亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        智能化作物株間機(jī)械除草技術(shù)分析與研究

        2019-12-22 02:30:58趙潤(rùn)茂唐靈茂姚臘梅
        農(nóng)機(jī)化研究 2019年6期
        關(guān)鍵詞:雜草智能化機(jī)械

        伍 同,曾 山,趙潤(rùn)茂,唐靈茂,杜 攀,姚臘梅

        (華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院/ 南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州 510642)

        0 引言

        雜草控制是農(nóng)作物植保過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),也是各國(guó)科研人員的研究熱點(diǎn)。在除草控制的研究中,雜草的控制方法主要分為化學(xué)除草、人工除草和機(jī)械除草。化學(xué)除草成本低,但除草劑殘留污染環(huán)境,甚至危害人體健康[1];人工除草的方式勞動(dòng)強(qiáng)度大,且除草效率較低,成本較高[1]。對(duì)于蔬菜類等食用有機(jī)農(nóng)作物生產(chǎn),只能采用機(jī)械除草和人工除草方式。隨著計(jì)算機(jī)與人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展,智能化機(jī)械除草成為一種更為可行的選擇[2]。智能化作物株間除草技術(shù),即除草機(jī)械系統(tǒng)具有智能性,能夠識(shí)別作物或雜草并獲取定位信息和密集度等情況,從而精準(zhǔn)去除雜草[3]。

        普通中耕期除草技術(shù)主要是除去行間雜草,實(shí)際上株間雜草更接近作物,但與行間除草不同,作物的存在導(dǎo)致除草區(qū)域不連續(xù)。株間除草對(duì)作物傷害較大,通常采用的方式是人工除草。智能化機(jī)械除草技術(shù)包括行間和株間除草技術(shù),智能、環(huán)保且高效。目前,該除草技術(shù)難點(diǎn):一是作物與雜草分類技術(shù);二是作物定位與避苗控制技術(shù)。近些年,隨著地理信息系統(tǒng)(GIS)、傳感器和圖像處理技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的成功應(yīng)用,機(jī)械化除草裝備研發(fā)也趨于智能化,但目前很多智能化除草技術(shù)的研究仍然處于理論研究和實(shí)驗(yàn)室理想環(huán)境下。

        對(duì)于智能化行間除草技術(shù),很多研究成果已經(jīng)轉(zhuǎn)化到農(nóng)業(yè)實(shí)際操作上,技術(shù)相對(duì)較為成熟;然而,對(duì)于智能化株間機(jī)械除草,還是一個(gè)全新的范疇。常規(guī)的株間除草方式有3種:①土壤直接覆蓋;②切斷雜草的根莖;③將草連根拔起。對(duì)于株間除草來說,任何一種方式都需要先對(duì)雜草和作物定位,然后控制機(jī)械避開作物同時(shí)除去雜草。這是株間除草技術(shù)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn),導(dǎo)致株間除草技術(shù)發(fā)展較為緩慢。因此,展開智能化株間除草技術(shù)和裝備的研究十分迫切。

        1 傳統(tǒng)株間機(jī)械除草技術(shù)

        傳統(tǒng)株間除草裝置指的是設(shè)計(jì)特殊機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行除草作業(yè),如指形除草機(jī)和扭桿除草機(jī);但是,以上兩種機(jī)械結(jié)構(gòu)都必須與其他除草機(jī)械聯(lián)合使用,作業(yè)時(shí)容易損傷作物。有研究者設(shè)計(jì)出刷狀除草機(jī)械,按方向可分為垂直和水平。其中,水平刷狀只對(duì)控制行間雜草起作用,垂直刷狀除草機(jī)既可對(duì)行間進(jìn)行作業(yè)又可適應(yīng)株間除草。然而,該除草方式損傷率較高[4],且需要大量工作準(zhǔn)備作為前提[5]。

        傳統(tǒng)株間除草機(jī)械多數(shù)都是從行間除草裝置上衍生而來。Rasmussen和Kouwenhoven研究了操作時(shí)間、作業(yè)速度、彈性齒角度、雜草種類及雜草生長(zhǎng)時(shí)期等一系列因素受耙式除草影響[6]。Mattson等研究了旋轉(zhuǎn)鋤的除草效果[7],Meyer等研究出一種裂根鋤[13],在土壤濕度較大、較緊的情況下,也能取得較為理想的效果。但是,傳統(tǒng)的除草機(jī)械都必須懸掛在拖拉機(jī)或者除草車上,大大增加了勞動(dòng)量,降低了勞動(dòng)效率。

