变量喷药技术探究和发展

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1、变量喷药技术探究和发展摘要：随着农业信息化发展，变量作业技术在耕作、施肥、播种、病虫害控制、杂草管理、栽培及灌溉等方面广泛应用。本文概述了变量喷药技术的研究与应用，分析了变量技术在我国的研究现状，为变量技术推广提供依据。关键词：变量技术，精准农业，植保机械，静态混药器中图分类号：F767.2文献标识码：A引言随着经济的发展，人们对环境和健康越来越关注，开始着眼于环境污染和农药残留引发的健康问题。我国是农药生产和使用大国，年产量高达80〜100万吨，但其使用效率仅为20%〜40%,损失量达60%〜80%［1］。在我国，防治病虫害主要依靠化学防治，由于其施药

2、设备落后，混药技术粗放，所以造成农药大量浪费、水体污染及农药残留超标等等问题，人畜安全受到威胁。1变量技术的研究与应用变量技术(VRT,VariableRateTechnology)源于精准农业的思想，是指农机具根据它所处的位置自动调节农业物料投入速率的一种技术，变量调节的依据包括土壤性状、作物生长状况以及季节气候等因素［2］。在精准农业体系中VRT是一项重要的研究内容，在耕作、播种、施肥、病虫草害控制及作物灌溉等农业生产中得到了广泛应用。变量喷药是精准农业中与环境污染和食品卫生联系最为密切的一个环节，将其核心技术应用于农田喷药过程中，根据获取农田小区域

3、内病害信息，按需滋药就是变量喷药。采集病害信息，获得处方图，利用计算机视觉技术，使这一关键技术得以解决。例如，采用数字图像处理技术和模式识别方法来研究农作物病害变量，结合农作物染病时叶部病斑所呈现的纹理、形状和颜色等生物特征，对农作物病害做出准确判别。其次对自动施药机和农田小区域进行精确定位。随着GPS、GIS、RS及其他传感技术的发展，实时定位的精确性得到保证。结合处方图和施药机的位置信息对施药机进行控制，使得单位面积上获得精确的施药量。同时，还要考虑各喷头之间的均匀性及液滴的雾化程度等。2国内外变量喷药技术研究与应用研发农业物料按需投入的硬件以及软件

4、是精准农业的理念中最为重要的方面之一。近年来，各个国家在此领域展开了很多研究项目，我国不少公司也开始生产变量作业的装备。2.1国外研究与应用现状以德国、美国、日本为代表的发达国家经过20多年的研究探索，基于地图或实时传感技术的用药可变更系统已经比较成熟。德国Biller等［3］在喷药装置上安装了利用光电传感器设计出的杂草识别装置。美国加利福尼亚大学戴维斯分校研发了基于视觉传感器的精量喷雾系统，该系统专门针对成行作物。G订es等［4］研发了基于机器视觉的喷药装置，与传统方式相比，利用该装置杀虫剂使用量降低了66%〜80%,目标作物的雾滴沉降率提高了2.5〜

5、3.7倍，飘移量降低了62%〜93%。美国依利诺大学农业工程系田磊等［5］开发了'‘基于机器视觉的西红柿田间自动杂草控制系统”和'‘基于差分GPS的施药系统”。美国的Lee等［6］研制出的智能杂草控制系统由机器视觉系统和精准喷施系统等组成。日本的Dohi等［7］研制出基于用计算机视觉技术的杂草定位系统。Carrara等［8］利用ITAF变量施药系统对西西里岛的小麦进行除草剂变量施用研究。在收获等量作物产量的条件下，利用该系统比传统方法节约了29%的除草剂，经济投入降低，环境污染减少。德国的农业工程研究所(ATB)［9］研制出一种杂草检测光电传感器，开发出

6、适用于谷物和豆类田间管理的实时变量施药系统。试验表明在保证作物产量的前提下，该系统使除草剂平均用量降低了24.6%o西班牙的G订等［10］将3组超声波传感器和电磁阀安装在风送式喷雾机上，利用传感器测定葡萄树的形状、尺寸，根据反馈信息实时调节施药量。2.2国内研究与应用现状欧美国家作物生产系统集约化、规模化程度高，率先提出变量作业机械。与其相比，我国农业发展规模小，机械化水平较低，大范围的推广变量作业技术比较困难，实现农业机械化的目标也是个漫长的过程。我国可以先将目标放在研制与开发与小地块，小区域相适应的定位变量作业机械，配套小机具的研制和开发为全面实现机

7、械化奠定基础。尹东富等［11］研发出基于处方图的变量对靶施药系统。该系统利用MATLAB软件，对棉田杂草图像处理，形成处方图，通过控制不同的喷头实现4种喷药量。经测试，系统压力0.1MPa,传送带速度0.4m/s时，对靶率超过90%,施药量降低60%以上。该喷药系统为实时变量对靶喷药除草机器人的研制打下了基础。邹伟［12］等研发了可变流量喷药控制系统，通过控制脉冲信号，电机转速，实现对喷药量的精确控制，该系统可用于便携式喷药机和手推式喷药机。毛罕平［13］等设计出以S3C2410处理器为核心，基于模糊控制算法的变量对靶施药系统，具有自动识别杂草，根据采集

8、车速、杂草密度等信息自动改变流量的功能。3存在问题及展望3.1完善相关的法律法规