Китайские исследователи разработали и оценили самоходный опрыскиватель с переменной нормой на основе LiDAR для решения проблемы неэффективности традиционного внесения с постоянной нормой. Система динамически регулирует расход пестицида в режиме реального времени, используя модель расчета объема полога и адаптивный механизм задержки распыления, синхронизированный со сканированием LiDAR и скоростью движения.
В связи с растущим глобальным спросом на безопасность пищевых продуктов и экологическую устойчивость современное сельское хозяйство сталкивается с беспрецедентными вызовами в плане повышения эффективности производства при минимизации воздействия на окружающую среду.
Защита растений, как важнейшая мера обеспечения урожайности и качества фруктов в садах, следует в ногу со временем – опрыскиватели, например, становятся «умнее».
Традиционные садовые опрыскиватели обычно работают с постоянной нормой внесения, игнорируя значительные различия в структуре, плотности и размере полога у отдельных деревьев. Такой подход «по принципу универсальности» часто приводит к значительным отходам пестицидов из-за сноса и стока при распылении, что приводит к загрязнению окружающей среды, потенциальным угрозам безопасности пищевых продуктов и увеличению экономических затрат для производителей.
Для решения этих проблем технология точного земледелия предлагает многообещающее решение с помощью опрыскивателей с переменной нормой внесения. Основная концепция заключается в определении изменчивости сельскохозяйственных культур и выполнении соответствующих целевых операций. Для опрыскивания садов это подразумевает определение характеристик полога в реальном времени для динамической регулировки производительности опрыскивания, достигая «опрыскивания по требованию». Ключ к реализации этой технологии заключается в быстром и точном получении структурных параметров полога. Среди этих параметров объем полога широко признан комплексным показателем, который отражает как размер полога, так и его плотность и тесно коррелирует с потребностью в пестицидах.
Среди различных сенсорных технологий для обнаружения растительного покрова, LiDAR (Light Detection and Ranging) оказался особенно подходящим для опрыскивания с переменной интенсивностью.
Благодаря активному захвату трёхмерных облаков точек растительного покрова с высоким разрешением, LiDAR надёжно работает в условиях изменяющейся освещённости. Эта возможность точного картирования объёма растительного покрова в режиме реального времени позволяет напрямую и точно регулировать интенсивность опрыскивания, что является основой эффективного целевого применения.
Многочисленные исследования продемонстрировали осуществимость переменного распыления на основе LiDAR, например, для опрыскивания яблони, в том числе, с использованием высокоскоростного лазерного сканирующего датчика. Эта система регулирует выход распыления каждой форсунки в режиме реального времени в соответствии с наличием цели и характеристиками крон, такими как высота, ширина и плотность листвы, измеренными LiDAR, для удовлетворения конкретных потребностей целевых деревьев.
Однако из-за большого объема данных облака точек, получаемых с помощью LiDAR, и необходимости быстрого извлечения характеристик деревьев при опрыскивании с переменной нормой в реальном времени, к алгоритмам онлайн-обработки данных предъявляются более высокие требования.
В исследовании Аньхойского научно-технического университета и Нанкинского лесотехнического университета разработан самоходный многоканальный опрыскиватель, оснащенный датчиком LiDAR и системой управления в реальном времени. Инновация заключается в интеграции механизма компенсации задержки, адаптивного к скорости, и многопоточной архитектуры программного обеспечения, что обеспечивает надежное и точное распыление с переменной скоростью в реальных условиях сада.
Экспериментальные результаты продемонстрировали эффективную работу: оценка объема полога достигла низкой общей погрешности 2,84%, что позволило принимать точные решения о распылении. Система управления дозировкой показала среднюю погрешность 8,78%, а адаптивная система среагировала в течение 160 мс (миллисекунд), различая целевые зазоры размером до 75 мм.
Испытания на осаждение подтвердили равномерное покрытие внутри полога и минимальный снос. Система оказалась практичным решением для значительного сокращения использования пестицидов, эксплуатационных расходов и воздействия на окружающую среду, что означает существенный прогресс в точном управлении садом.
На фото вы видите садовый самоходный опрыскиватель с переменной нормой внесения 1. Пульт дистанционного управления опрыскивателем; 2. Лидар; 3. Промышленный управляющий компьютер; 4. Группа электромагнитных клапанов; 5. Шкаф управления; 6. Распылитель; 7. Датчик скорости; 8. Пятипортовые форсунки.
Источник: Agronomy 2025, doi.org/10.3390/agronomy15122709