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| 1 | 中国植保机械与施药技术研究进展显示文摘当今,中国农村存在家庭农场、小规模农业合作组织和国家农场3种经营模式,其植保机械与施药技术同其经营模式密切相关,尽管中国是农药生产与使用大国,全球排名第一,但落后的植保机械和农药使用技术与中国高速发展的现代化的农药生产水平不相适应,带来了农药有效利用率低、农产品中农药残留超标和环境污染等问题,在中国现代化的生产进程中,农药在中国农业与园林上的使用面临许多机遇与挑战。植保机械不同于其他农业机械,涉及农产品、环境与农药使用人员的安全,是一种精确农业作业机具。自2000年以来,中国政府借鉴欧美等发达国家的先进经验,成立专门的检测、管理部门和机构,负责农药的市场准入与使用规范标准的制订;近年来,国家科技部、农业农村部等加大了对植保机械与施药技术领域的投资力度,开发、研制了许多适合中国农业与园林上农药使用的新型机具与技术,并在生产中推广应用;中国政府已把植保机械与施药技术列入中国农民职业教育培训长期计划。 | 何雄奎 | 2019 | 农药学学报2019，21，5： | 64 |
| 2 | 环境友好型农药喷施机械研究进展与展望显示文摘在农林病虫害防治中,化学方法仍占主导地位,化学农药施用不当会引起农药浪费、环境污染和农药残留等问题。为此,本文阐述了国内外对农药雾化、在线混药、可变量控制、仿形喷雾、雾滴飘移控制、静电喷雾、智能对靶喷雾集成等关键技术的研究概况;综述了防飘移喷雾机、仿形喷雾机、喷杆喷雾机、杂草防除机械、果园喷雾机、智能喷雾机等6类典型地面植保机械的发展概况,以及包括植保无人机及其关键部件在内的典型航空植保机械的研究发展水平;提出了环境友好型农药喷施机械'绿色环保、精确高效'的研究理念,以及开展植保机器人与专用植保机械(植保机器人及其阵列、专用植保机械)研发、航空施药机具与植保无人机研究、智能物联农药喷雾系统(病虫草害靶标智能监测识别与防治预警系统、无线物联智能植保信息传输系统、立体智能协同农药喷雾系统)研究和植保机械关键技术(新型喷头及在线混药、智能化载运平台)研究等总体发展建议。 | 郑加强 徐幼林 | 2021 | 农业机械学报2021，52，3： | 36 |
| 3 | 基于嵌入式互联网的远程智能喷雾控制系统设计显示文摘为提高设施农业植保作业智能管控能力,该文提出一种基于STM32F101和STM32F103嵌入式技术,结合4G互联网、局域WIFI通信技术及超声波靶标检测算法,能够便捷地对设施作业装备远程视频与控制的方案,达到人机分离与精准施药的目的。该系统在Eclipse和Keil-uvision4开发环境下采用Socket和多线程技术实现双向通信,以TCP通讯协议为媒介,Android端和客户端通过互联网或无线网卡转接移动路由实现远程智能喷雾控制。试验结果表明:1)Android端能够在LAN或Internet中实现智能喷雾装备的近远程控制,软件界面回传状态无卡顿、延时发生,能够准确发射控制指令,实现了对靶标间歇性施药管控;2)系统建立的双向心跳包能够在通信故障情况下迫使喷雾装备处于休眠状态,经测试,心跳包设定时间与喷雾装备休眠响应时间平均相对误差不超过5.50%;3)采用视频帧对冠层中线定位,借助超声检测算法确定风送距离参数且建立冠层体积模型。试验发现,冠层密度对体积测量结果有显著影响,但总体测量准确度可达94.67%。该研究对其他农机装备的智能化管控研究有参考意义。 | 吴亚垒 祁力钧 张豪 程浈浈 刘婠婠 谢德盛 Elizabeth Musiu | 2018 | 农业工程学报2018，34，20： | 21 |
| 4 | 基于仿真果园试验台的植保无人机施药雾滴飘移测试方法与试验显示文摘植保无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)果树飞防植保作业中飞行高度较高并且采用低容量细小雾滴喷雾,飘移风险极高。但是,无人机果园施药雾滴飘移特性研究尚处于初步开展阶段,缺乏全方位综合测试方法以及对不同无人机机型和喷头类型的评价。该研究在前期研究基础上,提出一种基于仿真果园试验台的植保无人机果园施药雾滴飘移测试方法,设计并制作仿真葡萄园试验台和空中飘移收集装置,结合地面飘移收集装置和冠层沉积收集带,首次通过雾滴空间飘移指数ADX定量分析评价不同机型的喷雾过程中农药雾滴空间飘移特性,并采用田间近地飘移测试平台进行无人机喷雾飘移试验,使用荧光示踪法探究4种典型植保无人机(油动单旋翼、电动6旋翼及2种电动8旋翼无人机)分别搭载IDK 120-015空气射流喷头和TR 80-0067空心圆锥喷头喷雾作业的雾滴冠层沉积分布、地面飘移、近地飘移及空中飘移特性,进而对不同喷雾飘移测试收集装置进行评估。结果表明:在侧风速2.2~3.6 m/s,温度29.8~34.3℃,相对湿度10.7%~30.6%的环境条件下,IDK空气射流喷头在作业高度1.5 m、速度2.0 m/s参数下可显著降低无人机喷雾下风向飘移水平,优化沉积分布均匀性,提高农药雾滴利用率;4种机型飘移特性无显著差异,旋翼下洗气流产生的卷扬涡流是影响无人机喷雾飘移的重要因素;葡萄园喷雾作业缓冲区至少应设置为15 m;冠层沉积率越小(P<0.05,r<0)、沉积分布变异系数越高(P<0.01,r>0)、田间飘移平台平均均值飘移率和90%累积飘移距离越大(P<0.01,r>0)以及ADX值越大(P<0.01,r>0)均表明雾滴飘移风险越高,3种收集装置及其评价指标均可有效评估下风向飘移特性;植保无人机喷雾飘移率与下风向距离满足指数函数关系。研究结果以期为新型果树专用植保无人机研发、植保无人机果园作业喷雾飘移测试方法的标准制定和田间作业参数选择提供参考和数据支持。 | 王昌陵 何雄奎 曾爱军 Andreas Herbst Supakorn Wongsuk 乔白羽 赵铖 袁善奎 钟玲 Verena Overbeck Jane Bonds 杨苡 周国强 王轩 高万林 | 2020 | 农业工程学报2020，36，13： | 17 |