        日本研究機(jī)構(gòu)和農(nóng)機(jī)企業(yè)研制了多種水田除草機(jī)械,其株間除草部件類型主要有轉(zhuǎn)動(dòng)彈齒盤、轉(zhuǎn)動(dòng)傘狀盤、擺動(dòng)梳齒和固定除草鋼絲[8]。農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研制了2BYS-6型水田中耕除草機(jī)[9],該機(jī)水稻田除草行間雜草平均除凈率能達(dá)到78.1%,中耕深度4.39cm,作物損傷率小于6.89%。

        2 株間機(jī)械除草關(guān)鍵部件

        瓦格寧根大學(xué)[10](1996)研發(fā)了一種株間雜草控制系統(tǒng),該裝置由直徑300mm垂直旋轉(zhuǎn)圓盤構(gòu)成,圓盤上裝有兩個(gè)或多個(gè)除草刀,如圖1所示。旋轉(zhuǎn)式耙齒除草機(jī)僅能切斷土壤表面的雜草,其除草效果并不理想。

        圖1 旋轉(zhuǎn)式耙齒圓盤除草Fig.1 Rotating disc tine

        哈爾姆斯塔德大學(xué)(Halmstad University)(2005)開發(fā)了一種株間雜草控制系統(tǒng)[11],如圖2所示。除草機(jī)構(gòu)利用垂直于作物行的旋轉(zhuǎn)輪割除株間雜草,通過機(jī)器視覺識(shí)別作物,檢測(cè)到作物時(shí),旋轉(zhuǎn)輪被氣壓缸驅(qū)動(dòng)提升從而避免損傷作物,旋轉(zhuǎn)輪避開作物后將被放下進(jìn)行除草作業(yè)。

        圖2 旋轉(zhuǎn)輪式除草系統(tǒng)Fig.2 Rotating wheel

        比薩大學(xué)(Pisa University)研發(fā)了一種株間雜草控制系統(tǒng)[12],由通過鏈條連接的齒狀圓盤除草部件和籃狀除草部件組成,如圖3所示。工作時(shí),通過加裝在機(jī)具后部的柔性桿實(shí)現(xiàn)株間除草,操作人員能通過轉(zhuǎn)向輪控制橫擺耙橫向轉(zhuǎn)動(dòng)。

        圖3 株間雜草控制的旋轉(zhuǎn)耙Fig.3 Rolling harrow with the elastic tines attached for intra-row weed control

        波恩大學(xué)(Bonn University)在虛擬環(huán)境中開發(fā)了一種株間除草系統(tǒng)[13],利用懸置于作物上方的沿水平軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)鋤實(shí)現(xiàn)除草,如圖4所示。

        圖4 旋轉(zhuǎn)鋤Fig.4 Rotary hoe

        旋轉(zhuǎn)式圓盤鋤的除草部件是一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的圓盤,為了在株間除草時(shí)避免損傷作物,該旋轉(zhuǎn)圓盤邊沿處被切掉一部分,形成一個(gè)缺口[14],如圖5所示。Dedousis等[15]研究結(jié)果表明:以1m/s的速度對(duì)150mm株距的卷心菜進(jìn)行除草作業(yè),圓盤除草區(qū)域達(dá)95%,80%的雜草可得到有效控制,且對(duì)作物的損傷率低,未見有卷心菜被圓盤切傷而死。

        圖5 旋轉(zhuǎn)式圓盤鋤(不帶行間除草刀)Fig.5 Prototype guided rotating disc hoe without inter weeding unit

        Home研制的株間中耕系統(tǒng)由“鴨腳”形行間除草刀和株間除草刀構(gòu)成[16],株間除草刀可做來回運(yùn)動(dòng),如圖6所示。該系統(tǒng)使用機(jī)器視覺來區(qū)別雜草和作物,當(dāng)檢測(cè)到作物時(shí),株間除草刀收攏;未檢測(cè)到作物時(shí),電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)凸輪使株間除草刀展開。根據(jù)Home[16]研究,該系統(tǒng)對(duì)作物的損傷與作物株距和作業(yè)速度相關(guān)性很大,隨著株距減小或作業(yè)速度增加,損傷率隨之增加。

