农用植保机械的变量喷药技术特点与发展趋势分析

丁建华

(黑龙江省农业机械工程科学研究院，哈尔滨 150081)

0 引言

农业是国民经济的基础，在现代化的农业生产过程中，农业机械发挥了巨大的作用，植保机械作为农业机械的一种，其广泛应用有效替代了传统的人工植保模式，使农业植保作业的效率和安全性都得到了显著的提高。随着植保机械的大量应用，机械化作业的弊端也逐渐显现，由于传统的植保机械作业无法准确分辨病虫草害的严重程度，只能采取同等施药量的方式进行防治，存在着在同一片田地中某些病虫草害严重区域农药喷施量不足，而很多地块用药量过度的问题，不仅影响了植保作业的实际效果，更对农业生产环境造成了危害。随着社会的环保意识增强，农业植保中的变量喷药技术得到了更深入的研究，并逐渐得到应用，变量喷药技术不仅能提高农药喷施效果，更有利于减少农药使用量，使农业生产在更合理的方式下实施。

1 变量喷药技术的研究与应用

我国对于变量喷药技术的引进和研究相对起步较晚，近年来，在农业机械技术和农药技术快速发展的情况下，变量喷药技术的研究也取得了快速的发展，很多专业人士和农机科研人员在精准施药、变量喷雾等方面取得了显著的成果。江苏大学利用多种传感器获取喷药系统的速度、压力、流量等信息，并结合GPS系统进行分析，由内嵌式计算机处理并快速形成喷施方案，实现对不同喷头喷施的变量控制要求；野秀玉等人对模糊控制的变量喷药系统进行了深入的研究，并设计出了可根据农田实际情况控制农药喷施量的控制系统，利用模糊理论控制执行机构调节阀，实现喷施量的快速改变[1]；李慧琴等人设计了对喷药机的变量控制系统，通过分析摄像头采集的信息结合定位坐标，形成准确的喷药量优化方案，喷药机构可根据方案调整流量和喷施方向，实现了变量喷药和对靶喷药的技术要求[2]。总体来看，我国的变量喷药技术理论研究开展较为丰富，但在实际生产中的应用仍比较少。

2 变量喷药技术的工作模式

现阶段，应用于植保机械的变量喷药技术主要有两种实施模式，一是具备作业方案的变量喷施作业。在进行喷药作业之前，通过视觉设备、传感器、人工数据采样等多种方式结合GIS、GPS系统对需要进行植保作业的耕地进行详细的农作物生长情况采集，并通过信息技术进行汇总，形成具有农作物病虫草害特征的区域网格图(如图1所示)，通过计算机分析不同位置的信息，形成具体的作业方案，由植保机械在作业过程中结合GPS技术对不同坐标位置的农作物执行变量喷雾作业。二是具备传感器实时监测的变量喷药作业。利用传感器技术和视觉技术实时获取土壤、作物、病虫害等信息，并根据实时测量结果指导变量喷施作业，实时监测的变量喷药作业对整个控制系统的运算能力和反应速度要求较高，现阶段应用精准度仍有待提升。

图1 变量喷药作业方案网格图

3 变量喷药机械的技术特点

随着农村地区基础设施建设的逐步完善，植保机械作业所能依托的先进技术不断增多，现阶段我国农业生产中已经可以充分利用遥感技术、卫星定位技术、监测技术完成更加科学的生产模式，具备变量喷药功能的植保机械也普遍配备了GPS天线和数据接收处理终端，从而保证变量喷药功能的实施。目前，可应用的变量喷药机械作业模式以具备作业方案的变量喷施作业为主，当植保机械在田间作业时，驾驶员在驾驶室中可以通过显示器观察不同地域的喷施方案，随着机具行驶到不同的田间位置，处理器会根据预设的方案控制喷药机调整喷洒量，变量喷药机的喷施作业流程如图2所示。在生产过程中农药的浓度通过自动混药装置进行控制，喷施的农药量需要结合速度传感器获取的行驶速度和农药浓度综合计算形成方案，通过气泵和流量阀共同控制药液流量的大小，实际喷施量通过流量传感器进行监测，并由计算机系统自动记录不同坐标位置的实际喷施量，以供使用者和技术人员查看。

4 变量喷药技术的发展趋势

4.1 进一步提高对环境变化的适应能力

从现阶段的变量喷药机械技术来看，大多数的研究针对于获取田间的病虫害信息开展，进而针对病虫草害的发生情况改变喷药量，这种方案在自然条件良好的状态下能够合理实施，但当自然界的风力、温度变化较大时，可能导致农药的漂移和附着效果减弱等问题，因此，在现阶段的变量喷药参数分析技术上，结合实时的气候条件测量技术，并配套防漂移喷头等设备，能够进一步提高喷施的准确性，降低环境条件变化对喷施效果的影响。

图2 变量喷药机的喷施作业流程

4.2 加强先进喷施技术的综合应用

变量喷药技术的实施重点在于根据田间情况合理改变喷药量，这有利于提高农药的利用率，如果在此技术上，能够进一步结合其他先进的农药喷施技术，则能够使喷药机械的喷药效果进一步增强。例如，在变量喷药机械上配套高雾化喷施技术，能够有效提高农药的作用面积，提高病虫害的防治效果；将静电喷雾技术应用到变量喷药技术上，使雾滴具备一定的静电吸附特性，有利于药物在农作物的喷施正面和背面均匀附着。

4.3 优化实时监测变量喷药效果

尽管从目前来看，通过传感器和视觉设备进行实时监测的变量喷药技术存在精确度不足的问题，但这主要是受到技术先进性的制约，其本身的技术路线并不存在问题，相对于预先具备作业方案的变量喷施作业而言，实时监测的变量喷药技术有利于实现作业工序的进一步简化，而且实时监测而获得的数据，相对于预先设计的方案也更为合理，因此，从目前的实时监测变量喷药技术的不足之处出发，解决信息获取精确度、数据运算延迟、喷洒系统反应延迟等问题，从根本上提高变量喷药的实际效果，也是变量喷药技术合理化发展的有效途径。

5 结语

变量喷药技术是农业机械化植保作业由粗放型向精确型转变的重要技术，其合理化应用对农业发展的影响很大，从变量喷药技术的理念来看，十分符合农业可持续发展的战略要求，而且能够进一步提高生产效率和防治效果。因此，农业管理部门也应积极加强对变量喷药技术的普及推广，为该技术的推广与应用创造有利条件，以帮助我国农业的植保作业模式实现快速提升。