| 5 | 不同飞行参数下八旋翼植保无人机下洗气流场对雾滴沉积分布特性的影响显示文摘近年来,应用植保无人机防治农业有害生物已成为中国植保机械发展的一大新亮点。无人机旋翼提供飞行升力的同时具有下洗气流场,低空低量施药作业雾滴沉积分布质量优劣与旋翼下洗气流场的作用密不可分。为探究植保无人机旋翼下洗气流场对喷雾效果的影响,本研究以当前植保无人机主流机型——'X型'布局八旋翼无人机为研究对象,采用实际作业测试方式,利用微气象测量系统测定无人机飞行状态下旋翼下方不同水平位置下洗气流场风速,同时采用诱惑红示踪剂水溶液代替农药喷雾获取喷雾沉积分布情况,重点对下洗气流场分布实测结果进行可视化分析,包括不同飞行高度、不同速度下旋翼下洗气流场分布特性与雾滴沉积分布特性以及二者的相互关系。测试结果显示:八旋翼植保无人机飞行过程中随着飞行速度加快(1.0~6.0 m/s)和飞行高度升高(1~2 m),冠层位置X、Y、Z三向下洗气流场总体表现为气流强度由强到弱、分布状态由集中到分散的变化趋势;X方向气流来源于下洗气流与外界空气相互作用产生的卷扬气流,对喷施雾滴的作用为逆飞行方向;Y方向为下洗卷扬气流以及地面效应共同作用的结果,对雾滴的作用为垂直于航线朝向两侧;Z方向为下洗气流竖直向下方向分量,对雾滴下降沉积具有直接促进作用;飞行速度与下洗气流场范围内风速峰值(P<0.05,r=-0.836)和有效喷幅内平均沉积量(P<0.05,r=-0.833)均表现出显著负相关;在飞行速度为1.0 m/s和3.0 m/s时,雾滴沉积量与下洗气流场风速均呈现极显著正相关关系(P<0.01,r>0),即垂直地面方向的下洗气流场越强,有效喷幅内沉积的雾滴越多;速度加快至6.0 m/s,风速显著降低,气流场对雾滴沉积的促进作用逐步消失(P>0.05)。因此,植保无人机作业时飞行速度不应设置超过6.0 m/s,避免因下洗气流场作用减弱而导致雾滴损失。本研究结果可为改善低空低量施药作业质量和无人机田间作业规范的制定提供技术参考和支撑。 | 王昌陵 何雄奎 Jane BONDS 齐鹏 杨苡 高万林 | 2020 | 智慧农业(中英文)2020，2，4： | 12 |
| 6 | 用P20型植保无人机减量施药防治稻纵卷叶螟显示文摘为探讨植保无人机(UAV)减量施药对水稻病虫害的防治效果,该研究采用P20型植保无人机进行水稻田间施药作业。分别在水稻分蘖末期、孕穗期开展了两种施药液量(15、22.5 L/hm^(2))的水稻冠层雾滴沉积试验,以及两种施药液量下480、540、600 mL/hm^(2)3种农药剂量(阿维·氯苯酰推荐剂量的80%、90%、100%)的防治稻纵卷叶螟减量施药田间药效试验,并与背负式电动喷雾器(Knapsack Electric Sprayer,KES)人工施药的常规防治方法进行施药效果对比。雾滴沉积试验结果表明,水稻冠层上部的雾滴分布均匀性优于水稻冠层下部;施药液量15、22.5 L/hm^(2)的冠层上部雾滴沉积有显著差异,且施药液量22.5 L/hm^(2)的冠层上部雾滴沉积显著优于施药液量15 L/hm^(2)。药效试验结果表明,农药剂量越大稻纵卷叶螟防治效果越好,采用农药剂量100%的植保无人机施药防治效果最好,并优于KES人工施药;施药液量15、22.5 L/hm^(2)的稻纵卷叶螟防治效果有显著差异,且施药液量22.5 L/hm^(2)较15 L/hm^(2)的防治效果更好;施药液量15 L/hm^(2)且农药剂量90%、施药液量22.5 L/hm^(2)且农药剂量80%与KES人工施药的防治效果没有显著差异。采用植保无人机施药防治稻纵卷叶螟,施药液量22.5 L/hm^(2)可以获得更好的雾滴沉积和稻纵卷叶螟防治效果;施药液量22.5 L/hm^(2)时,减少20%的农药剂量也能保证稻纵卷叶螟防治效果。该结果对水稻田间植保无人机减量施药具有实践指导意义。 | 曾文 邓继忠 高启超 贾瑞昌 兰玉彬 张建瓴 陈鹏超 肖汉祥 张亚莉 | 2021 | 农业工程学报2021，37，15： | 6 |
| 7 | 自由节曲线非圆齿轮驱动差速泵设计与性能试验显示文摘为进一步改善差速泵性能,提出一种自由节曲线非圆齿轮驱动的四叶片差速泵,建立自由节曲线非圆齿轮驱动差速泵性能计算模型,编写差速泵性能计算软件,分析不同控制点下的差速泵排量、流量和脉动率等性能指标。结果表明,相比最优傅里叶节曲线,自由节曲线具有更好的局部优化能力,可有效提升非圆齿轮不根切最大模数和差速泵排量,降低差速泵脉动率,更有利于提高差速泵综合性能。试验表明,在相同泵尺寸及管路环境下,相比最优傅里叶非圆齿轮驱动的四叶片差速泵,自由节曲线非圆齿轮驱动的差速泵排量增加6.6%,不根切最大模数增加18.7%,有效提升了非圆齿轮承载能力,差速泵单泵脉动率降低8.3%,说明自由节曲线非圆齿轮更有利于提升差速泵性能。 | 徐高欢 谢荣盛 孙培峰 赵华成 | 2020 | 农业机械学报2020，51，4： | 5 |
| 8 | 八旋翼植保无人机下洗气流对雾滴运动与分布特性的影响显示文摘多旋翼无人机由于其质量轻、操作灵活、飞行稳定等优势,已成为中国植保无人机市场上的主流机型。为探究多旋翼无人机旋翼气流分布特性及其对雾滴运动和沉积行为的影响,本文基于大疆MG-1P型八旋翼植保无人机的下洗气流场进行测定,并对比分析了旋翼气流对喷雾雾滴的速度、粒径和沉积分布均匀性的影响。结果表明,无人机旋翼下洗气流的强度伴随测试层高度的下降而降低,机体正下方的气流速度方向近似于竖直向下且呈现先增加后减小的趋势,位于机体两侧区域的气流呈现“先收缩、后扩张”的喇叭状,近地位置测试点L和M的气流方向均指向测试区域外侧斜下方,其与竖直方向的夹角分别为71.3°和81.5°。整体而言,无人机机身两侧旋翼下洗气流的速度和方向呈对称分布。在旋翼静止时,喷雾雾滴的沉降速度较慢,各测试层及测试点的雾滴速度均低于1 m/s。无人机悬停时,其旋翼风场极大地提高了雾滴速度,且雾滴速度分布特性与旋翼风场强度高度吻合。与旋翼静止相比,无人机悬停时产生的高速下洗气流可致使雾滴粒径增大。雾滴的沉积分布效果在距离地面20 cm处最好,其在旋翼静止和悬停条件下的平均沉积量分别为4.69μL/cm^(2)和5.85μL/cm^(2),沉积量的变异系数分别为51.81%和36.87%。无人机旋翼下洗气流可有效提高喷雾雾滴的沉积量和分布均匀性。本研究可对多旋翼植保无人机下洗气流优化、雾流场与气流场的耦合以及提高喷雾液的利用率和分布均匀性提供参考。 | 李雪 徐陶 王伟 陆岱鹏 唐玉新 王士林 | 2023 | 农药学学报2023，25，3： | 4 |
