CN107036943A - 一种基于作物孔隙率相似性的雾滴沉积测试方法及测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于作物孔隙率相似性的雾滴沉积测试方法，根据作物植株群体形态选定沉积测试区域，在群体植株不同层位叶片孔隙率测量的基础上，将群体作物植株抽象成由高到低的多个层位，通过不同的排列组合方式使抽象简化层位的叶片孔隙率与实测叶片孔隙率相同。为适应不同喷雾模式下叶片雾滴沉积特性的测试，根据需要将叶片抽象为三个形状尺寸相同且相互垂直的几何体。本发明还涉及了一种基于作物孔隙率相似性的雾滴沉积测试装置，包括机械支架、植株抽象叶片阵列、行走底盘、喷雾系统和控制单元。本发明实现了不同作物、不同生长形态和不同喷雾方式下三维空间中雾滴沉积量的测试，同时易于实现测试过程的标准化。
Description
技术领域
本发明涉及植保机械技术领域，尤其是涉及一种基于作物孔隙率相似性的雾滴沉积测试方法及测试装置，以适应不同作物、不同生长形态和不同喷雾模式下雾滴沉积量的测试。
背景技术
喷雾机械作业过程中雾滴在靶标上沉积分布的均匀性，是衡量喷雾质量的重要指标之一。现代农艺要求通过合理密植来提高产量，由于密植作物生长的中后期形成高郁闭度冠层，作物枝叶茂密，无法通过收集水敏纸或者滤纸上的药液雾滴来判断作物在某一时期选择何种喷雾模式最理想。
经对现有技术文献的检索发现，实用新型专利“一种隧道式喷雾的空间雾滴沉积量测试装置”，专利申请号201320560978.4，公开了一种尺寸可变式空间测试装置，尤其是涉及一种尺寸可变式空间雾滴沉积量测试装置，实现了在隧道式喷雾中雾滴在可变三维空间上分布均匀性和沉积量。实用新型专利“一种航空喷雾雾滴沉积量现场检测装置”，提供一种样本采集完整、自动化程度高、检测效率高的航空喷雾雾滴沉积量现场检测装置现场检测装置；但是上述测试装置只是在单一的喷雾模式中进行测试，对于其他类型的喷雾模式并不适用。实用新型专利“一种变量喷雾的雾量空间分布的测试装置”，专利申请号201120565057.8，提供了一变量喷雾的雾量测试装置，此装置利用带有缝隙的盖板在集雾槽上移动来测试喷雾面上不同位置的雾量多少，但这种测试方法只是对喷雾空间的雾量进行测定，并不能实现对药液在作物叶片上的实际沉积量进行准确测试。
综上所述，上述文献只是针对特定喷雾模式或特定作物下的沉积量测试装置，受不同作物和生长特点的影响，在使用上都有一定的局限性，无法实现雾滴沉积量测试的标准化，因此，亟需一种基于作物孔隙率相似性的雾滴沉积测试方法及其测试装置，以适应不同作物、不同生长形态和不同喷雾模式下雾滴沉积量的测试，同时提供沉积量测试的标准化方法，对于正确评价不同喷雾模式的施药效果具有重要意义。
发明内容
本发明针对上述不足而提供了一种基于作物孔隙率相似性的雾滴沉积测试方法及测试装置，采用孔隙率相似性的方法仿真不同作物在不同生长期枝叶的分布，实现不同喷雾模式下三维空间中雾滴沉积特性的测试。
本发明采用如下技术方案：一种基于作物孔隙率相似性的雾滴沉积测试方法，具体包括如下步骤：
1、根据作物植株群体形态选定雾滴沉积测试区域，同时沿植株垂直方向自顶向下分成n个不同层位，分别计算确定各层位的截面面积。
2、选用激光测距或其它孔隙率测试装置完成群体植株不同层位叶片孔隙率的测量，在测试植株下部层位的叶片空隙率时，将其上部作物枝叶除去，依次得出n个层位的叶片孔隙率。
3、依据测试叶片孔隙率的层数，将群体作物植株抽象成由高到低的多个层位，根据不同层位作物植株叶片的形状和大小，将作物植株叶片抽象简化为具有一定直径的圆片或其它相应尺寸的几何体，通过不同的排列组合方式使抽象简化层位的叶片孔隙率与实测叶片孔隙率相同。
