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激光测量喷雾飘移量估算模型构建与系统研发

激光测量喷雾飘移量估算模型构建与系统研发

作者：张真山东农业大学

学位级别：硕士

病虫草害防治是我国农业生产过程中重要的田间作业之一。为实现对各种灾害的有效防治,需要对田间进行高效的农药施用工作。在施药过程中或施药后的一段时间内,药液喷洒过程中所形成的细小雾滴在不受外力控制的条件下容易在大气中迁移到... 详细信息

病虫草害防治是我国农业生产过程中重要的田间作业之一。为实现对各种灾害的有效防治,需要对田间进行高效的农药施用工作。在施药过程中或施药后的一段时间内,药液喷洒过程中所形成的细小雾滴在不受外力控制的条件下容易在大气中迁移到非靶标区域,从而造成非靶标区的农药残留,造成地表水资源污染问题。测量喷雾飘移能够指导设定喷雾作业参数,以减少环境污染,同时指导施药缓冲区域设定。因此寻找高效的喷雾飘移量测量技术有十分重要的意义。本文在国内外相关学者的研究基础上,设计了利用多层激光扫描技术进行喷雾探测的方法,并建立了激光累计回波量与喷雾飘移量之间的关系模型,并应用关系模型开发了针对喷雾飘移量测量这一应用场景的数据处理系统。本文主要研究内容及结论如下:(1)针对现有植保喷雾飘移收集测量方式中试验用品无法重复利用、大量消耗人力及时间等问题。设计利用激光扫描技术对植保喷雾过程中顺风飘移喷雾进行探测,解决了喷雾飘移测量试验用品损耗率高且采集方式复杂的问题,减少了数据采集过程中对人力及时间的消耗。(2)针对现有植保喷雾飘移测量中收集样品易受污染、处理过程复杂、数据获取周期长等问题。利用试验数据建立了喷雾飘移量估算模型,实现了喷雾飘移采集样品相关数据的快速获取,并通过试验验证所得数据间存在相关关系。(3)针对激光测量喷雾飘移试验中无法实现实时数据处理及飘移量估算问题,研发了喷雾飘移量估算系统,能够实现数据获取、数据处理、喷雾飘移量估算、计算飘移特征值及飘移测量截面图像绘制及比对功能。实现了激光扫描数据的快速处理,改善了被动飘移收集器样品处理复杂的问题。用户能够对喷雾测量截面雾滴分布情况进行观察,并通过比对不同喷雾条件或时间节点下喷雾面图像差异观察喷雾面变化情况。(4)针对现有植保喷雾飘移测量中收集样品数据存储计算不便的问题,在喷雾飘移量估算系统中添加了被动收集试验数据处理模块,实现了对被动收集样品收集的快速存储及计算。

关键词：激光扫描喷雾飘移估算模型风洞试验

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飘移控制喷雾喷头的设计与试验仿真

飘移控制喷雾喷头的设计与试验仿真

作者：范小博内蒙古农业大学

学位级别：硕士

我国目前是世界上最大的农药使用国,大量化学农药的使用虽然使粮食得到了持续稳定的增产,但也给环境带来了严重的污染,每年受农药所污染的土地占全国耕地面积的1/7以上。农药的过量使用,不仅给自然环境造成了巨大的危害,而且给人类的生... 详细信息

