基于LiDAR扫描的高地隙宽幅喷雾机变量施药系统研制

乔白羽，何雄奎，王志翀，韩 冷，刘伟洪，董 祥，梁文鹏

基于LiDAR扫描的高地隙宽幅喷雾机变量施药系统研制

乔白羽1，何雄奎1※，王志翀1，韩 冷1，刘伟洪1，董 祥2，梁文鹏3

（1. 中国农业大学理学院，北京 100193；2. 中国农业机械化科学研究院，北京 100083；3. 广西农业机械研究院有限公司，南宁 530007）

为提高甘蔗等高茎秆作物的机械化病虫害防治水平，解决普通喷雾机进地困难、农药用量大且利用率低等问题，该研究研制了一套基于三维LiDAR实时扫描的高地隙宽幅喷雾机变量施药系统。该系统搭载的喷雾机作业幅宽24 m、地隙1.35 m，喷杆喷雾高度在0.5～2.5 m可调。变量施药系统采用16线激光雷达传感器，对作物的三维信息实时探测，安装于机具后端的脉宽调制（PWM，Pulse-Width Modulation）控制器从CAN总线上获取喷雾机的速度信息并传递给计算机，采用Python控制程序，融合激光雷达数据与实时速度信息绘制喷雾量处方图并发送给PWM控制器。建立了作物冠层高度与施药量之间的数学模型，根据作物冠层所需要的喷雾量，由控制器控制电磁阀的开闭实现精准变量施药。系统组装完成后，在甘蔗地进行田间试验测试。结果显示：激光雷达能够准确识别甘蔗株高，最大识别误差为8.42%，最小识别误差为0.17%，平均误差为4.59%，激光雷达将识别到的株高信息准确传递给变量施药系统。变量系统开启后，喷雾机会根据株高变化实时改变喷雾量，雾滴沉积密度满足相关标准要求。在变量施药条件下，植株上中下3层的雾滴沉积密度变异系数均小于15%，满足喷雾机(器)作业质量标准要求，机具整体作业性能良好。……