题目：移动喷雾作业实时监测系统设计

摘要:

介绍农业信息化对于精确农业的重要性，航空植保作业相较于传统施药方式的优势，以及农用植保无人机目前的发展现状。依据世界农业的发展现状，分析研究了国内外短期和长期对航空植保无人机巨大的市场需求，并在此基础上研制移动喷雾作业实时监测系统，模拟无人机作业平台，量化小车在不同的位置喷洒药液的情况，解决客户与机主之间的矛盾，用于指导农业航空飞行施药作业。

关键词：航空植保; 移动喷雾; 监测

1、 课题研究目的和意义

在林，农作物的生长与抚育阶段，病虫草鼠害的防治是确保粮食的安全生产的重中之重，将间接或直接地影响粮食的产量与质量。航空植保技术是农业生产综合能力的重要组成部分，能够很好规避有害生物灾害的大面积爆发，快速高效地完成病虫草害的防治；同时它受地理因素的制约较小，无论是水田或者旱地，亦或是山区与平原，农药的喷洒不会受到这些外在环境的影响。特别是对于地面机械难以进入的滩涂、沼泽等，或是蝗虫和其他害虫的滋生地域，都可顺利高效地完成作业任务；除此之外，与地面机械田间作业相比，飞机作业还能够大幅降低作业成本、以及保护农作物的特点^[1]。

无人机作为一种新型的信息获取载体被社会广泛关注。伴随着技术的逐渐成熟，无人机由于操作灵活、工作适应性好等优势已经在越来越多的领域得到了应用，并逐渐成为农业作业中的一种新型设备^[2]。

中国的粮食生产和经济作物每年都在遭受不同程度的病虫害侵袭，年均病虫害发生面积近47000万hm²，造成粮食损失近0.25亿t，约占总产量的20%左右，造成经济作物损失达0.175多亿t。近年来，由于航空变量施药作业具有喷洒效率高、飞行速度快、应对突发灾害能力强等优点，现有植保无人机可以完成8~10hm²/h的农药喷洒作业，其效率要比传统作业高出至少60倍。航空植保技术对实行统防统治专业化服务提高农林业资源的利用率，增强突发性大面积病虫害防控能力，提高中国农作物病虫害防治机械化水平，缓解农村劳动力短缺，增强农林业抗风险能力，保障国家生态安全、粮食安全、实现农林业可持续发展意义重大^[3]。

但是，尽管航空植保技术目前的应用十分广泛，但是在真正施药的过程中，很难准确监测飞机的飞行轨迹以及施药剂量，由于监测系统在飞机上开展试验操作难、费用高，因此开展移动喷雾作业实时监测系统设计模拟无人机飞行作业情况是非常必要的，具有操作灵活，试验方便，可移植性的特点。通过移动喷雾作业实时监测实验对于无人机的飞行监控以及施药喷雾系统的设计具有很深远的指导意义。

2、 国内外研究现状

精确农业是人工智能高新技术和信息在农业中的运用，实行变量投入达到投入和产出最优结合。精确农业的关键在于变量作业，其整个实施过程就是对农作物实施变量作业的一系列活动。对于农田内作物病虫害而言，因其先以斑块形式在区域内发生再逐步按时空变化蔓延具有明显的时空差异性，均匀施药势必会造成不必要的浪费，利用变量喷雾体系系统，可以自主地对喷雾量的多少进行调节，见下图1^[4]。

图1 变量喷雾体系概貌

Fig.1 General situation of variable spray system