變量噴藥技術(shù)在我國的研發(fā)及應(yīng)用情況

張亞華

摘要：變量噴藥技術(shù)有利于我國的環(huán)境保護(hù)和群眾的飲食健康，通過精準(zhǔn)、合理的噴藥方法，能有效減少農(nóng)藥的使用量，既節(jié)約了農(nóng)藥成本又改善了食品安全。介紹了我國變量噴藥技術(shù)的現(xiàn)狀及研究方法，說明了其實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：變量噴藥；農(nóng)業(yè)機(jī)械；環(huán)境保護(hù)；飲食健康

中圖分類號(hào)：S49文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.05.012

植保機(jī)械作為農(nóng)業(yè)機(jī)械的組成部分，其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著重要的作用，我國生產(chǎn)和研發(fā)農(nóng)藥的技術(shù)位于世界前列，但植保機(jī)械的發(fā)展仍處于較落后階段。目前，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所使用的植保機(jī)械大多數(shù)已不能適應(yīng)高效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要，急需快速的更新?lián)Q代。根據(jù)我國農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展的要求，我國植保作業(yè)的機(jī)械化程度應(yīng)提高到50%以上，這對植保機(jī)械提出的要求是極大的。

同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們也越來越重視飲食的健康和環(huán)境的保護(hù)，很多機(jī)構(gòu)也開始致力于控制農(nóng)藥過度殘留和環(huán)境污染所導(dǎo)致的公眾健康問題。我國是農(nóng)藥的使用大國，每年使用的農(nóng)藥近100萬t，但是平均使用效率卻不足40%，其多余農(nóng)藥會(huì)造成大量的殘留及污染，這不僅使得農(nóng)藥大量浪費(fèi)，還嚴(yán)重影響了人身健康及環(huán)境保護(hù)。因此，變量噴藥技術(shù)作為新型的按需噴藥技術(shù)受到了農(nóng)業(yè)工作人員及環(huán)保部門的重視。

1變量噴藥技術(shù)簡介

變量噴藥技術(shù)是農(nóng)業(yè)機(jī)械根據(jù)所工作的土壤、氣候、作物生長情況等因素自動(dòng)調(diào)節(jié)投入物料速率的一種技術(shù)，它源于精確農(nóng)業(yè)思想，是精確農(nóng)業(yè)中非常重要的一項(xiàng)研究內(nèi)容，目前在播種、耕作、施肥、除草、除蟲、灌溉等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。隨著GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的發(fā)展，精確的實(shí)時(shí)定位，更能得到保證，將其應(yīng)用于自動(dòng)噴藥機(jī)在農(nóng)田工作時(shí)的實(shí)時(shí)定位，再將預(yù)先的噴藥方案和噴藥機(jī)的位置信息進(jìn)行結(jié)合，更容易對噴藥機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，從而獲得最佳噴藥量的方案。

2我國變量噴藥技術(shù)應(yīng)用情況

2.1現(xiàn)狀

我國于20世紀(jì)末提出精確噴藥的概念，當(dāng)時(shí)主要依托于遙感技術(shù)和地理信息技術(shù)進(jìn)行控制，主要研究對象為小麥、玉米、棉花和水稻等的施藥量和施藥方法的研究。到目前為止，我國噴藥機(jī)械的研究也已經(jīng)到了一個(gè)比較實(shí)用的階段，現(xiàn)階段比較成熟的噴藥技術(shù)包括自動(dòng)對靶噴霧技術(shù)、風(fēng)送噴霧技術(shù)、靜電噴霧技術(shù)、低量噴霧技術(shù)和均勻噴霧技術(shù)等，并結(jié)合了自動(dòng)控制技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)，研究并制造了一批較成熟的噴藥機(jī)械。如今，隨著環(huán)保意識(shí)和飲食健康認(rèn)識(shí)的加強(qiáng)，變量噴藥技術(shù)逐漸被重視起來。由于我國的農(nóng)作物種植集約化、規(guī)模化程度較低，所以我國的變量噴藥技術(shù)提出的比較晚，同時(shí)因?yàn)檫€處于向農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的道路上，大范圍的推廣變量噴藥機(jī)械技術(shù)存在著現(xiàn)實(shí)的困難，想要廣泛應(yīng)用此技術(shù)仍是一個(gè)長遠(yuǎn)的目標(biāo)。我國現(xiàn)階段的變量噴藥機(jī)械的研制主要是以適應(yīng)我國農(nóng)村土地現(xiàn)狀進(jìn)行研究的，用以適應(yīng)小地塊、小區(qū)域種植的特點(diǎn)。現(xiàn)階段的研究也取得了一定的進(jìn)展，例如：農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化精準(zhǔn)噴藥設(shè)備，可以利用GPS系統(tǒng)準(zhǔn)確定位田間雜草的位置，并結(jié)合先進(jìn)的視覺識(shí)別技術(shù)作出確切的除草噴藥方案，此方案可結(jié)合噴藥機(jī)械的運(yùn)行速度，噴出藥液的流量和壓力信息的反饋，通過專用變頻器來調(diào)節(jié)噴藥機(jī)上電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電壓，以達(dá)到控制噴藥嘴流量，最終達(dá)到變量施藥的效果。