        圖6 自動(dòng)除草機(jī)器和株間除草刀Fig.6 Autonomous vehicle with intra-row mechanism and intra-row blade

        北海道大學(xué)的Masaki TERAWAKI[17]研制了一種能在甜菜地自動(dòng)苗間刀控制系統(tǒng),如圖7所示。系統(tǒng)主要包括CCD相機(jī)、計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器及間苗刀,兩把苗間刀呈“V”型使其能夠閉合或者打開,如圖7所示,但系統(tǒng)對(duì)雜草的控制效果未見報(bào)道。

        圖7 甜菜除草間苗刀Fig.7 Automatic weeding thinner

        日本生研中心[18]研發(fā)的果園中耕除草機(jī)安裝在拖拉機(jī)后部三點(diǎn)懸掛的液壓驅(qū)動(dòng)式偏移型作業(yè)機(jī)械上,除草作業(yè)部件通過主架和支撐臂連接拖拉機(jī)右側(cè),主架通過液壓油缸伸縮可調(diào)節(jié)除草作業(yè)部件的偏移量,如圖8所示。該除草機(jī)可在樹枝伸展的果園中進(jìn)行植株間的機(jī)械除草。

        圖8 果樹除草機(jī)Fig.8 Weeder of the orchard

        3 機(jī)器人智能化株間除草技術(shù)

        Radis Mechanisation(2010)團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種在繞軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)械臂上安裝有除草刀株間雜草控制系統(tǒng)[19]。該除草機(jī)械的不足之處在于作物檢測(cè)傳感器精度不高,不能準(zhǔn)確區(qū)分作物和雜草,且其作業(yè)速度只有3 km/h(0.77 m/s)。奧斯納布呂克大學(xué)與Amazone Werke合研制了一種機(jī)械除草控制系統(tǒng)[12],能除去株間和行間雜草[20]。張春龍等設(shè)計(jì)出一種除草AGV小車平臺(tái)[21],在小車上安裝一個(gè)三爪鋤草機(jī)械手,如圖9所示。小車的仿真實(shí)驗(yàn)表明:為有效避免苗株損傷,在作物行兩邊各安裝一組除草機(jī)械手時(shí),該系統(tǒng)鋤草率可達(dá)90%以上,但未見田間試驗(yàn)結(jié)果報(bào)道。

        圖9 三爪鋤草機(jī)器人Fig.9 Weeding robot with three-finger manipulator

        近年來,傳感器和機(jī)器人技術(shù)成為研究熱點(diǎn),使得依托于這兩種技術(shù)的除草技術(shù)也得到發(fā)展,國(guó)內(nèi)外研究人員開展了許多研究。例如,為進(jìn)行葉菜類移栽初期的除草,日本島根大學(xué)和兵庫縣立中央農(nóng)業(yè)技術(shù)中心從1991年開始共同進(jìn)行了機(jī)器人株間除草的研究[22],由立體視覺檢測(cè)雜草的三維位置,控制除草刀將雜草及其周圍的土一起挖走。Karl D.hanse等研發(fā)了一套在甜菜地中能夠?qū)ψ魑锒ㄎ蛔R(shí)別的系統(tǒng)[23],該系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)視覺,在甜菜地里對(duì)作物進(jìn)行定位識(shí)別,但目前只能應(yīng)用于雜草生長(zhǎng)初期,且識(shí)別精度不高。

        Hong Young Jeon等[24]開發(fā)了一種機(jī)器人雜草控制系統(tǒng),由攝像機(jī)、機(jī)械臂和雜草控制機(jī)構(gòu)組成,如圖10所示。除草時(shí),上層鋸盤先切斷雜草,之后下層在雜草切面上涂上除草劑。據(jù)報(bào)道,該系統(tǒng)在攝像機(jī)視野內(nèi)除草成功率為83%。

        圖10 雜草控制機(jī)構(gòu)Fig.10 Machine of weeding control

        塞維利亞大學(xué)(Universidad de Sevilla)M. Pérez-Ruiz等研發(fā)出適用于移植農(nóng)作物的株間除草刀自動(dòng)控制系統(tǒng)[25],如圖11所示。該系統(tǒng)基于實(shí)時(shí)GPS系統(tǒng)來自動(dòng)檢測(cè)作物地理位置,并控制1對(duì)除草刀除草路徑,使之沿著行中心線在作物間運(yùn)動(dòng)。試驗(yàn)在加利福利亞番茄地中以0.8~1.6km/h的速度行進(jìn),結(jié)果證明:只要操作者靠近作物區(qū)域范圍在±0.5cm內(nèi),則速度0.8km/h時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)差為0.9cm,速度1.6km/h時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)差為1.39cm。

