液路系统3.喷头4.整机支架5.泵6.电磁阀7.底盘部分8.电池仓9.控制柜10.激光雷达11.药桶1.2试验材料试验在新疆农业科学院农业机械化研究所连栋温室内进行，为方便调整靶标作物间隙，选择盆栽番茄植株，生长期约90d，高度约1.7m。1.3试验内容1.3.1 不同对靶喷雾参数对雾滴覆盖率的影响在对靶与连续两种喷雾方式下，作物冠层雾滴覆盖率会随着行驶速度的变化而发生变化，但在对靶方式下由于探测系统延迟，会影响冠层位置的雾滴覆盖情况。在连续喷雾方式下，间隙不同对作物不同冠层位置的雾滴覆盖率没有影响，但在对靶喷雾方式中喷雾方式由连续转变为间歇，作物间隙较小可能会导致激光雷达无法识别从而造成无效喷雾，若激光雷达设定的探测角度较小，则又会造成喷雾单元在较小的作物间隙中频繁开闭，导致作物冠层雾滴分布不均，喷雾效果较差。本次试验激光雷达设置左右各15的检测范围，探测作物冠层距离设置为1m，当有作物在检测范围内时喷雾单元开启，对作物