科创中国

农、林、牧、渔业,农业

果树冠层均匀施药是果树病虫害防治中的重要保障。在传统果园中，由于果树乔化程度高、冠幅宽厚、空间郁闭等因素，导致施药面临进园难、药液穿透性不足等挑战，影响了施药沉积和分布的均匀性。为了有效解决这些问题，提出了一种创新的立体施药方法，采用小型地面施药装备与植保无人机的组合。在立体施药方法中，成功研发了一款适用于乔化果园的小型摆臂式喷雾机，通过其灵活的设计和机动性，能够更好地适应果树冠层的特殊环境。同时，将小型摆臂式喷雾机与植保无人机协同工作，构建了异步分层施药系统，实现对果树冠层的全覆盖。该成果不仅在乔化果园的实际植保作业中取得了显著效果，提升了施药的均匀性，同时也为果树病虫害防治提供了一套可行的技术方案和实用手段。此外，建立的评价模型为施药装备的经济性选型和节能增效考核提供了科学依据。

（1）研发了适用于乔化果园的组合分层式异步立体施药系统。针对立体施药系统需求分析，选用六旋翼植保无人机作为上部冠层的施药设备,并基于模块化设计思想成功研制出适用于下部冠层施药的摆臂式喷雾机。在此基础上，对摆臂式喷雾机和植保无人机施药风场及其与冠层的耦合作用进行分析，建立了面向组合异步立体施药模式的作业参数优选模型。通过理论作业参数在田间验证试验中获得的结果显示，立体施药系统相较于传统风送喷雾机，施药均匀性提高了38.3%，雾滴密度达到90～107个/cm2，实现了果树冠层的全覆盖均匀施药。 （2）提出了果园施药装备资源消耗与能效综合评价方法，弥补了现有研究中缺乏生产资源成本消耗计算与能效综合评估的不足。基于线性加权法，选择了单位面积作业用水量、用药量、用工量、作业时长和能耗等主要生产资源成本要素作为评价指标，构建了果园施药装备资源消耗评价模型。通过综合考虑技术、经济、资源、环境、社会和政策效益等因素，基于层次分析法构建了果园施药装备能效综合评价模型。评估结果显示，立体施药系统相较于传统风送喷雾机，资源消耗降低了23.9%，同时综合效益值提高了69.5%。

团队多年来一直致力于农业无人机精准对靶变量施药的相关研究工作，完成教育部基本业务经费重点项目“无人机对靶变量喷施作业技术研究”，形成了作业效果地面信息采集、喷雾效果检测、雾滴空间分布检测与雾场模型等成果。在十三五和十四五期间，团队主持了国家自然科学基金面上项目“多旋翼植保无人机施药风场与高秆作物的互作效应”（编号：32372006，2024.01-2027.12.），并参研了国家自然科学基金面上项目“基于激振音频的果树冠层叶密度在线检测机理及精量施药调控方法”（批准号 32171901，2022.01-2025.12）。同时，还主持完成了科技部重点研发计划课题“丘陵山区林果精准植保关键技术与装备优化研发”（编号：2018YFD0700603，2018.06-2020.12.），并承担了科技部重点研发计划“地面与航空高工效施药技术及智能化装备”（编号：2016YFD200700，2016.01-2020.12.）的子任务。在此研究期间，连续发表高水平期刊论文（SCI、EI）10 篇，申请相关发明专利 8 项。

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