七項(xiàng)智慧農(nóng)業(yè)智能植保機(jī)械與施藥技術(shù)科研進(jìn)展

在智慧農(nóng)業(yè)的科研方面，涉及多項(xiàng)現(xiàn)代化技術(shù)，本文整理了智能植保機(jī)械與施藥技術(shù)專題的科研論文，內(nèi)容包含植保無(wú)人機(jī)施藥、無(wú)人機(jī)農(nóng)林業(yè)應(yīng)用、葉面積密度參數(shù)噴霧控制等科研進(jìn)展，深入了解農(nóng)業(yè)科研前沿創(chuàng)新現(xiàn)狀。

一、植保無(wú)人機(jī)施藥數(shù)值建模關(guān)鍵技術(shù)與驗(yàn)證方法研究進(jìn)展

科研機(jī)構(gòu)：國(guó)家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術(shù)研究中心、北京市農(nóng)林科學(xué)院智能裝備技術(shù)研究中心、國(guó)家農(nóng)業(yè)航空應(yīng)用技術(shù)國(guó)際聯(lián)合研究中心

針對(duì)植保無(wú)人機(jī)下洗風(fēng)場(chǎng)演化及其作用下，各方法的優(yōu)勢(shì)、缺陷、適用范圍及驗(yàn)證手段仍缺乏系統(tǒng)梳理的現(xiàn)狀。該團(tuán)隊(duì)針對(duì)無(wú)粘模型、計(jì)算流體力學(xué)模型及格子玻爾茲曼模型分別開(kāi)展論述。

從算法模型、應(yīng)用環(huán)境等角度，認(rèn)識(shí)其在功能多樣性和完備性上還存在不足。上述數(shù)值模型精度還需綜合運(yùn)用田間試驗(yàn)及室內(nèi)試驗(yàn)，如高速粒子圖像測(cè)速或相位多普勒測(cè)速方法進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化。并提出了未來(lái)植保無(wú)人機(jī)施藥模擬及驗(yàn)證方法發(fā)展方向。

二、無(wú)人機(jī)農(nóng)林業(yè)應(yīng)用全球研究態(tài)勢(shì)分析

科研機(jī)構(gòu)：國(guó)家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術(shù)研究中心、北京市農(nóng)林科學(xué)院智能裝備技術(shù)研究中心、國(guó)家農(nóng)業(yè)航空應(yīng)用技術(shù)國(guó)際聯(lián)合研究中心

為掌握無(wú)人機(jī)農(nóng)林應(yīng)用全球研究態(tài)勢(shì)，該團(tuán)隊(duì)研究采集2011—2020年期間Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫(kù)中無(wú)人機(jī)農(nóng)林應(yīng)用全球研究相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，利用VOSviewer等統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行科學(xué)計(jì)量分析。

分析結(jié)果表明，自2017年開(kāi)始，無(wú)人機(jī)農(nóng)林業(yè)應(yīng)用研究發(fā)文數(shù)量快速增加，發(fā)文量排名前三位的國(guó)家依次是美國(guó)、中國(guó)和澳大利亞;共有398種期刊發(fā)表了有關(guān)無(wú)人機(jī)農(nóng)林業(yè)應(yīng)用研究文章，約占全部收錄期刊的1.90%;被引次數(shù)最多的文章內(nèi)容主要是關(guān)注無(wú)人機(jī)系統(tǒng)在攝影測(cè)量和遙感上的傳感、導(dǎo)航、定位和通用數(shù)據(jù)處理等的研究現(xiàn)狀。

此外，對(duì)無(wú)人機(jī)農(nóng)林業(yè)應(yīng)用研究熱點(diǎn)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，無(wú)人機(jī)施藥、無(wú)人機(jī)病蟲(chóng)害遙感、植物表型獲取是無(wú)人機(jī)農(nóng)林業(yè)應(yīng)用的主要研究熱點(diǎn)。為無(wú)人機(jī)在農(nóng)林業(yè)上的創(chuàng)新研究、科研團(tuán)隊(duì)之間的合作提供參考。

三、冬小麥田植保無(wú)人飛機(jī)噴施除草劑霧滴粒徑及沉積飄移分布特性評(píng)估

科研機(jī)構(gòu)：山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院、山東省農(nóng)業(yè)航空智能裝備工程技術(shù)研究中心、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)電子工程學(xué)院/人工智能學(xué)院

為明確除草劑溶液對(duì)霧滴粒徑的影響，及植保無(wú)人飛機(jī)噴施除草劑霧滴沉積飄移分布特性，該團(tuán)隊(duì)研究通過(guò)室內(nèi)霧化室測(cè)定了植保無(wú)人飛機(jī)安裝的離心轉(zhuǎn)盤(pán)霧化噴頭噴灑清水，及常用的15種麥田除草劑溶液的霧滴粒徑分布，并通過(guò)田間試驗(yàn)在藥箱中添加熒光示蹤劑(60 g/hm2)測(cè)定噴施作業(yè)區(qū)和漂移區(qū)的霧滴沉積量分布。

