七项智慧农业智能植保机械与施药技术科研进展

在智慧农业的科研方面，涉及多项现代化技术，本文整理了智能植保机械与施药技术专题的科研论文，内容包含植保无人机施药、无人机农林业应用、叶面积密度参数喷雾控制等科研进展，深入了解农业科研前沿创新现状。

一、植保无人机施药数值建模关键技术与验证方法研究进展

科研机构：国家农业智能装备工程技术研究中心、北京市农林科学院智能装备技术研究中心、国家农业航空应用技术国际联合研究中心

针对植保无人机下洗风场演化及其作用下，各方法的优势、缺陷、适用范围及验证手段仍缺乏系统梳理的现状。该团队针对无粘模型、计算流体力学模型及格子玻尔兹曼模型分别开展论述。

从算法模型、应用环境等角度，认识其在功能多样性和完备性上还存在不足。上述数值模型精度还需综合运用田间试验及室内试验，如高速粒子图像测速或相位多普勒测速方法进行验证和优化。并提出了未来植保无人机施药模拟及验证方法发展方向。

二、无人机农林业应用全球研究态势分析

科研机构：国家农业智能装备工程技术研究中心、北京市农林科学院智能装备技术研究中心、国家农业航空应用技术国际联合研究中心

为掌握无人机农林应用全球研究态势，该团队研究采集2011—2020年期间Web of Science核心合集数据库中无人机农林应用全球研究相关文献数据，利用VOSviewer等统计软件对文献进行科学计量分析。

分析结果表明，自2017年开始，无人机农林业应用研究发文数量快速增加，发文量排名前三位的国家依次是美国、中国和澳大利亚;共有398种期刊发表了有关无人机农林业应用研究文章，约占全部收录期刊的1.90%;被引次数最多的文章内容主要是关注无人机系统在摄影测量和遥感上的传感、导航、定位和通用数据处理等的研究现状。

此外，对无人机农林业应用研究热点进行分析发现，无人机施药、无人机病虫害遥感、植物表型获取是无人机农林业应用的主要研究热点。为无人机在农林业上的创新研究、科研团队之间的合作提供参考。

三、冬小麦田植保无人飞机喷施除草剂雾滴粒径及沉积飘移分布特性评估

科研机构：山东理工大学农业工程与食品科学学院、山东省农业航空智能装备工程技术研究中心、华南农业大学电子工程学院/人工智能学院

为明确除草剂溶液对雾滴粒径的影响，及植保无人飞机喷施除草剂雾滴沉积飘移分布特性，该团队研究通过室内雾化室测定了植保无人飞机安装的离心转盘雾化喷头喷洒清水，及常用的15种麦田除草剂溶液的雾滴粒径分布，并通过田间试验在药箱中添加荧光示踪剂(60 g/hm2)测定喷施作业区和漂移区的雾滴沉积量分布。

结果表明，与清水相比，除草剂溶液对雾滴粒径影响显著。对漂移区沉积量与飘移距离、侧风风速拟合，结果表明下风向沉积量与风速成正比。为植保无人飞机冬麦田不同风速作业下的雾滴飘移距离提供数据支持，为喷雾飘移缓冲带、飘移风险评估提供依据。

四、植保无人机飞防助剂与杀虫剂的混配方式对二化螟防治效果影响研究

科研机构：华南农业大学工程学院/广东省农业航空应用工程技术研究中心、广东省农业人工智能重点实验室、国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心、华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室、广东省农业科学院植物保护研究所/广东省植保新技术重点实验室

为探究飞防助剂类型与杀虫剂的混配方式对水稻二化螟防治效果的影响，该团队研究以杀虫剂、飞防助剂、施药液量为因素设计了3因素3水平的L9(34)正交试验，通过方差分析(ANOVA)方法对各因素的显著性水平进行了分析。

结果表明，在本研究的实验条件下，混配方式7 (0.8%鱼藤酮SC、有机硅助剂和27 L/hm2施药液量)具有较好的速效性与持效性，施药后第14天的防效达81.45%;混配方式4 (5%氯虫苯甲酰胺SC、有机硅助剂和24 L/hm2施药液量)持效性显著，施药后第14天的防效为79.30%。为防治水稻二化螟的药液混配方式提供参考。

五、基于靶标叶面积密度参数的变量喷雾控制系统开发与性能试验

科研机构：江苏省农业科学院农业设施与装备研究所、江苏省农业科学院农业信息研究所

为达到果园施药减量增效的效果，该团队研究开发了一种变量喷雾控制系统，提出了叶面积密度参数与执行机构脉宽调制占空比的计算方法。

结果表明：通过喷雾试验验证变量喷雾样机的有效性，采样点水敏纸上单位面积(cm2)最少雾滴个数为35滴，达到了有效喷雾效果;当靶标冠幅与总冠幅比为39.9%时，变量喷雾模式相比于连续恒定式喷雾省药71.96%，相比于对靶开关式喷雾省药29.72%，达到了减量效果。

六、果园风送喷雾机出风口风场CFD建模与实验

科研机构：北京市农林科学院智能装备技术研究中心、国家农业智能装备工程技术研究中心、西北农林科技大学机械与电子工程学院

为探究适用塔式果园风送喷雾机出风口风场建模方法，该团队研究基于喷雾机出风口风场计算流体动力学建模方法。

结果表明，基于UDF分段式三维风速入口边界条件设置方法不仅提高了仿真结果的准确性(提高了5%)，而且降低了计算的复杂性。在其他参数设置相同的情况下，大尺寸计算域模型的性能略优于小尺寸计算域。实际建模过程中建议根据计算机计算能力、仿真的实际要求设置合适的计算域尺寸。为喷雾机出风口风场CFD建模方法提供参考。

七、高地隙四轮独立驱动喷雾机路径跟踪模型预测控制

科研机构：江苏大学电气信息工程学院

针对传统燃油驱动、前轮转向的高地隙喷雾机传动效率低、碳排放高、环境污染、智能化水平低、灵活性差等问题，江苏大学研究提出了一种适用于无人驾驶的高地隙四轮独立驱动喷雾机。

采用Adams/Matlab的联合仿真结果表明，在复杂的工况条件下，喷雾机驱动轮的滑移率依然控制在±20%之内，防止驱动轮发生过度滑移对车速和转向角产生不良影响，有利于喷雾机稳定性的提升。该喷雾机能够快速准确地跟踪期望路径，与未考虑驱动轮滑移的控制相比，能够适应更加复杂的工作环境，跟踪精度有明显提升。

审核编辑黄宇