        圖11 番茄除草刀路徑控制系統(tǒng)Fig.11 Tomato weed knife path control system

        南京林業(yè)大學(xué)進(jìn)行了機(jī)械臂除草研究(陳勇 等,2007;郭偉斌 等,2009),設(shè)計(jì)的除草機(jī)器人由本體、多關(guān)節(jié)機(jī)械臂、末端執(zhí)行器及攝像頭等組成。工作時(shí),機(jī)器人通過視覺導(dǎo)航沿作物行自主行走,識(shí)別出雜草后接近目標(biāo)雜草并執(zhí)行除草任務(wù),除草刀盤高速旋轉(zhuǎn)切割雜草莖葉,再將除草劑涂抹到斷莖茬斷面上,然后繼續(xù)前行。

        Lin Chen等[26]提出了一種除草平臺(tái)的自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng),如圖12所示。機(jī)器人在株間行走除草時(shí),末端執(zhí)行器不隨底盤姿態(tài)變化而傾斜。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:調(diào)平后割草刀的傾斜度低于0.25°,橫滾俯仰角低于9°,但僅適用于大白菜和洋蔥除草。

        圖12 除草機(jī)器人自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)Fig.12 Levelling system for weeding robot

        日本福井大學(xué)和南昌航空大學(xué)[27]聯(lián)合研制了一款水田機(jī)器人來進(jìn)行水田除草[18]的理論模型,設(shè)計(jì)了一個(gè)機(jī)械臂安裝在小車上,利用立體相機(jī)觀察稻田,傳遞處理信息給稻田機(jī)器人,從而達(dá)到遠(yuǎn)程控制機(jī)器人去除雜草的目的。機(jī)器人主要具備3種能力:①在水田中作業(yè)時(shí)能探測(cè)到障礙物;②智能化操作和移動(dòng);③所有的作業(yè)均能通過遙控來進(jìn)行。水田除草機(jī)器人如圖13所示。

        圖13 水田除草機(jī)器人Fig.13 Weeding robot for paddy field

        奧爾胡斯大學(xué)的Bo Melander等[28]在洋蔥地和白菜地分別做了兩個(gè)對(duì)比試驗(yàn),以除草和收獲效果為準(zhǔn)。在兩塊作物地智能除草試驗(yàn)中,僅能估計(jì)除草效果。試驗(yàn)結(jié)果顯示:智能化除草系統(tǒng)在該試驗(yàn)中與簡(jiǎn)單除草方式有差異,其在不需要人工操作的情況下能夠有效控制雜草。試驗(yàn)裝置如圖14所示。

        圖14 智能株間機(jī)械除草刀Fig14 intelligent mechanical intra-row weeder

        4 總結(jié)和展望

        本文對(duì)國(guó)內(nèi)外智能化機(jī)械株間除草技術(shù)做了綜述,并對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了介紹和評(píng)價(jià)。然而,目前國(guó)內(nèi)對(duì)智能化株間機(jī)械除草技術(shù)與機(jī)具的研究還較少,主要集中在株間機(jī)械除草機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究,至今未見有成熟的智能化株間除草系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)實(shí)踐。存在的主要問題有:

        1)目前智能農(nóng)業(yè)已經(jīng)成為各大高校及相關(guān)科研機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn),也有較多研究成果面世;但是,多數(shù)都是從某個(gè)方面來解決部分問題,沒有從農(nóng)業(yè)機(jī)具的整套系統(tǒng)角度來著手研究,絕大部分研究都偏向于圖像處理領(lǐng)域,在實(shí)際應(yīng)用中還存在一定問題。

