农业机械学报

２００７年１月农业机械学报第３８卷第１期精准施药技术研究进展与对策傅泽田祁力钧王俊红【摘要】简述了当前国内外精准施药技术的主要组成部分——自动对靶喷雾技术，以地理信息技术和实时信息与采集２种系统为例，概括了国内外自动对靶喷雾技术的研究现状。并且根据我国国情提出了我国应该加大对精准施药技术研究资金投入，迫切需要技术和人才储备。

关键词：精准农业变量施药自动对靶喷雾技术中图分类号：Ｓ４９文献标识码：Ａ

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收稿日期：２００５０９０５

傅泽田中国农业大学副校长教授，１０００８３北京市祁力钧中国农业大学工学院副教授王俊红中国农业大学工学院硕士生

引言传统施药方式往往忽视一定区域内病虫害灾情的变化，采取一致的施药量，导致化学农药在部分作业区内用量不足，而在有些地方施量过度［１～２］。精准施药技术的核心是获取农田小区域内病虫草害的差异性信息，采取变量施药技术，按需施药［３～４］。本文概括了国内外自动对靶喷雾技术的研究现状，并根据我国的基本国情提出了我国应该加大对精准施药技术的研究资金投入，迫切需要技术和人才储备。精准施药技术的研究现状目前，在喷雾机上应用注入式混药系统、过滤系统、自清洗系统、无人驾驶喷雾机技术以及风送喷雾、静电喷雾、防漂移喷头、防风屏等技术，使喷雾机在更新结构、提高安全性能、药液在靶标上的附着率以及防治雾滴漂移方面都取得了明显的效果［５～６］。低量喷雾和微量喷雾通过减少雾滴直径的方法来提高喷雾质量，有效地减少了常量喷雾对环境的污染［７］。进入２１世纪后，在喷雾机上应用图像识别技术和３Ｓ技术，使自动对靶喷雾技术取得突破性进展。自动对靶喷雾技术主要有基于地理信息技术和实时信息采集与处理２种系统。自动对靶施药机械能够根据靶标的有无和靶标特征的变化有选择性地对靶施药，有效地提高农药在作物上的附着率，明显地减少农药在非靶标区域的沉降，获得了较好的施药效果，能够降低生产成本和减少农药对环境的污染［８］。

基于实时传感器的自动对靶喷雾技术

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喷杆、压力式变量喷雾装置、压力传感器和流量传感器等构成。

图３压力式无级变量施药喷雾机原理简图Ｆｉｇ．３Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｖａｒｉａｂｌｅｒａｔｅｃｈｅｍｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ１．ＣＣＤ摄像机２．药箱３、６、１４．电磁阀４．过滤器５．给药泵７．比例溢流阀８．雷达传感器９．嵌入式计算机１０．电源１１．比例减压阀１２．流量传感器１３．压力传感器１５．喷杆１６．压力式变量装置

计算机将处理结果通过Ｉ燉Ｏ模块把开关信号发送到每个喷雾单元上的电磁阀，电磁阀动作实现各喷雾单元喷雾和停喷，计算机将施药量信号通过Ｉ燉Ｏ模块发送给各喷雾单元上的比例减压阀，比例减压阀调节各喷雾单元的工作压力并通过压力式变量喷雾装置实现无级变量喷雾。压力式变量喷雾装置是随着喷雾压力的变化线性调节喷量，不仅可以较大幅度调节喷量，且雾化状态基本不变。可以较好地满足自动对靶压力式变量施药系统大幅度变量施药和保证喷雾质量不变的要求。

基于地理信息技术的自动对靶喷雾技术基于地理信息技术的自动对靶变量施药系统是精准农业的重要组成部分，它是以地理信息系统（ＧＩＳ）、全球定位系统（ＧＰＳ）、遥感技术（ＲＳ）、决策支持系统（ＤＳＳ）为基础，智能植保机械根据田间变异，对生产过程实施一整套精确定位、定量管理集成技术［１３］。该技术的一个重要的方面就是能根据要求动态改变作业参数。其数据流为：田间数据采集（航空成像、杂草检测识别系统）、图像数据处理、数据地图形成、数据文件拷贝，智能喷雾机在全球定位系统的支持下根据数据地图进行防治作业。

邱白晶［１４］等研制了一种基于地理信息技术的自动对靶变量喷雾控制装置，如图４所示。ＧＰＳ用来获得喷雾处方图的各个信息，对于病虫害而言，主要是获得与位置信息相关的病虫害空间分布信息。

