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)容包含植保無人機(jī)施藥、無人機(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、國家農(nóng)業(yè)航空應(yīng)用技術(shù)國際聯(lián)合研究中心

針對植保無人機(jī)下洗風(fēng)場演化及其作用下，各方法的優(yōu)勢、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)針對無粘模型、計(jì)算流體力學(xué)模型及格子玻爾茲曼模型分別開展論述。

從算法模型、應(yīng)用環(huán)境等角度，認(rèn)識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)，如高速粒子圖像測速或相位多普勒測速方法進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化。并提出了未來植保無人機(jī)施藥模擬及驗(yàn)證方法發(fā)展方向。

二、無人機(jī)農(nóng)林業(yè)應(yīng)用全球研究態(tài)勢分析

科研機(jī)構(gòu)：國家農(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、國家農(nóng)業(yè)航空應(yīng)用技術(shù)國際聯(lián)合研究中心

為掌握無人機(jī)農(nóng)林應(yīng)用全球研究態(tài)勢，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)庫中無人機(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年開始，無人機(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家依次是美國、中國和澳大利亞;共有398種期刊發(fā)表了有關(guān)無人機(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)注無人機(jī)系統(tǒng)在攝影測量和遙感上的傳感、導(dǎo)航、定位和通用數(shù)據(jù)處理等的研究現(xiàn)狀。

此外，對無人機(jī)農(nóng)林業(yè)應(yīng)用研究熱點(diǎn)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，無人機(jī)施藥、無人機(jī)病蟲害遙感、植物表型獲取是無人機(jī)農(nóng)林業(yè)應(yīng)用的主要研究熱點(diǎn)。為無人機(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、冬小麥田植保無人飛機(jī)噴施除草劑霧滴粒徑及沉積飄移分布特性評估

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霧滴粒徑的影響，及植保無人飛機(jī)噴施除草劑霧滴沉積飄移分布特性，該團(tuán)隊(duì)研究通過室內(nèi)霧化室測定了植保無人飛機(jī)安裝的離心轉(zhuǎn)盤霧化噴頭噴灑清水，及常用的15種麥田除草劑溶液的霧滴粒徑分布，并通過田間試驗(yàn)在藥箱中添加熒光示蹤劑(60 g/hm2)測定噴施作業(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，除草劑溶液對霧滴粒徑影響顯著。對漂移區(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)評估提供依據(jù)。

四、植保無人機(jī)飛防助劑與殺蟲劑的混配方式對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、國家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)航空施藥技術(shù)國際聯(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劑的混配方式對水稻二化螟防治效果的影響，該團(tuán)隊(duì)研究以殺蟲劑、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)，通過方差分析(ANOVA)方法對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%，相比于對靶開關(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)場建模方法，該團(tuán)隊(duì)研究基于噴霧機(jī)出風(fēng)口風(fēng)場計(jì)算流體動力學(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CFD建模方法提供參考。

七、高地隙四輪獨(dú)立驅(qū)動噴霧機(jī)路徑跟蹤模型預(yù)測控制

科研機(jī)構(gòu)：江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院

針對傳統(tǒng)燃油驅(qū)動、前輪轉(zhuǎn)向的高地隙噴霧機(jī)傳動效率低、碳排放高、環(huán)境污染、智能化水平低、靈活性差等問題，江蘇大學(xué)研究提出了一種適用于無人駕駛的高地隙四輪獨(dú)立驅(qū)動噴霧機(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)動輪的滑移率依然控制在±20%之內(nèi)，防止驅(qū)動輪發(fā)生過度滑移對車速和轉(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