科创中国

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针对丘陵果园传统大型施药装备入园难、施药劳动强度大、作业效率低及药液浪费严重等问题，根据丘陵果园农艺特点和病虫害防治需求，设计一种丘陵果园自走式小型靶标跟随喷雾机，可配合植保无人机作业，提升果树冠层药液覆盖效果。喷雾机上集成靶标探测追踪系统与自主导航系统，靶标跟随喷雾机构采用双喷头联动式设计，喷雾角度与高度的调节范围根据雾滴运动规律进行确定，实现了果园植保自主作业。果园试验结果表明，对靶喷雾时果树冠层不同高度叶片正面的平均雾滴沉积个数变异系数为34.22%，同一高度不同采样点叶片正面的平均雾滴沉积个数变异系数为34.56%，相比于非对靶喷雾，喷施用水、地面流失与冠后飘移流失量分别降低了26.70%、84.93%和53.50%，在减少药液浪费的同时，有效提高了果树冠层中下部叶片正面的雾滴分布均匀性。

（1）根据雾滴运动规律及丘陵果园农艺特点，设计双喷头联动式靶标跟随风送喷雾系统，完成小型靶标跟随喷雾机的样机试制，并在样机上集成自主导航系统及靶标探测追踪系统，实现了喷雾机的果园自主作业。 （2）果园单侧喷雾试验表明，对靶喷雾时果树冠层不同高度叶片正面的雾滴沉积个数变异系数为34.22%，果树上、中、下3层各采样点叶片正面的雾滴沉积个数变异系数分别为21.43%、27.28%、54.98%，平均变异系数为34.56%，相比于非对靶喷雾，可有效提高冠层不同高度及冠层内外叶片正面的雾滴分布均匀性；相同作业面积时，对靶喷雾可节省26.70%的用水量，减少84.93%的地面流失量以及53.50%的冠后飘移流失量，有效减少了药液的浪费。 （3）果园双侧喷雾试验显示，果树冠层不同高度叶片正面的雾滴沉积个数变异系数为4.83%，叶片背面变异系数为28.52%，叶片正反面平均变异系数为16.68%，表明相比于非对靶喷雾，对靶喷雾可有效提高果树冠层不同高度叶片正反面的雾滴分布均匀性，满足果树冠层中下部叶片正面受药需求，验证了丘陵果园自走式小型靶标跟随喷雾机的性能。

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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