ＧＩＳ用来完成实时数据和历史数据的分析和处理，

主要是建立自然条件、作物苗情、病虫害发生发展趋势等空间信息数据库和进行空间信息的地理统计处

０９１农业机械学报２００７年理，图形转换与表达等，为分析差异性和实施调控提供决策方案。在实施喷雾作业时，计算机控制台根据ＧＰＳ对装备的定位、雷达传感器传输的速度信息、

回路压力以及决策生成的信息，形成喷雾指令控制信号。计算机通过伺服阀控制流向喷杆的总流量，流量计用来实时检测系统流量，同时反馈到计算机控制台，实现闭环控制，提高系统的精度。

图４变量喷雾装备结构图Ｆｉｇ．４Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｖａｒｉａｂｌｅｓｐｒａｙｉｎｇ

精准植保施药技术发展对策与建议精准施药技术取得了长足发展，它代表了２１世纪精准农业的发展方向，但是，它仍然存在很多问题，如ＧＰＳ的定位精度、精度匹配等。

由图５、６可知［１５］，化学防治对农业病虫害起着举足轻重的作用，但是，由于农药使用技术不当和农药数量的增加也造成了许多问题。２０世纪８０年代后期以来，施药中毒人数呈上升趋势，农业部公布２０００年因施药中毒的人数高达８万之多［１６］。另外大

图５１９９６～２００２年我国机动喷雾（粉）机拥有量Ｆｉｇ．５Ｎｕｍｂｅｒｏｆｓｐｒａｙｅｒｄｕｒｉｎｇ１９９６～２００２

图６１９９６～２００２年我国农药使用总量Ｆｉｇ．６Ｔｏｔａｌｐｅｓｔｉｃｉｄｅｕｓｅｄｄｕｒｉｎｇ１９９６～２００２

量使用中、低毒性农药，在食物和环境中残留毒性的积累效应已日益成为严重问题。超过了环境对农药

的自然消解能力，形成了食物中有害毒素的积累，从不同来源的食品带来的有害物质在人体中的富聚，

导致了人类各种疾病的发生。据不完全统计，每年消耗在施药作业上的劳动力达４～５亿个，消耗的水资

源达２亿ｔ［１６］。通过对地下水污染源的调查，发现造成地下水以及地表水污染的主要原因是农药的污染［１７］。由于大量使用农药，害虫的天敌或其他益虫迅速减少，造成了每年农药使用量增加或作物的减产［１８～１９］。农药、化肥等农业化学物质的大量投入，已经对生态环境和人体健康造成严重危害［２０～２１］。所以要保持农业的可持续发展，减少农药对环境和人体的危害，发展精准植保施药技术是一个重要途径。

加大对精准植保科研资金的投入我国在这方面的科研投入比较少，农业生产率增长中科研成果的贡献率低于３０％。而发达农业国家的农业生产率中有６０％～８０％是靠新的科学技术成果来实现的［２２］。所以，国家应加大投资力度、进行科研立项，加强国内地区间的合作和企业、科研机构等单位的交流，并引进和吸收国外先进技术和经验，使我国精准植保技术得以普及推广。

加强对精准植保科学技术的储备目前，精准农业在发达国家已经被广泛承认，它是可持续农业发展的重要途径。精准农业技术能够满足越来越高的环保要求，实现了低量、精喷量、少污染、高功效、高防效［５］。其主要表现为：①更新结构和提高安全性。②提高药液在靶标上的附着率和防治雾滴漂移。③减少施药量，提高施药的精确性。而我国植保技术仍落后于发达国家，其主要表现在农药的有效利用率低、浪费大、流失严重［５，２３～２４］；其次是环境污染和人畜中毒严重［２４］。所以应该通过引进和吸收国外的先进经验，把测产、施肥等精准农业技术应用到植保科学技术上来，同时也应根据我国的基本国情开展农药精准使用技术研究。例如，根据我国目前农药有效利用率低、施药作业效率低和施药安全性低的现状，开展与喷雾质量有关的研究。根据国外植保机械发展趋势，开展植保机械的机电一体化研究。同时开发用于平原地区、水网地区、旱原区及高山梯田区，能满足不同农作物和病虫害防治的各种专用高效施药器械，实现精准喷雾作业［１６］。