精确对靶喷药试验台架的改进设计开题报告

1. 研究目的与意义

自新中国成立以来，我国的农业生产取得了很大的成就，在这客观的成就中，施药技术功不可没，但是人们在使用农药过程中存在着许多问题，比如在施药过程中人们忽视了田间作物信息的差异性以及使用手段落后，使得大量农药流失到非靶标环境中，造成人畜中毒和环境污染，导致食品的污染和生态平衡。

传统农药使用方法效率低下，严重破坏生态环境，因此研究基于机器视觉和图像处理的农药精确施用技术是农林业的研究热点。精确对靶施药作为农作物，树木等主要的除病虫害方式，在我国植保措施中具有十分重要的作用。随着研究的不断深入，现有的室内农药喷雾试验台已不能满足要求，因此拟在此基础上重新设计改进以便更好地模拟室外真实环境下的农药施用情况。

2. 国内外研究现状分析

目前，国外主要有两种方法实现对靶施药：一是使用图像识别技术。该系统由摄像头、图像采集卡和计算机组成。计算机把采集的数据进行处理，并与图像库中的资料进行对比，确定对象时草还是庄稼，何种草等等，以控制系统是否喷药。二是采用叶色素光学传感器。该系统的核心部分由一个独特的夜色素光学传感器、控制电路和阀体组成。阀体内还有喷头和电磁阀。当传感器通过测试叶色素判别有草存在时，控制喷头对准目标喷洒除草剂。目前只能在裸地上探测目标，可依据要确定传感器数量，组成喷洒系统，用于果园的行间护道，沟旁和道路两侧喷洒除草剂。例如，美国伊利诺依大学农业工程系田磊等人开发的基于机器视觉的西红柿田间自动杂草控制系统和基于查分GPS的施药系统；美国加利福利亚大学戴维斯分校研制的基于视觉传感器对成行作物实施精量喷雾系统等。

相对于国外而言，我国在这方面科研投入较少，对靶喷雾技术的研究也刚刚起步，大多还停留在实验室研究阶段，还没有产品形成产业进入大规模的实际生产应用当中。南京林业大学从1999年开始在林木业上进行基于树木图像处理的精确施药技术的探索。江苏大学从1995年就开始对靶喷雾的实验研究，主要采用红外探测技术和图像处理探测等手段。吉林工业大学1999年也开展了棉田病虫毒害的图像识别处理研究工作，华南农业大学于2004年开展了基于超声波探测的果树仿形喷雾研究。进入21世纪后，国内也有很多新的技术在兴起，主要有：机器人技术，中国农业大学应用机器人技术完成温室精确対靶机器人。红外传感探测技术，中国农业大学邓巍等人也对自动对靶喷雾的红外探测做了研究。机器视觉技术，南京林业大学的葛玉峰等建立了基于机器视觉的室内农药自动精确喷雾系统，对信号采集、图像处理、施药决策、数据交换、等主要问题做了较深入的研究，提出了基于相对色彩因子的树木图像分割算法，和传统方法比，在不影响分割效果的同时大大提高了图像分割的实时性。测试表明该系统运行良好，有很好的户外应用前景。

3. 研究的基本内容与计划

随着研究的不断深入，现有的室内农药喷雾试验台已不能满足要求，因此拟在此基础上重新设计改进以便更好地模拟室外真实环境下的农药施用情况。主要研究精确对靶实验室内测试系统的总体设计及零部件强度校核，以及其运动模拟装置，图像采集装置，自动精确施药装置的设计，还有试验台具体单元设计（包括运动台架的设计、电动机架的设计、喷头移动组合台架的设计、摄像头的多方位拍摄改进设计、变频器调控板的安放设计、水泵的位置优化）与药液回收利用设计。

时间安排：

1月12日至2月23日 收集资料、文献；撰写开题报告；

4. 研究创新点

在实验过程中，喷头喷射出的农药，难免会有许多浪费，研究设计一种采集装置，收集喷射剩余的药液，来节约资源，减少浪费和污染，能够回收利用。并且可以研究将喷头改为组合型喷头，可以喷射出不同形式的药液，已适应不同形状的植物。