4、考虑到作物植株叶片空隙的随机性，在抽象简化过程中保证每层叶片孔隙率相同的条件下，抽象叶片每层至少有三种不同的排列方式，测试雾滴沉积性能时，对三种不同排列方式下的沉积量取均值，以此来表示该层的实际雾滴沉积情况。
5、为适应不同喷雾模式下叶片雾滴沉积特性的测试，根据需要将叶片抽象为三个形状尺寸相同且相互垂直的几何体，实现叶片不同方向上雾滴沉积的测试。
6、按照上述方式将群体作物植株转化为一层层的雾滴取样截面，通过机械结构实现最终形成雾滴沉积测试单元，通过测试喷雾过程中取样截面上的雾滴沉积量和均匀性，来代替实际群体作物不同层位上的雾滴沉积特性。
7、将形成的测试单元放置在行走底盘上，再按照相应的沉积测试方法进行测试。
本发明还提供了一种基于作物孔隙率相似性的雾滴沉积测试装置，包括机械支架、植株抽象叶片阵列、行走底盘、喷雾系统及控制单元。所述机械支架用于固定植株抽象叶片阵列和调整植株抽象叶片阵列间距；所述植株抽象叶片阵列用于表示不同层位的叶片孔隙率，同时固定水敏纸或者滤纸等收集喷雾区域内的雾滴；所述行走底盘用于承载机械支架以一定速度运动；所述喷雾系统用于提供辅助气流和药液雾滴，对植株抽象叶片阵列进行喷雾作业；所述控制单元实现对行走底盘的行走速度、喷雾系统喷雾量及风量的控制。
所述的机械支架由横杆、竖杆、连接件和固定件组成。所述横杆和竖杆带有安装槽，可组装成具有一定形状的空间区域。所述连接件和固定件用于连接和固定横杆与竖杆，通过调节固定件的松紧程度使横杆沿竖杆方向上下移动，进而调节每层横杆之间的间距。
所述的植株抽象叶片阵列由植株抽象叶片单元、固定夹、固定销和细长管组成。所述植株抽象叶片单元由三个形状尺寸相同的薄板片组成，且两两相互垂直。所述固定夹中间设有通孔，用于固定植株抽象叶片单元。所述细长管两端开有小孔，穿过固定夹以及植株抽象叶片单元锁紧不转动，使固定夹以及植株抽象叶片单元沿其滑动，实现对植株抽象叶片单元沿细长管方向间距的调整。所述固定销一端插入细长管端部的孔中并固定，另一端卡入横杆的安装槽内并可沿安装槽滑动，实现对植株抽象叶片阵列沿横杆方向间距的调节。
所述的行走底盘可采用有轨道或者无轨道型式，用于承载机械支架以一定速度运动。
所述喷雾系统置于机械支架上方，可采用喷杆式、隧道式或两者组合式等喷雾方式，同时也可提供辅助气流。
所述的控制单元放置在控制箱内，由上位机、信号传输模块、单片机、电机驱动器、速度控制单元以及电源组成；所述的上位机可优选PC机等其它移动终端；所述的信号传输模块可优选WIFI、蓝牙模块，将上位机的信号传输至单片机；所述的单片机优选STM32单片机；所述的电机驱动器一端通过输入输出接口与单片机相连接，另一端与电机相连接，实现对单片机控制信号的处理，进而控制行走底盘的启停和运行。所述的速度控制单元用于实现喷雾系统药液流量和辅助气流风量大小的调节。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用孔隙率相似性的方法仿真不同作物在不同生长期枝叶的分布，实现不同作物、不同生长形态和不同喷雾模式下三维空间中雾滴沉积量的测试。
2、本发明基于孔隙率相似性的作物施药雾滴沉积测试方法易于实现测试过程的标准化。
3、本发明将植株叶片抽象为三个方向交叉的几何体，可以更加逼真的模拟植株群体在各个方向的孔隙率，可以适应多种喷雾模式下雾滴沉积量的测试。
附图说明
图1是本发明一种基于作物孔隙率相似性的雾滴沉积测试方法及测试装置示意图。
图2是一种基于作物孔隙率相似性的雾滴沉积测试装置示意图。
图3是一种基于作物孔隙率相似性的雾滴沉积测试装置俯视图。
图4是一种基于作物孔隙率相似性的雾滴沉积测试装置主视图。
图5是横杆和竖杆的连接结构图。
图6是细圆管、固定销与横杆、竖杆之间的连接位置图。
图7是植株抽象叶片单元与细长管的位置图。
图8是固定夹与植株抽象叶片单元的位置图。