| 9 | Review of agricultural spraying technologies for plant protection using unmanned aerial vehicle(UAV)显示文摘With changing climate and farmland ecological conditions,pest outbreaks in agricultural landscapes are becoming more frequent,increasing the need for improved crop production tools and methods.UAV-based agricultural spraying is anticipated to be an important new technology for providing efficient and effective applications of crop protection products.This paper reviews and summarizes the status of the current research and progress on UAV application technologies for plant protection,and it discusses the characteristics of atomization by unmanned aircraft application systems with a focus on spray applications of agrichemicals.Additionally,the factors influencing the spraying performance including downwash airflow field and operating parameters are analyzed,and a number of key technologies for reducing drift and enhancing the application efficiency such as remote sensing,variable-rate technologies,and spray drift models are considered.Based on the reviewed literature,future developments and the impacts of these UAV technologies are projected.This review may inspire the innovation of the combined use of big data analytics and UAV technology,precision agricultural spraying technology,drift reduction technology,swarm UAV cooperative technology,and other supporting technologies for UAV-based aerial spraying for scientific research in the world. | Haibo Chen Yubin Lan Bradley K Fritz W.Clint Hoffmann Shengbo Liu | 2021 | International Journal of Agricultural and Biological Engineering2021，14，1： | 4 |
| 10 | 自由节曲线非圆齿轮驱动六叶片差速泵多目标参数优化及试验显示文摘为进一步优化差速泵性能,利用自由节曲线灵活的局部调整能力,该研究提出对自由节曲线非圆齿轮驱动的六叶片差速泵进行多目标参数优化,建立多目标参数优化计算模型,利用功效系数法和改进遗传算法求解差速泵排量、流量和脉动率综合性能最优的节曲线控制点Pareto解。结果表明,经过多目标优化后差速泵的综合性能提升明显,排量和非圆齿轮不根切最大模数显著增加,脉动率有所降低。为验证计算结果,开展自由节曲线优化前后对比试验,在相同测试环境和相同泵腔容积下,六叶片差速泵经过优化后排量增加3.3%,不根切最大模数为2.6 mm,增加30%,齿轮齿廓选择国家标准模数系列,实际模数2.5 mm,增加25%,改善最为明显,可大幅度提升非圆齿轮承载能力,脉动率降低3.1%。通过多目标参数优化可有效提升自由节曲线非圆齿轮驱动六叶片差速泵综合性能。 | 徐高欢 孙培峰 谢荣盛 | 2020 | 农业工程学报2020，36，16： | 3 |
| 11 | Design method and experiment of machinery for combined application of seed,fertilizer and herbicide显示文摘This study aimed to resolve the problems of full wheat straw returning to the field,which might readily cause stalk obstruction,poor sowing quality,and serious weeds at the seedling stage,affecting the growth of maize.Based on the idea of“simultaneous seeding and spraying,closed weeding”,this paper presented a design method for designing a corn seed-fertilizer-herbicide simultaneous operation