我国目前是世界上最大的农药使用国,大量化学农药的使用虽然使粮食得到了持续稳定的增产,但也给环境带来了严重的污染,每年受农药所污染的土地占全国耕地面积的1/7以上。农药的过量使用,不仅给自然环境造成了巨大的危害,而且给人类的生存发展带来了严重的威胁。喷施方法落后、施药装置及制作工艺不完善是导致农药过量使用的主要原因。农药使用过程中,大多以药液雾化喷洒方式为主,而喷雾喷头对药液雾化具有决定性的作用,其性能的优劣直接影响到喷雾的质量,关系到整个植保机具和全系统运行的可靠性、经济性。与发达国家相比,目前我国制造的植保喷头,品种少,质量差,“跑、冒、滴、漏”现象严重。喷头内腔直径、V形槽角和相对切深是喷头内部的重要结构因素,对喷头喷雾性能有着重要的影响。本文按照此三种结构因素分成三组,保证每组其中两个因素不变改变另外一个因素,通过对比研究各因素对喷雾性能的影响。以扇形喷头为基础,使用Solidworks软件建立了具有不同结构因素的三维模型,并使用3D打印技术,选用高精度的打印材料进行了喷头实物制作。使用计算流体动力学(CFD)仿真软件Fluent对喷嘴内部流场进行了模拟仿真。在Fluent的前处理软件Gambit中进行网格划分,将划分好网格的mesh文件模型导入Fluent中,设置好各项条件参数后得出各喷头中心面上的压力场与速度场图像。为了更好地进行比较,提取喷头中心线上的压力与速度数据,使用Matlab软件将各组喷头中心线上的压力与速度曲线绘制在同一图形中,仿真结果表明随着内腔直径的增大,喷头内部压力先减小后增大,内部流体速度先增大后减小然后又有增大的趋势;随着V形槽角的增大,喷头内部压力逐渐减小,内部流体速度逐渐增大;相对切深对喷头内部的压力和速度影响较大,随着相对切深增加,喷头内部压力急剧减小,速度明显增大。最后将各喷头安装在喷雾试验台上通过试验验证。通过图像法测量了各喷头的喷雾角,然后在试验台上对各喷头的流量进行了测量;使用V形集雾槽,采用分布变异系数对各喷头的喷雾均匀性进行了检测;最后通过网格采样纸采样的方式,使用农药沉积光学测定仪测量了各组喷头喷雾飘移沉积均匀性。

关键词：喷雾飘移沉积农药防治数值建模 Fluent仿真喷雾均匀性

高分子助剂在减少农药飘移中的应用及研究进展

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农药科学与管理 2023年第9期44卷 30-35页

作者：黄桂珍郑丽叶嘉烘曹冲张磊黄啟良中国农业科学院植物保护研究所北京100193 汕头市深泰新材料科技发展有限公司广东汕头030801

使用桶混助剂调控药液物理化学特性来改变其性质,是减少农药飘移损失的重要措施。随着植保无人飞机及其施药技术的迅速发展,高分子助剂在提高农药制剂及对靶剂量传递性能等方面得到广泛应用。本文综述了农药飘移的三种基本类型,分析了... 详细信息

使用桶混助剂调控药液物理化学特性来改变其性质,是减少农药飘移损失的重要措施。随着植保无人飞机及其施药技术的迅速发展,高分子助剂在提高农药制剂及对靶剂量传递性能等方面得到广泛应用。本文综述了农药飘移的三种基本类型,分析了飘移的过程行为及规律机制,概述了高分子助剂减少农药飘移的研究与应用进展,并提出了发展建议。为高分子助剂的合理使用提供技术依据,为农药减施增效和提高有效利用率提供技术支撑。

关键词：高分子助剂喷雾飘移植保无人飞机农药利用率

多旋翼植保无人机喷施新烟碱类杀虫剂对蜜蜂的飘移风险

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植物保护学报 2021年第3期48卷 477-482页

作者：闫晓静石鑫刘晓慧杜亚辉杨代斌袁会珠中国农业科学院植物保护研究所北京100193

为明确植保无人机喷施新烟碱类杀虫剂对非靶标生物蜜蜂的飘移风险,在田间试验场景下,比较分析多旋翼植保无人机和背负式电动喷雾器喷施新烟碱类杀虫剂时的雾滴飘移量及对蜜蜂的影响。结果表明:应用背负式电动喷雾器和多旋翼植保无人机... 详细信息

为明确植保无人机喷施新烟碱类杀虫剂对非靶标生物蜜蜂的飘移风险,在田间试验场景下,比较分析多旋翼植保无人机和背负式电动喷雾器喷施新烟碱类杀虫剂时的雾滴飘移量及对蜜蜂的影响。结果表明:应用背负式电动喷雾器和多旋翼植保无人机进行施药作业时,距离施药区下风向5 m处的雾滴飘移率分别为0.50%和23.98%;而多旋翼植保无人机施药时,即使距离施药区下风向17 m处的雾滴飘移率仍高达2.79%,且多旋翼植保无人机施药时的飘移总量显著高于背负式电动喷雾器。喷施新烟碱类杀虫剂时,应用背负式电动喷雾器作业时距离下风向5 m处的蜜蜂在施药后1 d内的死亡数量为75头,分别是距离下风向17 m处和对照组的2.4倍和1.8倍,施药后2~8 d内蜜蜂的死亡数量与对照组无明显差异;应用多旋翼植保无人机作业时距离下风向5 m处的蜜蜂在施药后1 d内的死亡数量为4 721头,分别是距离下风向17 m、29 m处和对照组的3.0倍、6.1倍和112.4倍,施药后2~8 d内蜜蜂的死亡数量明显降低,但距离施药区较近的蜜蜂其死亡数量明显高于对照组,表明多旋翼植保无人机喷施新烟碱类杀虫剂对蜜蜂存在较高的飘移风险。

