2021中國農(nóng)業(yè)農(nóng)村重大新裝備基于lidar探測的果園自動(dòng)仿形精準(zhǔn)變量噴霧機(jī)

新型農(nóng)機(jī) 讓“藥盡其用”不是夢

果樹噴霧進(jìn)行化學(xué)防治是當(dāng)今果園最普遍的植保方式，保證良好噴霧質(zhì)量的施藥是果園實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的有利保障，據(jù)統(tǒng)計(jì)，果園施藥作業(yè)的工作量約占果樹管理總工作量的30%左右，是最費(fèi)工時(shí)卻又非常重要的作業(yè)項(xiàng)目，施藥作業(yè)質(zhì)量效果會(huì)直接影響果品質(zhì)量及產(chǎn)量。

我國是水果生產(chǎn)及食用大國，果園種植面積已連續(xù)多年位居世界第一， 據(jù)國家官方數(shù)據(jù)顯示，2021年我國水果產(chǎn)量共計(jì)29611萬噸，果園種植面積達(dá)12962千公頃，農(nóng)村果園種植業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展為增加農(nóng)民收入、優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和加速新農(nóng)村建設(shè)做出了突出貢獻(xiàn)，目前，我國果園病蟲害防治手段仍以噴施化學(xué)農(nóng)藥為主，然而不可回避的現(xiàn)實(shí)是，當(dāng)前我國植保機(jī)械落后，農(nóng)藥有效利用率不足40%，造成農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留超標(biāo)、農(nóng)藥浪費(fèi)等問題。因此利用精準(zhǔn)施藥技術(shù)與新型變量噴霧機(jī)的優(yōu)化集成是我國植保領(lǐng)域未來的重點(diǎn)發(fā)展方向。

為進(jìn)一步提高農(nóng)藥利用率，提高果園噴霧機(jī)自動(dòng)化與精準(zhǔn)噴霧作業(yè)性能，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)藥械與施藥技術(shù)研究中心在多年研究探索的基礎(chǔ)上，成功研制出基于lidar（light detection and ranging，lidar激光掃描傳感器）探測的果園自動(dòng)仿形精準(zhǔn)變量噴霧機(jī)，突破了果樹不同部位冠層結(jié)構(gòu)與風(fēng)量和噴霧量難以匹配的難題，提高了農(nóng)藥有效利用率，降低了噴霧作業(yè)過程中農(nóng)藥霧滴飄移與流失，該機(jī)械被中國農(nóng)學(xué)會(huì)評(píng)為2021年中國農(nóng)業(yè)農(nóng)村重大新裝備之一。

（基于lidar探測的果園自動(dòng)仿形精準(zhǔn)變量噴霧機(jī)）

270°廣角掃描 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)仿形

果樹樹冠是一個(gè)立體空間的靶標(biāo)，冠層內(nèi)部結(jié)構(gòu)與邊界輪廓具有多邊無序的特點(diǎn)。不同生長期、不同部位的枝葉茂密程度與葉面積指數(shù)并不相同，最理想的施藥效果是噴霧機(jī)輸出的風(fēng)量和噴霧量與果樹不同部位的冠層結(jié)構(gòu)相匹配，實(shí)現(xiàn)仿形噴霧效果，即降低噴霧作業(yè)過程中農(nóng)藥霧滴飄移與流失，提高農(nóng)藥有效利用率。

基于lidar探測的果園自動(dòng)仿形精準(zhǔn)變量噴霧機(jī)的最大亮點(diǎn)就是采用掃描角度270°的lidar作為探測裝置，靶標(biāo)探測準(zhǔn)確率≥90%，可實(shí)現(xiàn)實(shí)自動(dòng)對(duì)靶噴霧，“有靶標(biāo)時(shí)進(jìn)行噴霧，沒有靶標(biāo)不噴霧” 的作業(yè)要求，還可依果樹冠層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)噴量和風(fēng)量可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)噴霧，解決果園農(nóng)藥用量大、農(nóng)藥利用率不高等問題，與傳統(tǒng)果園噴霧機(jī)相比，節(jié)省施藥液量40%以上。

（基于lidar探測的果園自動(dòng)仿形精準(zhǔn)變量噴霧機(jī)田間作業(yè)）

“掃 建 決 算 調(diào)”五大環(huán)節(jié) 無死角噴霧

激光掃描傳感器就是根據(jù)果樹冠層分布特點(diǎn)，從掃描樹冠輪廓、建模、決策、計(jì)算風(fēng)量噴霧量到實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和噴頭流量，實(shí)現(xiàn)高效無死角精準(zhǔn)噴霧。該機(jī)識(shí)別距離0-10米；噴霧決策響應(yīng)時(shí)間≤0.5秒；最小識(shí)別間距0.3米；用方木作為人工靶標(biāo)模擬冠層密度，結(jié)果顯示測量誤差可控制在10%以內(nèi)。

（雷達(dá)三維探測）

（冠層結(jié)構(gòu)分析）

（變量噴霧決策）

傳統(tǒng)果園風(fēng)送噴霧機(jī)的發(fā)散式噴霧方式，使冠層上部著藥量明顯偏低；對(duì)于定向風(fēng)送噴霧機(jī)，不同冠層高度上沉積分布不均，噴頭等高位置的霧滴沉積高于其他位置。這就導(dǎo)致噴施的農(nóng)藥大部分沒有形成有效防治，而是脫離靶標(biāo)流失到周圍環(huán)境中，不僅造成農(nóng)藥的嚴(yán)重浪費(fèi)，而且?guī)憝h(huán)境污染、農(nóng)產(chǎn)品安全等負(fù)面影響。而仿形變量噴霧機(jī)能夠根據(jù)樹冠特征實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)噴霧參數(shù)，縱向沉積呈仿形分布；與傳統(tǒng)風(fēng)送噴霧機(jī)和定向風(fēng)送噴霧機(jī)相比，仿形變量噴霧機(jī)的霧滴飄移分別減少23.2%和42.7%，地面流失分別減少67.4%和58.8%。

（基于lidar探測的果園自動(dòng)仿形精準(zhǔn)變量噴霧機(jī)霧滴沉積垂直分布測試）

除此之外，基于lidar探測的果園自動(dòng)仿形精準(zhǔn)變量噴霧機(jī)的控制軟件設(shè)有自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和強(qiáng)制測試三種工作模式，具有良好的人機(jī)交互界面，方便操作，可實(shí)時(shí)查看系統(tǒng)作業(yè)參數(shù)，還具有暫停、恢復(fù)及樹冠參數(shù)實(shí)時(shí)記錄等附加功能，便于后期數(shù)據(jù)的分析與處理。

應(yīng)用廣闊 前景良好

基于lidar探測的果園自動(dòng)對(duì)靶仿形精準(zhǔn)變量噴霧機(jī)目前已經(jīng)在北京、吉林、河北、河南、山東、浙江、安徽、湖北、新疆等十多個(gè)省市進(jìn)行了示范應(yīng)用和推廣，累計(jì)推廣相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品580多臺(tái)套，應(yīng)用面積在6萬多畝，成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目合計(jì)金額3258萬多元。

責(zé)任編輯： 劉錚