2.2主要方法

2.2.1壓力控制法

壓力控制法是指通過調(diào)節(jié)噴藥系統(tǒng)內(nèi)部的壓力實(shí)現(xiàn)變量噴藥控制的方法。該系統(tǒng)可通過攝像機(jī)或是雷達(dá)傳感器獲取需要的環(huán)境信息，同時(shí)通過壓力傳感器和流量傳感器測出實(shí)時(shí)的壓力和流量數(shù)據(jù)，進(jìn)而確定噴藥量，再通過控制系統(tǒng)將信息傳遞給減壓閥，通過減壓閥來調(diào)節(jié)每個(gè)噴頭的工作壓力和流量，從而達(dá)到變量噴藥控制的要求。壓力控制法的優(yōu)點(diǎn)是：能夠很好的根據(jù)噴藥裝置進(jìn)行速度的變化和環(huán)境的實(shí)施情況來自動(dòng)控制噴藥量，具有較高的精確度。

2.2.2脈寬調(diào)制法

脈寬調(diào)制法是指通過改變驅(qū)動(dòng)線圈的脈寬信號(hào)的占空比實(shí)現(xiàn)變量噴藥控制的方法。該方法可實(shí)現(xiàn)噴藥量隨著系統(tǒng)的脈寬變化而變化，進(jìn)而達(dá)到變量噴藥技術(shù)的要求。此方法可以在穩(wěn)定的噴藥壓力之下，通過調(diào)節(jié)噴藥頭的流量來控制噴藥范圍和噴出顆粒的大小，此系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。

2.2.3滯環(huán)控制法

滯環(huán)控制法就是給噴藥量設(shè)定一個(gè)范圍，通常設(shè)置在0.9～1.1倍之間，在工作時(shí)的噴藥量小于0.9倍的預(yù)定噴藥量時(shí)，系統(tǒng)將加大電動(dòng)閥門的打開程度，進(jìn)而加大噴藥量；當(dāng)工作時(shí)噴藥量大于1.1倍的預(yù)定噴藥量時(shí)，系統(tǒng)將減小電動(dòng)閥門的打開程度，從而減小噴藥量；當(dāng)工作時(shí)的噴藥量介于兩者之間時(shí)，電動(dòng)閥門的打開程度不變。該系統(tǒng)需要提前設(shè)計(jì)好作業(yè)區(qū)域的噴藥量，再通過自動(dòng)控制系統(tǒng)計(jì)算噴藥機(jī)行進(jìn)速度和噴藥量之間的關(guān)系，使得單位面積的噴藥量保持一致。該方法仍處于研究改進(jìn)階段。

2.2.4PID控制法

PID控制法就是調(diào)節(jié)控制規(guī)律為比例、積分、微分控制的方法，它將預(yù)定的噴藥壓力值和傳感器獲取的實(shí)際工作壓力值的差值作為輸入量，通過控制方法的計(jì)算得到電液比例閥的電壓輸出量，進(jìn)而通過調(diào)節(jié)比例閥的打開程度實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制的目的。再根據(jù)傳感器獲得的速度和流量信息計(jì)算出噴藥差異輸入量，通過模糊處理后控制電動(dòng)球閥的電壓量，從而實(shí)現(xiàn)變量噴藥控制的目的。

3結(jié)束語

變量噴藥技術(shù)對我國的環(huán)境保護(hù)和人民的飲食健康有積極的作用，雖然現(xiàn)階段想要快速普及變量噴藥技術(shù)仍存在著一定的困難，但是隨著時(shí)代的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，變量噴藥技術(shù)一定會(huì)廣泛的普及和應(yīng)用起來。

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