离散式变量喷雾模型与试验研究

发布时间：2020-05-05 22:16

【摘要】：我国是农业生产大国,也是农药使用量大国。普通喷雾施药机械不考虑作物的区域分布特征,将农药均匀地喷洒在田间或整个行上,造成农药大量浪费的同时污染生态环境。另一方面,投放到农业环境中的农药,以不同方式污染农畜产品,最后富集于人体中,对人类生存和发展构成潜在的威胁,甚至导致各种疾病的出现。这些问题的产生归根结底是落后的植保机械和施药技术导致的,采用先进的施药技术和研发先进的植保机械已经成为我国植保工作的关键环节,且意义重大。实施精准、变量喷雾,可以有效降低农药使用量、提高农药利用率。本文主要的研究内容如下:1.模型总体设计。采用目前农业领域广泛使用的扇形喷头,根据离散式变量喷雾模型设计要求,对目标喷洒域参数获取、变量喷雾决策与执行等模块进行方案设计,提出采用平行双目立体视觉系统获取目标喷洒域参数、基于幅宽调整的喷洒域控制和基于流量调节的喷雾均匀性控制的变量喷雾模型整体方案。2.目标喷洒域参数获取。目标喷洒域参数主要包括其等效圆半径与边缘位置。模型采用平行双目立体视觉系统经过基于形心的特征匹配和坐标转换,进行三维重建与特征点定位,通过选择合适的颜色空间和通道,运用最大类间方差算法进行背景分割,结合形态学运算、区边界操作等步骤,实现目标喷洒域等效圆半径的获取与边缘位置的识别,解决“往哪里喷”和“喷多少”的问题。3.变量喷雾决策分析。模型结合扇形喷嘴的喷雾特性,通过理论推导与试验,确定了喷雾过程中雾锥角、流量和压力的关系。并在此基础上进行基于幅宽调整的喷洒域可控性分析和基于流量调节的喷雾均匀度可控性分析。对比分析多种变量调流技术,采用基于脉宽调制的隔膜泵控制调流技术作为调流变量实现方式,根据阶跃调流的流量响应分析对变量喷雾决策进行了改进。4.模型显控中心设计。利用MATLAB GUI设计模型显控中心,通过显控中心对目标喷洒域参数和喷雾作业参数进行实时显示和保存,使数据监测更加直观。5.室内变量喷雾试验。以喷雾机车架为依托搭建试验平台,在室内进行了对比试验,以验证变量喷雾模型控制喷洒域和雾量分布均匀性的效果。室内试验结果表明,与对比组相比,基于幅宽调整的喷洒域控制使喷雾质量有效比提高了10.25%,对喷洒域的控制作用明显;基于流量调节的喷雾均匀性控制使目标喷洒域范围内雾量分布变异系数下降了6.83%,提高雾量分布均匀性效果显著。变量喷雾模型效果明显,满足设计要求。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S491

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