关键词：植保无人机喷雾飘移新烟碱类杀虫剂蜜蜂

环境风速及飞行参数对多旋翼植保无人机雾滴飘移特性的影响

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植物保护学报 2021年第3期48卷 546-553页

作者：石鑫陈奕璇杜亚辉刘晓慧杨代斌袁会珠闫晓静中国农业科学院植物保护研究所北京100193

为评估植保无人机低空低容量施药下的喷雾飘移风险,以国内市场主流机型电动多旋翼植保无人机为施药机械,研究不同环境风速及飞行参数(高度和速度)下喷雾雾滴飘移特性,构建雾滴飘移率与飘移距离之间的函数关系,并将测试结果与侧风速度及... 详细信息

为评估植保无人机低空低容量施药下的喷雾飘移风险,以国内市场主流机型电动多旋翼植保无人机为施药机械,研究不同环境风速及飞行参数(高度和速度)下喷雾雾滴飘移特性,构建雾滴飘移率与飘移距离之间的函数关系,并将测试结果与侧风速度及飞行参数进行相关性分析和回归分析。结果表明:在温度为16.5~25.2℃,相对湿度为21.7%~64.4%的条件下,植保无人机喷雾地面雾滴飘移率与下风向距离的关系满足指数函数λ=a·ebx,相关系数R2均大于0.914;在侧风速度为1.1~7.0 m/s的条件下,雾滴累计飘移率在13.0%~56.2%之间,90%飘移雾滴沉降在喷雾区下风向7.0~27.3 m距离范围内;侧风速度、飞行高度均与雾滴累计飘移率和90%累计飘移距离呈极显著正相关,且3个因素对雾滴飘移率的影响大小为侧风速度>飞行高度>飞行速度,对90%累计飘移距离的影响大小为飞行高度>侧风速度>飞行速度,对喷幅内沉积率的影响大小为飞行高度>侧风速度>飞行速度。研究结果可用于多旋翼植保无人机实际作业中雾滴飘移风险的控制及飘移缓冲距离的确定。

关键词：多旋翼植保无人机施药参数喷雾飘移缓冲距离

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同尺寸异型喷头潜在飘移特性风洞试验研究

农机化研究 2021年第11期43卷 157-164页

作者：张付杰冯帅辉陈立平张瑞瑞李龙龙昆明理工大学农业与食品学院昆明650500 国家农业智能装备工程技术研究中心北京100097

为探究脉宽调制变量喷雾系统对同尺寸异型喷头的潜在飘移特性影响,选取Hardi ISO F110-03标准扇形雾喷头、Teejet XR 110-03扇形雾喷头、Hardi MD 110-03微飘喷头和Teejet AIXR 110-03防飘喷头,在IEA-II型风洞内,通过聚乙烯收集线和Spra... 详细信息

为探究脉宽调制变量喷雾系统对同尺寸异型喷头的潜在飘移特性影响,选取Hardi ISO F110-03标准扇形雾喷头、Teejet XR 110-03扇形雾喷头、Hardi MD 110-03微飘喷头和Teejet AIXR 110-03防飘喷头,在IEA-II型风洞内,通过聚乙烯收集线和Spraytec雾滴粒径仪研究了4种喷头的雾滴谱、雾滴相对分布跨度、飘移量和飘移潜在指数。试验结果表明:雾滴谱与喷头型号相关,XR扇形雾喷头VMD最小,为164.37μm,AIXR防飘和MD微飘喷头与ISO F标准扇形雾喷头相比,VMD分别增加88.91%和96.60%;XR扇形雾喷头喷出的雾滴相对分布跨度最小,为1.54,相比ISO F标准扇形雾喷头增加16.76%,其喷雾雾滴更均匀;随着垂直方向高度的降低和水平方向距离的减少,4种喷头的归一化飘移量均增加,AIXR防飘喷头归一化飘移量平均值最小,为1.21×10^(4),相比ISO F标准扇形雾喷头减少72.99%,XR扇形雾喷头归一化飘移量平均值最大,为4.17×10^(4),相比ISO F标准扇形雾喷头增加10.61%;AIXR防飘喷头雾滴粒径较大,雾滴飘移指数最小,防飘效果最显著。该研究可为农业田间实际生产中防飘施药技术应用提供依据。

