2021中国农业农村重大新装备基于LIDAR探测的果园自动仿形精准变量喷雾机
新型农机 让“药尽其用”不是梦
果树喷雾进行化学防治是当今果园最普遍的植保方式，保证良好喷雾质量的施药是果园实现高产、稳产的有利保障，据统计，果园施药作业的工作量约占果树管理总工作量的30%左右，是最费工时却又非常重要的作业项目，施药作业质量效果会直接影响果品质量及产量。
我国是水果生产及食用大国，果园种植面积已连续多年位居世界第一， 据国家官方数据显示，2021年我国水果产量共计29611万吨，果园种植面积达12962千公顷，农村果园种植业的稳定发展为增加农民收入、优化农业产业结构和加速新农村建设做出了突出贡献，目前，我国果园病虫害防治手段仍以喷施化学农药为主，然而不可回避的现实是，当前我国植保机械落后，农药有效利用率不足40%，造成农产品农药残留超标、农药浪费等问题。因此利用精准施药技术与新型变量喷雾机的优化集成是我国植保领域未来的重点发展方向。
为进一步提高农药利用率，提高果园喷雾机自动化与精准喷雾作业性能，中国农业大学药械与施药技术研究中心在多年研究探索的基础上，成功研制出基于LIDAR（light detection and ranging，LIDAR激光扫描传感器）探测的果园自动仿形精准变量喷雾机，突破了果树不同部位冠层结构与风量和喷雾量难以匹配的难题，提高了农药有效利用率，降低了喷雾作业过程中农药雾滴飘移与流失，该机械被中国农学会评为2021年中国农业农村重大新装备之一。
（基于LIDAR探测的果园自动仿形精准变量喷雾机）
270°广角扫描 实现自动仿形
果树树冠是一个立体空间的靶标，冠层内部结构与边界轮廓具有多边无序的特点。不同生长期、不同部位的枝叶茂密程度与叶面积指数并不相同，最理想的施药效果是喷雾机输出的风量和喷雾量与果树不同部位的冠层结构相匹配，实现仿形喷雾效果，即降低喷雾作业过程中农药雾滴飘移与流失，提高农药有效利用率。
基于LIDAR探测的果园自动仿形精准变量喷雾机的最大亮点就是采用扫描角度270°的LIDAR作为探测装置，靶标探测准确率≥90%，可实现实自动对靶喷雾，“有靶标时进行喷雾，没有靶标不喷雾” 的作业要求，还可依果树冠层结构实现喷量和风量可调，从而实现精准喷雾，解决果园农药用量大、农药利用率不高等问题，与传统果园喷雾机相比，节省施药液量40%以上。
（基于LIDAR探测的果园自动仿形精准变量喷雾机田间作业）
“扫 建 决 算 调”五大环节 无死角喷雾
激光扫描传感器就是根据果树冠层分布特点，从扫描树冠轮廓、建模、决策、计算风量喷雾量到实时调节风机转速和喷头流量，实现高效无死角精准喷雾。该机识别距离0-10米；喷雾决策响应时间≤0.5秒；最小识别间距0.3米；用方木作为人工靶标模拟冠层密度，结果显示测量误差可控制在10%以内。
（雷达三维探测）
（冠层结构分析）
（变量喷雾决策）
传统果园风送喷雾机的发散式喷雾方式，使冠层上部着药量明显偏低；对于定向风送喷雾机，不同冠层高度上沉积分布不均，喷头等高位置的雾滴沉积高于其他位置。这就导致喷施的农药大部分没有形成有效防治，而是脱离靶标流失到周围环境中，不仅造成农药的严重浪费，而且带来环境污染、农产品安全等负面影响。而仿形变量喷雾机能够根据树冠特征实时调节喷雾参数，纵向沉积呈仿形分布；与传统风送喷雾机和定向风送喷雾机相比，仿形变量喷雾机的雾滴飘移分别减少23.2%和42.7%，地面流失分别减少67.4%和58.8%。
（基于LIDAR探测的果园自动仿形精准变量喷雾机雾滴沉积垂直分布测试）
除此之外，基于LIDAR探测的果园自动仿形精准变量喷雾机的控制软件设有自动控制、手动控制和强制测试三种工作模式，具有良好的人机交互界面，方便操作，可实时查看系统作业参数，还具有暂停、恢复及树冠参数实时记录等附加功能，便于后期数据的分析与处理。
应用广阔 前景良好
基于LIDAR探测的果园自动对靶仿形精准变量喷雾机目前已经在北京、吉林、河北、河南、山东、浙江、安徽、湖北、新疆等十多个省市进行了示范应用和推广，累计推广相关技术和产品580多台套，应用面积在6万多亩，成果转化项目合计金额3258万多元。