高效低污染施药植株对靶红外线探测实验研究

摘要

精准施药是当前国际上农药施用技术的发展方向，精准喷洒施药中的首要问题和关键技术是靶标探测、对靶传感，并由此构筑与之相匹配的智能控制系统，形成准确对靶喷雾（施药）。本文在分析国内外植保机械与施药技术的发展现状和趋势基础上，列举对比了各种对靶探测技术的优缺点及可行性、经济性，提出红外探测技术应用于植株对靶具有操作简单可行、技术研制成本低、可靠性强、产品易商品化的特点。 论文针对江苏省现代农业装备与技术重点实验室开放基金项目要求，在研究分析红外线光学特性及红外探测系统工作原理的基础上，设计了适用于植株对靶的红外探测控制系统，其中红外探测器的发射器采用红外发光二极管，接收器采用光敏三极管并前置灵敏度可调的光电开关放大器，在信号的发射器与接收器前安装光学透镜，提高发射和接收效率。首先以模拟靶标作为实验对象，选用不同直径与焦距的凸透镜与不同功率的红外发光管和光电开关放大灵敏度组合，针对不同反射物尺寸、光照强度和反射物反射率条件进行实验研究，得出探测效果最好的探测器组合及其最佳性能参数。进而采用筛选出的效果最佳的探测器在最佳工作参数条件下对实体植株进行红外对靶探测，通过一系列实验分析了各种影响因子：植株外形、光照强度、温度、湿度、探测器行走速度及植株间距对红外探测效果的影响，并对乔木类、灌木类及草本类植物进行红外对靶实测，分析不同植株红外对靶探测的独有特点。 通过以上工作，得出下列结论： （1）对几种不同规格红外探测器进行性能测试，其中透镜直径和焦距分别为36cm、50cm的探测器（记为“D36，F50”）探测距离和探测范围综合效果最佳，其最佳参数为：红外发射管功率为0．42W，放大器灵敏度调节钮置为10档；反射物（靶标）边界尺寸越大、光照强度越强、反射物表面反射率越高，探测效果越好。 （2）在植株实际生长环境下，温度、湿度对植株红外对靶的探测结果没有明显影响；植株长得越茂密，对红外线的反射越强，探测效果越好；光照强度越强时，探测效果也越好，探测范围随探测距离增加呈现先增大后减小的变化趋势；探测器行走速度与个体植株能够被有效区分的最小间距之间存在着线性关联，当植株间距hmin=0时，理论上速度最小的极限值v=0．43m/s；植株间距会影响探测器灵敏度，二者的增加和减少都是正相关。 （3）不同种属植株红外对靶探测的结果各具特色，同时也具有一些相同之处，除了枝叶越茂密探测距离越远，探测范围随着探测距离增大而呈现先增后减的变化规律，并存在探测范围的极值这一普遍规律外，当光照强度R增大时，每一类植株中枝叶最茂密的那一株探测范围会显著增大，与同组中的其他两株差异明显。 本文对红外探测系统性能及影响因素规律的探索，对实体植株红外对靶探测时各影响因子的研究，以及对不同种类植株实测的结果，将为实体植株实施红外对靶探测时，提出与智能化对靶喷雾控制系统相匹配的优化对靶方案提供理论和技术指导，并为构建分类植株红外探测数据库提供数据源，在对靶喷雾技术的产业化推广，改善农业生态环境，实现高效低污染农林作业方面具有理论贡献。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1农药使用情况及危害

1.1.1现阶段农药使用状况

1.1.2农药对自然环境的污染危害

1.1.3农药对自然界动物的污染危害

1.1.4农药对食品和人类的污染危害

1.2植保技术研究现状及发展趋势

1.2.1国外植保机械及施药技术研究现状

1.2.2国内植保机械及施药技术研究现状

1.2.3植保技术发展对策与趋势

1.3精准施药对靶技术及国内外研究概况

1.3.1精准施药

1.3.2对靶喷雾技术及研究现状

1.4植株红外对靶探测技术

1.5本文的研究的目的、意义及内容

1.5.1本文研究的目的和意义

1.5.2本文研究的主要内容

1.6本章小结

第二章 红外探测控制系统的设计

2.1引言

2.1.1红外线的光学特性

2.1.2红外探测系统的工作原理

2.2红外探测系统的设计

2.2.1.红外探测器设计

2.2.2红外探测控制电路

2.3本章小结

第三章 植株对靶红外探测系统性能及影响因素研究

3.1引言

3.2红外探测系统性能研究

3.2.1探测距离比较

3.2.2探测范围比较

3.3红外探测系统影响因素研究

3.3.1.反射物外形尺寸对探测效果的影响

3.3.2实验环境自然光照强度对探测效果的影响

3.3.3反射物表面反射率对探测效果的影响

3.4实验结果分析

3.5本章小结

第四章 红外探测系统应用于植株对靶的实验研究

4.1植株对靶的影响因素研究

4.1.1植株外形对探测效果的影响

4.1.2自然光照强度对探测效果的影响

4.1.3温度对探测效果的影响

4.1.4湿度对探测效果的影响

4.1.5探测器行走速度对探测效果的影响

4.1.6植株间距对探测效果的影响

4.2不同种类植株红外对靶探测实验研究

4.2.1乔木类植物红外对靶实测结果

4.2.2灌木类植物红外对靶实测结果

4.2.3草本类植物红外对靶实测结果

4.3本章小结

第五章 结论

5.1总结

5.2问题和建议

参考文献

附录

攻读硕士期间发表的论文

致谢