关键词：喷雾飘移脉宽调制雾滴粒径飘移潜在指数

多旋翼植保无人飞机施药飘移规律及对蜜蜂的风险评估研究

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多旋翼植保无人飞机施药飘移规律及对蜜蜂的风险评估研究

作者：石鑫中国农业科学院

学位级别：硕士

植保无人飞机低空低容量喷雾模式比地面施药器械存在较高的飘移风险。为探究植保无人飞机喷雾飘移规律及对非靶标生物的影响,本文采用田间测试方法,测定了侧风风速和施药参数（高度和速度）对多旋翼植保无人飞机雾滴飘移的影响,并对多... 详细信息

植保无人飞机低空低容量喷雾模式比地面施药器械存在较高的飘移风险。为探究植保无人飞机喷雾飘移规律及对非靶标生物的影响,本文采用田间测试方法,测定了侧风风速和施药参数（高度和速度）对多旋翼植保无人飞机雾滴飘移的影响,并对多旋翼植保无人飞机喷施噻虫·高氯氟微囊悬浮-悬浮剂对蜜蜂的飘移风险和风险控制技术进行研究。主要结论如下:（1）研究了多旋翼植保无人飞机的雾滴飘移影响因素,发现不同施药参数（高度和速度）下,地面雾滴飘移率与飘移距离均满足指数函数关系模型;在平均侧风风速1.1-7.0 m/s范围内,多旋翼植保无人飞机喷雾累计飘移率在13.0-56.2%之间,90%雾滴累计飘移距离在7.0-27.3 m之间;据此推算植保无人飞机田间作业在平均风速为3级（含）以下（即≤5.4 m/s）时,应至少预留20m的安全缓冲距离以避免药液飘移而产生的危害;喷幅内沉积率与风速、高度和速度呈负相关关系,侧风风速及飞行高度均能显著影响雾滴飘移率及飘移距离,且雾滴飘移率主要受到侧风风速的影响。（2）比较了多旋翼植保无人飞机和背负式电动喷雾器两种施药器械喷施噻虫·高氯氟微囊悬浮-悬浮剂对蜜蜂的影响,研究结果表明应用背负式电动喷雾器进行施药作业时,下风向5 m处的雾滴飘移率不足1%;应用多旋翼植保无人飞机在玉米大喇叭口期施药时,在距施药区5 m处的雾滴飘移率为23.98%,17 m处的飘移率仍高达2%,表明多旋翼植保无人飞机施药时的飘移总量显著高于背负式电动喷雾器;分别用植保无人飞机和背负式喷雾器进行施药,距离背负式电动喷雾器施药区5 m处的蜂群在药后1天内的死亡数量为75只,分别是17 m处和对照组的2.4倍和1.8倍,药后2-8天内蜜蜂的死亡数量与对照组无明显差异;距离植保无人飞机施药区下风向5m、17 m和29 m处的蜂箱在药后1天内的死亡数量分别为4721只、1571只和778只,是对照组死亡数量的112.4倍、37.4倍和18.5倍;药后2-8天内,蜜蜂的死亡数量显著降低,但距离施药区越近的蜂群,其死亡数量仍明显高于对照组,表明多旋翼植保无人飞机施药对蜜蜂存在较高的飘移风险。（3）在施药区与飘移区种植10 m宽的玉米隔离带后,隔离带下风向区域的雾滴飘移率小于1%;暴露2小时后,距施药区下风向10 m、20 m和40 m处蜜蜂的飞行强度均显著低于对照组,在暴露后第三天开始恢复并逐渐趋于正常水平;对于设置隔离带的处理组,在整个观测期内,蜂群飞行强度与对照组基本一致,表明高3 m×宽10 m的隔离带可以有效拦截多旋翼植保无人飞机施药飘移,降低对蜜蜂飞行状态的影响。

关键词：植保无人飞机喷雾飘移化学农药蜜蜂