农业无人精准喷雾车的应用现状分析*

梁盛开，谢金冶，刘彬彬，施沛均，林 甄

(1.三亚学院，海南 三亚 572022；2.中国人民解放军91515部队)

0 引言

经济发展离不开农业，且我国是传统农业大国，在社会飞速发展的同时，农业科技的发展显得尤为重要。现阶段对精准农业喷雾的需求日益增大，为了推动机械化生产，无人设备进入农业已成为主流。无人精准喷雾车辆具有高效性，灵活性，操作安全等优点，其中，操作的效率是人工的数十倍。目前国内外都已开展研究农业无人精准喷雾器械(如图1)，其中农用无人精准喷雾车按动力模块可分为油动无人车和电动无人车。相对于电动喷雾车，油动的喷雾车优点为负载量大、续航时间长，油动车的喷雾泵压力更大，雾滴的穿透能力更强，有效吸附率更大，喷洒作业能力远胜于电动喷雾车；缺点是结构复杂，调试难度大，发动机寿命有不确定性，维护门槛、成本较高。电动喷雾车机械机构相对简单，易于控制，电调控制系统成熟，调试也方便，机械维护方便，但电动喷雾的载荷能力弱，工作时间短，电池的循环次数也有限，仅为2000次。

图1 巴西第三代自主式Arbus 4000 JAV喷雾机器人

1 喷雾技术

农药的雾滴喷洒是解决农场地病害的主要方式之一，但是人工作业方式费时费力，费水费药，效率低下安全系数也差。相比较，精准喷雾车有以下优点：

1) 超高的工作效率，且不受天气地形影响，运输方便。

2) 施药强度远大于人工作业，喷药能力和精准度也大大提高。大型喷雾泵产生的雾滴更细密，覆盖率更广，可对植株进行全方位覆盖[1-3]。

3) 节水省药。无人喷雾车能进行自动识别喷雾的范围，并自动进行施药量的判断进行喷药，全自动高效省时省力。

4) 快速部署能力强，针对作业农田进行地理位置勘探，进行定位路径规划即可生成作业方案。

5) 安全系数高，操作人员可远距离监视不接触机器以及药液。

6) 维护方便，模块化设计使得机器拆卸方便，维护便捷。

喷雾的类型国内普遍在用传统压力喷雾，使用动力模块基本为电动柱塞泵以及油动高压泵。经过大量研究以及实验证明，在传统压力喷雾方式基础上，加装静电发生模块，变成静电喷雾，能有效提高雾滴附着率，从而实现雾滴的全面覆盖，也能精准地喷到对应植株上。其中，静电喷雾分为接触方式产生电荷，感应方式产生电荷和电晕产生电荷。

2 施药技术

虽然国内西南部部分地区天气炎热水分充足，植物生长茂盛，但是针对某一植株，某一种状态的植物的施药，还是使用人工鉴别打理等方式。无人精准喷雾车灵活，识别鉴别效率高，可高效快速解决部分地区机械化不足等问题[4-8](如图2)。无人精准喷雾车工作时主要是先识别植株类型，再进行比对信息库内对应植株，得到药剂搭配的方案，方案信息传到主控中心进行处理，发出喷药以及配药指令，通过识别植株的位置或者需要喷雾的位置进行自动定点定向精准喷雾。

3 识别技术

在当代科技飞速发展的时代背景下，农业识别技术领域需求越来越大，植株识别技术发展任重而道远。在小成本研究开发的情况下，可在精准喷雾车上安装农作物以及植株识别模块(如图3)。小成本识别模块可用K210、Open mv和Open Cv进行图像识别，作业区域识别率高，单个植株分辨率也高，离线识别数据库庞大。也可通过使用Openmv视觉传感器进行机器人的巡线、定位、测距、功能区域划分等，可以根据农田场地需求灵活改动参数，以达到适应各类复杂地形的效果。

使用K210进行YOLOv2神经网络的复现，精准的目标检测，可以提高机器人的效率。采用低功耗的机器学习设备，可以在低成本的条件下，实现高精准的识别[9-14]。

图3 图像处理模块

4 结论

相比传统识别逻辑，传统识别模块基于树莓派或本地微型计算机运行opencv实现目标检测等算法，K210脱机运行，不影响主机性能。K210满功率运行总功耗低，成本更低，运行更稳定，且不需要更多地考虑散热问题。因此K210运用在机器人上，可以提高整机稳定性，不会因某些器件原因导致整机无法使用。模块化设计，K210的脱机运行可以更好地使我们的机器人在复杂环境下发挥效能[15-19]。现阶段，高效的农业机器需求量剧增，国家大力推进农业无人设备的发展，使无人设备在农业作业中得到推广及应用，但目前的无人设备都处于不完美阶段，存在大量问题，需要设备厂商之间相互兼容协调，调试与作业效率才能更高，使得问题更少，加速推动进入农业智慧科技时代。