machine,which focuses on the design of vertical active straw-removing anti-blocking device mechanism,design of nozzle key parameters,nozzle selection,seeding monomer analysis and spatial layout design of seed-fertilizer-herbicide mechanism.In addition,the interrelated formulas were deduced and machine design and field experiment were conducted.The experiment results showed that the average variation coefficient of spray uniformity of machines was 17.70%.The post-experiment weed amount was 8.9%,which was lower than that before sowing,8.5%lower than that before artificially closed weeding,and 14.3%lower than that in unenclosed weeding area.Moreover,the weeds were less in the working area of the machine,and the growth of corn was better.Compared with manual closed weeding,the average plant height uniformity and average stem diameter uniformity increased by 4.4%and 5.1%,respectively.Compared with unclosed weeding,the average plant height uniformity and average stem diameter uniformity increased by 18.3%and 10.8%,respectively.Overall,the rationality of the design method proposed in this paper was validated,and these can lay a foundation for the research and development of the same type of machine. | Xin Huang Weiwei Wang Zhaodong Li Qingqing Wang Cunxi Zhu Liqing Chen | 2019 | International Journal of Agricultural and Biological Engineering2019，12，4： | 1 |
| 12 | Model migration for CFD and verification of a six-rotor UAV downwash显示文摘Currently,Computational Fluid Dynamics(CFD)has been used to investigate agricultural UAV downwash.However,the validations of CFD models are difficult to deal with.Current verification methods are to use either water-sensitive papers or wind-speed arrays,which could get wind distribution or speed only.In this study,model migration was used to develop and verify downwash CFD models.The basic idea is to try to use the results of a scaled-down drone to represent that of a real-used UAV.The CFD models of both a real-used six-rotor UAV,JF01-10,and a 1:10 scaled-down small drone were developed by ANSYS.Then,the scaled-down drone was utilized to conduct trials by particle image velocimetry(PIV),so that not only distribution and speed but also flowing direction of downwash could be obtained.Results indicated the relative error between the PIV tests and the CFD models of the small UAV was less than 12%,while that between the tests and the CFD models of JF01-10 was less than 34%.It could be indicated that model migration could reflect multiple downwash characteristics but should be optimized in some complex details.This study was a preliminary but fundamental attempt to investigate CFD modelling and validation of agricultural UAVs and provided a novel thinking of downwash verification. | Shenghui Yang Qing Tang Yongjun Zheng Xingxing Liu Jian Chen Xiaolong Li | 2020 | International Journal of Agricultural and Biological Engineering2020，13，4： | 0 |
