《視覺感知的水稻株間機械除草與同步液肥環施機理研究》是依託華南農業大學，由齊龍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：視覺感知的水稻株間機械除草與同步液肥環施機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：齊龍
- 依託單位：華南農業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
為了減少除草劑的施用量，提高化肥利用率，本項目根據水田環境特點、除草與追肥作業的農藝要求，提出了株間機械除草與環株同步施肥的作業方式，並設計視覺感知的新型除草施肥同步作業機構。在研究方法上，根據Side-View圖像視角下的先驗株型特點，建立基於深度學習的稻株視覺識別模型，利用雙向投影法實現稻株的準確定位，解決小株距葉冠遮疊作物識別和定位的技術難題；套用顯式動力學理論在ANSYS平台上定量描述株間除草部件及肥料射流與水田土壤互饋耦合機理，揭示雜草破壞、土壤變形及多相介質耦合規律；採用Modelica語言在MWorks平台下建立除草施肥同步作業機構的機、電、液、氣、控系統的多領域耦合模型，探明影響其狀態切換性能的主要原因，為新型同步作業機構的研製提供理論基礎和設計依據。本項目的實施不僅可以解決水稻精準機械除草和施肥的技術難題，也可為其他作物精準田間管理技術的研究提供參考和借鑑。
結題摘要
本項目開展了稻株識別和定位方法研究、除草部件與水田土壤耦合機理研究、株間除草機構與液肥深施裝置工作機理研究、除草機和施肥機研製等。首先根據稻穴內稻株群莖基部成束的特點，提出了基於莖基部邊緣擬合的稻株定位方法，定位誤差小於7mm；提出了基於深度學習的稻株識別與定位方法，定位精度大於93%；2種定位方法均滿足株間機械除草對稻株定位的精度要求。分別基於有限元ANSYS/LS-NYDA和離散元EDEM建立了水田土壤模型，開展了除草部件與水田土壤的互作耦合仿真分析；最佳化了行間螺旋刀齒式除草輪，除草率大於85%；最佳化了株間氣動擺動式除草部件，除草率大於80%。利用計算流體力學軟體Fluent建立了射流式施肥器的仿真模型，設計了一種新型施肥器。開發了3ZSC-190型水田智慧型除草機、3ZSQ-40型輕簡式水田除草機、3GY-1920型寬幅水田除草機、射流式水稻追肥機等4種裝備。3種除草裝備的除草率均大於80%、傷苗率小於5%。射流式水稻追肥機各行施肥量變異係數小於1%，總排肥量穩變異係數為0.39%，施肥斷條率為0%，施肥深度合格率為85.6%，各項性能指標均滿足精準施肥要求。本項目完成後，形成了比較完整的水稻株間機械除草和液肥深施的理論方法，部分解決了水稻精準機械除草和施肥的關鍵科學技術問題。
