雷達(dá)識(shí)別狼毒草噴藥滅除裝置

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1、2014年11月農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)第45卷增刊doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．S0．012*雷達(dá)識(shí)別狼毒草噴藥滅除裝置趙建柱宗玉峰王楓辰李琨李少雄王國(guó)業(yè)(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，北京100083)摘要:針對(duì)狼毒草早期萌發(fā)的高度優(yōu)勢(shì)和灌叢特性，提出一種狼毒草對(duì)靶噴藥滅除裝置。完成了機(jī)架系統(tǒng)、噴藥系統(tǒng)、電控系統(tǒng)以及整機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，基于雷達(dá)傳感測(cè)距技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)狼毒草的自動(dòng)識(shí)別與定點(diǎn)精量施藥控制。實(shí)地試驗(yàn)結(jié)果表明:該裝置對(duì)狼毒草施藥附著率可達(dá)87.1%，能有效提高滅除效率和減少農(nóng)藥的使用量，避免由于大量連續(xù)噴藥引起的環(huán)境污染。關(guān)鍵詞:狼毒草滅除裝置雷達(dá)識(shí)別定點(diǎn)噴

2、藥中圖分類號(hào):S451.23;TN959.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1000-1298(2014)S0-0068-05對(duì)狼毒草植株的定點(diǎn)噴藥。引言作為主要的草原有毒植物種類之一，狼毒草已被視為草原荒漠化的一種災(zāi)難性警示。狼毒草的滋生蔓延，嚴(yán)重破壞了草地生態(tài)環(huán)境，使草地生產(chǎn)力下降，載畜能力降低，已成為制約畜牧業(yè)發(fā)展的主要因［1－2］素之一。連續(xù)噴藥滅除是目前對(duì)狼毒草治理的主要方式。該方式采用遠(yuǎn)程風(fēng)送式噴藥機(jī)連續(xù)噴藥，藥劑不僅會(huì)噴灑到有毒植株上，還會(huì)噴灑到正常生長(zhǎng)的植被上，不僅浪費(fèi)藥液，還會(huì)對(duì)草原生態(tài)造成破圖1整機(jī)結(jié)構(gòu)［3－4］壞。Fig．1Overallstructureofdev

3、ice針對(duì)狼毒草早期萌發(fā)的高度優(yōu)勢(shì)、株徑大小和1．動(dòng)力輸入軸2．變速箱3．前橫梁4．藥箱5．濾清器疏密程度等生長(zhǎng)特點(diǎn)［5］，本文提出采用雷達(dá)技術(shù)進(jìn)6．控制單元7．后橫梁8．伸縮套筒9．噴藥支架10．電磁閥11．噴頭12．雷達(dá)探頭13．雷達(dá)橫桿14．支撐側(cè)板15．分流行狼毒草識(shí)別，對(duì)狼毒草進(jìn)行對(duì)靶噴藥，并精確控制閥16．液泵17．膠帶輪傳動(dòng)組單株施藥量，達(dá)到有效滅除、降低用藥量、減少環(huán)境［6］污染的目標(biāo)。1.1機(jī)架系統(tǒng)機(jī)架系統(tǒng)主要由前后橫梁、支撐側(cè)板、雷達(dá)安裝1整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理架、伸縮套筒和噴藥支架組成。噴藥支架可以沿伸定點(diǎn)噴藥式狼毒草滅除裝置主要由機(jī)架系統(tǒng)、縮套筒前后移動(dòng)，并可

4、在相應(yīng)的位置固定，從而改變電控系統(tǒng)和噴藥系統(tǒng)組成，其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。雷達(dá)探頭和噴頭之間的距離，以適應(yīng)拖拉機(jī)不同的裝置通過三點(diǎn)懸掛與拖拉機(jī)后置連接，液泵動(dòng)行駛速度。機(jī)架系統(tǒng)三維模型如圖2所示。力由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸輸入。在作業(yè)過程中，雷達(dá)1.2噴藥及電控系統(tǒng)探頭不斷發(fā)射出超聲波，電控系統(tǒng)通過對(duì)超聲波反噴藥系統(tǒng)主要由動(dòng)力輸入軸、變速箱、膠帶輪傳射信號(hào)的識(shí)別和處理，判別出植株高度以及密度，并動(dòng)組、液泵、藥箱、濾清器、分流閥、電磁閥和噴頭組控制噴藥系統(tǒng)開閉。本裝置共有6條獨(dú)立的支路，成。藥液在液泵的作用下通過濾清器到達(dá)分流閥，［7］每條支路都由單片機(jī)單獨(dú)控制，互不干擾，實(shí)現(xiàn)分流閥有6個(gè)

5、獨(dú)立的出口，能保證6個(gè)出口的壓力收稿日期:2014-06-21修回日期:2014-08-22*“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2011BAD20B11)作者簡(jiǎn)介:趙建柱，副教授，主要從事現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備及車輛地面力學(xué)研究，E-mail:zhjzh@cau．edu．cn通訊作者:王國(guó)業(yè)，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備及車輛地面力學(xué)研究，E-mail:guoye@cau．edu．cn增刊趙建柱等:雷達(dá)識(shí)別狼毒草噴藥滅除裝置69表1雷達(dá)測(cè)距試驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab．1ＲadarrangingtestdataHs/mmHc/mmer/%Hs/mmHc/mmer/%4004307.51100

6、11201.85005306.0120012201.76006203.3130013302.37007101.4140014201.48008101.3150015402.79009000160016503.1圖2機(jī)架系統(tǒng)三維模型100010000Fig．23-Dmodelofframesystem2.1.2雷達(dá)錐形罩錐角確定相等，系統(tǒng)管路保持工作壓力。電控系統(tǒng)主要有信為了限制雷達(dá)探測(cè)范圍，避免無(wú)效信號(hào)干號(hào)采集、信號(hào)處理和控制執(zhí)行3部分，可有效控制噴擾，需安裝錐形罩，避免藥液多噴和亂噴，提高噴頭施藥。藥的準(zhǔn)確性。根據(jù)雷達(dá)間距、高度和狼毒草平均2自動(dòng)噴藥電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)尺寸，錐形罩錐角

7、確定方法如圖4所示。狼毒草植株平均尺寸為:高400mm、株徑400mm;圖中電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示，主要由雷達(dá)探L為雷達(dá)探頭間距，根據(jù)機(jī)架寬度和狼毒草株徑，測(cè)單元、信號(hào)處理單元和噴藥執(zhí)行單元組成。設(shè)計(jì)為430mm;H為雷達(dá)探頭距地面的垂直距離，θ為錐形罩錐角大小;設(shè)定雷達(dá)探測(cè)范圍交于狼毒草植株高度中點(diǎn)處。由圖4計(jì)算出的錐形罩錐角表達(dá)方程為L(zhǎng)θ=2arctan(1)2(H－200)根據(jù)式(1)可確定雷達(dá)錐形罩錐角為30°～34°，選擇中值32°。圖3電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Fig．3S