結(jié)果表明，與清水相比，除草劑溶液對(duì)霧滴粒徑影響顯著。對(duì)漂移區(qū)沉積量與飄移距離、側(cè)風(fēng)風(fēng)速擬合，結(jié)果表明下風(fēng)向沉積量與風(fēng)速成正比。為植保無(wú)人飛機(jī)冬麥田不同風(fēng)速作業(yè)下的霧滴飄移距離提供數(shù)據(jù)支持，為噴霧飄移緩沖帶、飄移風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供依據(jù)。

四、植保無(wú)人機(jī)飛防助劑與殺蟲(chóng)劑的混配方式對(duì)二化螟防治效果影響研究

科研機(jī)構(gòu)：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院/廣東省農(nóng)業(yè)航空應(yīng)用工程技術(shù)研究中心、廣東省農(nóng)業(yè)人工智能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)航空施藥技術(shù)國(guó)際聯(lián)合研究中心、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所/廣東省植保新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

為探究飛防助劑類型與殺蟲(chóng)劑的混配方式對(duì)水稻二化螟防治效果的影響，該團(tuán)隊(duì)研究以殺蟲(chóng)劑、飛防助劑、施藥液量為因素設(shè)計(jì)了3因素3水平的L9(34)正交試驗(yàn)，通過(guò)方差分析(ANOVA)方法對(duì)各因素的顯著性水平進(jìn)行了分析。

結(jié)果表明，在本研究的實(shí)驗(yàn)條件下，混配方式7 (0.8%魚(yú)藤酮SC、有機(jī)硅助劑和27 L/hm2施藥液量)具有較好的速效性與持效性，施藥后第14天的防效達(dá)81.45%;混配方式4 (5%氯蟲(chóng)苯甲酰胺SC、有機(jī)硅助劑和24 L/hm2施藥液量)持效性顯著，施藥后第14天的防效為79.30%。為防治水稻二化螟的藥液混配方式提供參考。

五、基于靶標(biāo)葉面積密度參數(shù)的變量噴霧控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與性能試驗(yàn)

科研機(jī)構(gòu)：江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)設(shè)施與裝備研究所、江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所

為達(dá)到果園施藥減量增效的效果，該團(tuán)隊(duì)研究開(kāi)發(fā)了一種變量噴霧控制系統(tǒng)，提出了葉面積密度參數(shù)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)脈寬調(diào)制占空比的計(jì)算方法。

結(jié)果表明：通過(guò)噴霧試驗(yàn)驗(yàn)證變量噴霧樣機(jī)的有效性，采樣點(diǎn)水敏紙上單位面積(cm2)最少霧滴個(gè)數(shù)為35滴，達(dá)到了有效噴霧效果;當(dāng)靶標(biāo)冠幅與總冠幅比為39.9%時(shí)，變量噴霧模式相比于連續(xù)恒定式噴霧省藥71.96%，相比于對(duì)靶開(kāi)關(guān)式噴霧省藥29.72%，達(dá)到了減量效果。

六、果園風(fēng)送噴霧機(jī)出風(fēng)口風(fēng)場(chǎng)CFD建模與實(shí)驗(yàn)

科研機(jī)構(gòu)：北京市農(nóng)林科學(xué)院智能裝備技術(shù)研究中心、國(guó)家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術(shù)研究中心、西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院

為探究適用塔式果園風(fēng)送噴霧機(jī)出風(fēng)口風(fēng)場(chǎng)建模方法，該團(tuán)隊(duì)研究基于噴霧機(jī)出風(fēng)口風(fēng)場(chǎng)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)建模方法。

結(jié)果表明，基于UDF分段式三維風(fēng)速入口邊界條件設(shè)置方法不僅提高了仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性(提高了5%)，而且降低了計(jì)算的復(fù)雜性。在其他參數(shù)設(shè)置相同的情況下，大尺寸計(jì)算域模型的性能略優(yōu)于小尺寸計(jì)算域。實(shí)際建模過(guò)程中建議根據(jù)計(jì)算機(jī)計(jì)算能力、仿真的實(shí)際要求設(shè)置合適的計(jì)算域尺寸。為噴霧機(jī)出風(fēng)口風(fēng)場(chǎng)CFD建模方法提供參考。

七、高地隙四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)噴霧機(jī)路徑跟蹤模型預(yù)測(cè)控制

科研機(jī)構(gòu)：江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院

針對(duì)傳統(tǒng)燃油驅(qū)動(dòng)、前輪轉(zhuǎn)向的高地隙噴霧機(jī)傳動(dòng)效率低、碳排放高、環(huán)境污染、智能化水平低、靈活性差等問(wèn)題，江蘇大學(xué)研究提出了一種適用于無(wú)人駕駛的高地隙四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)噴霧機(jī)。

采用Adams/Matlab的聯(lián)合仿真結(jié)果表明，在復(fù)雜的工況條件下，噴霧機(jī)驅(qū)動(dòng)輪的滑移率依然控制在±20%之內(nèi)，防止驅(qū)動(dòng)輪發(fā)生過(guò)度滑移對(duì)車(chē)速和轉(zhuǎn)向角產(chǎn)生不良影響，有利于噴霧機(jī)穩(wěn)定性的提升。該噴霧機(jī)能夠快速準(zhǔn)確地跟蹤期望路徑，與未考慮驅(qū)動(dòng)輪滑移的控制相比，能夠適應(yīng)更加復(fù)雜的工作環(huán)境，跟蹤精度有明顯提升。

審核編輯黃宇