图中：1横杆、2竖杆、3植株抽象叶片单元、4喷雾系统、5行走底盘、6控制箱、7连接件、8固定件、9细长管、10固定销、11固定夹
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。本发明一种基于作物孔隙率相似性的雾滴沉积测试方法，包括如下步骤：
1、根据作物植株群体形态选定雾滴沉积测试区域，同时沿植株垂直方向自顶向下分成n个不同层位，分别计算确定各层位的截面面积。
2、选用激光测距或其它孔隙率测试装置完成群体植株不同层位叶片孔隙率的测量，在测试植株下部层位的叶片空隙率时，将其上部作物枝叶除去，依次得出n个层位的叶片孔隙率。
3、依据测试叶片孔隙率的层数，将群体作物植株抽象成由高到低的多个层位，根据不同层位作物植株叶片的形状和大小，将作物植株叶片抽象简化为具有一定直径的圆片或其它相应尺寸的几何体，通过不同的排列组合方式使抽象简化层位的叶片孔隙率与实测叶片孔隙率相同。
4、考虑到作物植株叶片空隙的随机性，在抽象简化过程中保证每层叶片孔隙率相同的条件下，抽象叶片每层至少有三种不同的排列方式，测试雾滴沉积性能时，对三种不同排列方式下的沉积量取均值，以此来表示该层的实际雾滴沉积情况。
5、为适应不同喷雾模式下叶片雾滴沉积特性的测试，根据需要将叶片抽象为三个形状尺寸相同且相互垂直的几何体，实现叶片不同方向上雾滴沉积的测试。
6、按照上述方式将群体作物植株转化为一层层的雾滴取样截面，通过机械结构实现最终形成雾滴沉积测试单元，通过测试喷雾过程中取样截面上的雾滴沉积量和均匀性，来代替实际群体作物不同层位上的雾滴沉积特性。
7、将形成的测试单元放置在行走底盘上，再按照相应的沉积测试方法进行测试。
本发明可以适用于目前所有的喷雾作业方式，比如本实施例中所涉及的气流辅助隧道式作业方式。首先对本实施例所涉及的气流辅助隧道式作业方式做简要说明，如图1-8所示。针对隧道式喷雾机进行空间沉积量的测试，在测试装置的植株抽象叶片阵列单元上随机固定水敏纸或者滤纸，并将测试装置放置于行走底盘5上，最后将隧道式喷雾系统4置于测试装置上方，启动行走底盘5，使行走底盘5承载测试装置以一定的速度匀速通过喷雾区域，植株抽象叶片阵列单元上的水敏纸或者滤纸收集雾滴便完成了集雾任务。
本发明还提供了一种基于作物孔隙率相似性的雾滴沉积测试装置，包括机械支架、植株抽象叶片阵列、行走底盘5、喷雾系统4及控制单元。所述机械支架用于固定植株抽象叶片阵列和调整植株抽象叶片阵列间距；所述植株抽象叶片阵列用于表示不同层位的叶片孔隙率，同时固定水敏纸或者滤纸等收集喷雾区域内的雾滴；所述行走底盘用于承载机械支架以一定速度运动；所述喷雾系统用于提供辅助气流和药液雾滴，对植株抽象叶片阵列进行喷雾作业；所述控制单元实现对行走底盘的行走速度、喷雾系统喷雾量及风量的控制。
所述的机械支架由横杆1、竖杆2、连接件7和固定件8组成。所述横杆1和竖杆2带有安装槽，可组装成具有一定形状的空间区域。所述连接件7和固定件8用于连接和固定横1杆与竖杆2，通过调节固定件8的松紧程度使横杆1沿竖杆2方向上下移动，进而调节每层横杆1之间的间距。
所述的植株抽象叶片阵列由植株抽象叶片单元3、固定夹11、固定销10和细长管9组成。所述植株抽象叶片单元3由三个形状尺寸相同的薄板片组成，且两两相互垂直。所述固定夹11中间设有通孔，用于固定植株抽象叶片单元3。所述细长管9两端开有小孔，穿过固定夹11以及植株抽象叶片单元3锁紧不转动，使固定夹11以及植株抽象叶片单元3沿其滑动，实现对植株抽象叶片单元3沿细长管9方向间距的调整。所述固定销10一端插入细长管9端部的孔中并固定，另一端卡入横杆1的安装槽内并可沿安装槽滑动，实现对植株抽象叶片阵列沿横杆1方向间距的调节。
所述的行走底盘5可采用有轨道或者无轨道型式，用于承载机械支架以一定速度运动。