| 13 | Non-intrusive flowrate measurement and monitoring system of plant-protection unmanned aircraft systems based on pump voice analysis显示文摘Application of Unmanned Aircraft Systems(UAS)for plant protection is becoming a common tool in agricultural field management.To avoid shortcomings of intrusive flowrate sensors including poor measurement accuracy and poor anti-vibration ability,a non-intrusive flowrate measurement and monitoring system of plant-protection UAS was developed based on pump voice signal analysis.It is mainly composed of STM32 processor,microphone and signal-conditioning circuit.By collecting and analyzing the voice signal of the pump in the UAS,the monitoring system will output the real-time values of spraying flowrate and amount.An extraction model was developed to determine operation status and primary frequency of the pump based on voice signal analysis.Real-time spray flowrate can be determined from the real-time extracted primary frequency and the fitted correlation formulas of spraying flowrate under outlet area and pump primary frequency.The flowrate correlation equation of one certain pump from 4-rotor UAS 3WQFTX-1011S was obtained,the max deviation rate of fitted spray flowrate was only 2.8%.In primary frequency extraction test,the error rate of primary frequency extraction was less than 1%.In the 4-rotor UAS flight tests:the max deviation of operating starting/end point was only 0.7 s and the max deviation of extracted total operating time was only 0.8 s;the deviation of extracted spray flowrate was less than 2%,and the max deviation rate of total spray amount was 3.2%.This research could be used as a guidance for plant-protection UAS non-intrusive flowrate measurement and monitoring. | Yang Xu Xinyu Xue Zhu Sun Wei Gu | 2021 | International Journal of Agricultural and Biological Engineering2021，14，3： | 0 |
| 14 | 基于轮廓固性与分水岭算法的叶片粘连雾滴图像分割显示文摘为精准辨识叶片粘连雾滴,提高叶面雾滴沉积分布检测的准确性,利用智能手机采集田间植保作业雾滴图像,选取9组喷雾检测叶片样本,使用以灰度级形态学为基础的处理算法进行叶片区域和雾滴区域特征提取。提出基于轮廓固性的雾滴类型判别方法,并与传统的基于圆形度和基于形状因子的方法进行对比;以粘连雾滴迭代开运算的结果作为标记,对传统距离变换分水岭图像分割算法进行改进。结果表明:经改进的分水岭检测算法,雾滴覆盖率比OTSU算法(最大类间方差法)与分块阈值算法分别高31.93%和33.43%,雾滴提取最低正确率为91.19%,平均正确率为97.23%;基于固性的雾滴类型判别方法正确率为97.5%,较基于圆形度和基于形状因子的方法分别提高21%和5%;沉积密度与人工统计的平均相对误差为6.61%,粘连雾滴分割最低正确率为91.03%,平均正确率为94.74%。该算法可为植保器械田间作业质量图像检测提供技术支持。 | 葛翔 陆军 曹冬林 金天澍 | 2023 | 中国农机化学报2023，44，6： | 0 |
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