        2)識(shí)別并定位作物是目前株間機(jī)械除草的重點(diǎn)和難點(diǎn)。農(nóng)田作物行不像工業(yè)自動(dòng)化軌道那樣可以做到幾近直線或路徑比較規(guī)整,植株也不像工件那樣可以做到標(biāo)準(zhǔn)化,各植株間差異較大,所以作物識(shí)別與定位成為一大難題。解決這一問題有很多方法,可使用傳感器、機(jī)器視覺和GPS定位技術(shù)等。就目前的研究程度來說,傳感器能很好地區(qū)分雜草和作物,但精度有待提高;基于機(jī)器視覺技術(shù)的研究又受當(dāng)前圖像采集、傳輸和算法處理速度的影響,導(dǎo)致作業(yè)效率不高,且田間環(huán)境多變,識(shí)別算法沒有較好的適應(yīng)性;GPS定位技術(shù),其系統(tǒng)較為復(fù)雜,成本昂貴,作業(yè)時(shí)需要精確的路徑圖,在田壟間作業(yè)也不靈活,目前還難以得到廣泛應(yīng)用。

        3)目前,對(duì)于株間機(jī)械除草技術(shù)的研究主要集中在像蔬菜等一些植株較矮的作物上,機(jī)械可以橫跨在農(nóng)田上進(jìn)行作業(yè)。像果園類等植株較高的作物,相關(guān)理論研究報(bào)道較少,這類作物都要求機(jī)械能夠在植株之間工作,由作物的側(cè)面進(jìn)入進(jìn)行除草作業(yè),靠近作物時(shí)退出避免損傷作物。

        通過以上問題分析不難發(fā)現(xiàn):在現(xiàn)有的一些研究中,雖然應(yīng)用了自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行作物定位跟蹤,但其精度難以滿足株間除草的需要。因此,研究結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的株間機(jī)械除草裝置和可靠的控制系統(tǒng)、通過低成本傳感器實(shí)現(xiàn)高精度自動(dòng)作業(yè),有助于加速株間機(jī)械除草技術(shù)的研究進(jìn)度與應(yīng)用推廣。隨著算機(jī)圖像處理算法的不斷更新,深度學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用更加廣泛,智能化株間機(jī)械鋤草技術(shù)也將會(huì)迎來更大的發(fā)展機(jī)遇,把各種作物、和雜草的相關(guān)特征參數(shù)做成數(shù)據(jù)庫,實(shí)現(xiàn)作物株間機(jī)械除草在線實(shí)時(shí)控制,目前存在的作物識(shí)別與定位的難題將會(huì)得到更好的解決,全過程自動(dòng)高效高質(zhì)量的作物株間機(jī)械除草將不難實(shí)現(xiàn)。

        猜你喜歡
        雜草智能化機(jī)械
        智能化戰(zhàn)爭(zhēng)多維透視
        軍事文摘(2022年19期)2022-10-18 02:41:14
        拔雜草
        印刷智能化,下一站……
        調(diào)試機(jī)械臂
        簡(jiǎn)單機(jī)械
        基于“物聯(lián)網(wǎng)+”的智能化站所初探
        機(jī)械班長(zhǎng)
        按摩機(jī)械臂
        石油石化演進(jìn)智能化
        能源(2015年8期)2015-05-26 09:15:56
        水稻田幾種難防雜草的防治
        免费一区二区三区视频狠狠| 亚洲国产成人片在线观看 | 久久久久亚洲av无码专区网站 | 成年人男女啪啪网站视频| 邻居人妻的肉欲满足中文字幕| 亚洲精品久久久www小说| 国产精品一区二区久久| 国产三级国产精品三级在专区 | 青春草在线视频精品| 亚洲一本二区偷拍精品| 色婷婷五月综合激情中文字幕| 无套内谢的新婚少妇国语播放| 亚洲中文字幕av天堂| 青草草视频在线观看华人免费| 亚洲精品国精品久久99热| 亚洲狠狠婷婷综合久久| 久久久久亚洲AV无码专区一区 | 日本高清中文字幕二区在线| 精品久久久少妇一区二区| 久久久久亚洲av无码专区首jn | 很黄很色的女同视频一区二区| 精品国产拍国产天天人| 欧美日韩国产一区二区三区地区| 青青草免费在线视频导航| 国产毛片av最新视频| 亚洲色欲综合一区二区三区| 国产自产c区| 中文字幕人妻互换激情| 成人免费无遮挡在线播放| 国产极品美女高潮无套在线观看 | 久久精品国产精品亚洲| 自拍偷自拍亚洲精品播放| 亚洲人av毛片一区二区| 男女视频在线观看一区| 国产福利酱国产一区二区| 亚洲国产精品综合久久20| 国产91成人精品高潮综合久久| 成人国产精品一区二区视频| 亚洲不卡无码高清视频| 少妇被躁到高潮和人狍大战| 精品一区二区三区免费视频|