基于多旋翼无人机的油菜变量追肥技术研究

发布时间：2020-05-05 16:12

【摘要】：精准变量追肥在精准农业中起着举足轻重的作用,但植保无人机变量喷洒技术还未成熟,且在追加叶面液态肥方面的应用研究相对较少。本文以实现基于多旋翼无人机的油菜变量追肥技术为目标,利用低空遥感信息获取技术,对变量施肥涉及到的田间作物信息获取、信息处理、决策分析、植保机选型与参数优化、田间变量实施与评价这五个主要技术环节展开了研究,主要成果包括:(1)研究了叶片表面和喷施液体的物理性质以及两者之间的相互作用。通过叶片扫描电镜图发现叶片反面的气孔密度大约是正面的1.5倍。气孔密度越大,越有利于叶面肥发挥作用,是实际作业中一个重要的效果评价指标;通过正交试验和单因素试验分析了叶片位置、喷施液体种类和浓度、助剂浓度、液滴大小和接触瞬间速度等因素对液滴润湿叶片时接触角的变化,结果表明,影响液体润湿叶片性能的最主要因素为是否添加助剂。经过试验,推荐植物油助剂使用浓度范围为:4‰~1%;在实际作业中,应尽量选择喷出雾滴初速度较高的喷嘴及作业参数,使液滴在接触叶片时的速度高于1.55 m/s,从而使液滴达到最佳的润湿性能。(2)开展了田间油菜氮素诊断并创新性地提出了一种作业处方图生成算法。利用无人机遥感平台获取的RGB和多光谱图像对油菜蕾薹期冠层氮素预测,得到的决定系数R~2=0.88。对冠层氮素预测图进行灰度化处理、提取作业区域、确定变量作业精度后确定了追肥需求。经过坐标系变换,导航位置信息处理,使得运算环节大大减少,整套自动变量控制系统的变量响应时间不大于200 ms。(3)设计了机载喷施装置。选用浙江大学农业信息技术研究所自主研发的八旋翼无人机,将Arduino UNO R3作为控制器,采用PWM(Pulse Width Modulation,PWM)技术输出控制的方式对隔膜无刷水泵进行变量控制;综合对比雾滴粒径大小、空间分布情况、运动速度以及喷雾润湿性,选择型号Lechler品牌的IDK12002气吸型扇形喷嘴作为田间实际应用喷嘴。Lechler品牌的IDK12002喷嘴雾滴体积中径约为250μm,适合较大雾滴施肥喷施作业,喷嘴防漂移性能较佳。(4)对设计的八旋翼自动变量喷洒植保无人机进行了变量喷洒作业并对作业效果进行了评价分析,开发了适用于植保无人机喷洒作业的水敏纸图像分析软件“Droplet Analysis”,并比较了几种喷雾评价参数的结果。结果表明,沉积量可准确地定量评价植保无人机变量喷洒作业效果;检测中无论是冠层还是底部的叶片,其反面都有较好的喷雾沉积,这得益于IDK12002喷嘴良好的穿透能力。对比实际亩用量和设置亩用量,变量控制的最大误差为1.75%,可以基本判定本研究设计的八旋翼自动变量喷洒植保无人机可以实现自主变量喷洒作业,达到精准农业的需求。
【图文】：

接触角测量,工作界面

液体选择采用浙大 630 油菜品种，在室外正常培养，当的植株，每株取相同叶位的叶片，取叶片两实验喷洒液体采用民和新状态叶面肥和以色液态肥料，主要成分均为氮磷钾，根据各肥，分别是：0.02，0.06，，0.1。助剂选用植物表面上的接触角是衡量该液体对材料表面润相交点处所作的气-液界面的切线，此切线在图 2.1 中所示。本试验检测仪器采用德国，采用座滴法测量静态接触角。图 2.1 所示°。

人工气候,培养箱

（a）培养箱外观 (b) 油菜摆放与风力配置(a) Appearance of incubator (b) Layout of rapeseed and wind distribution图 2.2 人工气候培养箱Figure 2.2 Artificial climate incubator力传感器验中选用 PEAKMETER 品牌 PM6252B 风速仪，如图 2.3，风速 m/s，精度：±2%，分辨率 0.01 m/s。本仪器兼具测量温度、湿度功能-20~60 ℃，精度为±0.8 ℃，分辨率 0.1 ℃。湿度测量范围:（20~80）%，分辨率为 0.1 % RH。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S565.4

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