所述喷雾系统4置于机械支架上方，可采用喷杆式、隧道式或两者组合式喷雾方式，同时也可提供辅助气流。
所述的控制单元放置在控制箱6内，由上位机、信号传输模块、单片机、电机驱动器、速度控制单元以及电源组成；所述的上位机可优选PC机等其它移动终端；所述的信号传输模块可优选WIFI、蓝牙模块，将上位机的信号传输至单片机；所述的单片机优选STM32单片机；所述的电机驱动器一端通过输入输出接口与单片机相连接，另一端与电机相连接，实现对单片机控制信号的处理，进而控制行走底盘的启停和运行。所述的速度控制单元用于实现喷雾系统药液流量和辅助气流风量大小的调节。
Claims (2)
1.一种基于作物孔隙率相似性的雾滴沉积测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)根据作物植株群体形态选定雾滴沉积测试区域，同时沿植株垂直方向自顶向下分成n个不同层位，分别计算确定各层位的截面面积；
2)选用激光测距或其它孔隙率测试装置完成群体植株不同层位叶片孔隙率的测量，在测试植株下部层位的叶片空隙率时，将其上部作物枝叶除去，依次得出n个层位的叶片孔隙率；
3)依据测试叶片孔隙率的层数，将群体作物植株抽象成由高到低的多个层位，根据不同层位作物植株叶片的形状和大小，将作物植株叶片抽象简化为具有一定直径的圆片或其它相应尺寸的几何体，通过不同的排列组合方式使抽象简化层位的叶片孔隙率与实测叶片孔隙率相同；
4)考虑到作物植株叶片空隙的随机性，在抽象简化过程中保证每层叶片孔隙率相同的条件下，抽象叶片每层至少有三种不同的排列方式，测试雾滴沉积性能时，对三种不同排列方式下的沉积量取均值，以此来表示该层的实际雾滴沉积情况；
5)为适应不同喷雾模式下叶片雾滴沉积特性的测试，根据需要将叶片抽象为三个形状尺寸相同且相互垂直的几何体，实现叶片不同方向上雾滴沉积的测试；
6)按照上述方式将群体作物植株转化为一层层的雾滴取样截面，通过机械结构实现最终形成雾滴沉积测试单元，通过测试喷雾过程中取样截面上的雾滴沉积量和均匀性，来代替实际群体作物不同层位上的雾滴沉积特性；
7)将形成的测试单元放置在行走底盘上，再按照相应的沉积测试方法进行测试。
2.根据权利要求1所述的一种基于作物孔隙率相似性的雾滴沉积测试方法，还提供了一种基于作物孔隙率相似性的雾滴沉积测试装置，其特征在于，包括机械支架、植株抽象叶片阵列、行走底盘、喷雾系统及控制单元；所述机械支架用于固定植株抽象叶片阵列和调整植株抽象叶片阵列间距；所述植株抽象叶片阵列用于表示不同层位的叶片孔隙率，同时固定水敏纸或者滤纸等收集喷雾区域内的雾滴；所述行走底盘用于承载机械支架以一定速度运动；所述喷雾系统用于提供辅助气流和药液雾滴，对植株抽象叶片阵列进行喷雾作业；所述控制单元实现对行走底盘的行走速度、喷雾系统喷雾量及风量的控制；
所述的机械支架由横杆、竖杆、连接件和固定件组成；所述横杆和竖杆带有安装槽，可组装成具有一定形状的空间区域；所述连接件和固定件用于连接和固定横杆与竖杆，通过调节固定件的松紧程度使横杆沿竖杆方向上下移动，进而调节每层横杆之间的间距；
所述的植株抽象叶片阵列由植株抽象叶片单元、固定夹、固定销和细长管组成；所述植株抽象叶片单元由三个形状尺寸相同的薄板片组成，且两两相互垂直；所述固定夹中间设有通孔，用于固定植株抽象叶片单元；所述细长管两端开有小孔，穿过固定夹以及植株抽象叶片单元锁紧不转动，使固定夹以及植株抽象叶片单元沿其滑动，实现对植株抽象叶片单元沿细长管方向间距的调整；所述固定销一端插入细长管端部的孔中并固定，另一端卡入横杆的安装槽内并可沿安装槽滑动，实现对植株抽象叶片阵列沿横杆方向间距的调节；
所述的行走底盘可采用有轨道或者无轨道型式，用于承载机械支架以一定速度运动；
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