喷杆喷雾机近冠层风雾场试验装置与建模方法

本发明涉及植保机械，尤其涉及一种喷杆喷雾机近冠层风雾场试验装置与建模方法。

背景技术：

1、化学农药防治病虫草害是保障粮食作物健康生长不可或缺的手段之一，农药飘移问题是农药安全施用过程中最大影响因素之一。喷杆喷雾机是大田喷药应用最广的地面农药喷施设备，提高其喷药防飘移性能对提高农药安全施用能力，降低农药对环境的污染、域外作物及人畜生命危害具有积极意义。

2、目前，喷杆喷雾机防飘移仿真研究，多集中在单喷头受单一风场作用喷雾防飘移仿真，尚未对全尺寸的喷杆喷雾机的近冠层仿真模型进行研究，不能实现在多变量参数条件下进行喷雾防飘移数据的研究，导致农药飘移风险难以评估计算，影响了喷杆喷雾机防飘移性能仿真模拟与试验验证。

技术实现思路

1、本发明提供一种喷杆喷雾机近冠层风雾场试验装置与建模方法，用以解决当前难以在多变量参数条件下对喷杆喷雾机喷雾的飘移风险进行有效评估的问题。

2、第一方面，本发明提供一种喷杆喷雾机近冠层风雾场试验装置，包括：喷雾装置、风送组件、仿真作物、传感检测组件、三维移动组件和控制模块；

3、所述喷雾装置包括高度调节组件、喷杆和喷头；所述高度调节组件与所述喷杆连接；所述喷杆设于所述仿真作物的上侧；所述喷头设有多个，多个所述喷头沿所述喷杆的延伸方向排列；

4、所述风送组件用于提供风速和风向可调节的环境风场，在所述环境风场对所述喷头所喷施药液的风送作用下，所述仿真作物所在的区域形成近冠层风雾场；

5、所述传感检测组件包括高度检测传感器、激光雷达和三维风速仪，所述高度检测传感器用于检测所述喷杆相对于所述仿真作物的高度；所述激光雷达用于检测所述仿真作物的冠层稠密度；所述三维风速仪用于检测所述环境风场的风速和风向；

6、所述三维移动组件分别与所述激光雷达和所述三维风速仪连接，所述三维移动组件用于调节所述激光雷达和所述三维风速仪在所述近冠层风雾场当中的位置；

7、所述传感检测组件和所述控制模块电性连接，所述控制模块分别与所述喷雾装置、所述风送组件和所述三维移动组件电性连接。

8、根据本发明提供的一种喷杆喷雾机近冠层风雾场试验装置，所述近冠层风雾场形成包围所述仿真作物的矩形空间；

9、其中，所述近冠层风雾场的高度方向沿竖直方向，所述近冠层风雾场的宽度方向沿所述喷杆的延伸方向，所述近冠层风雾场的长度方向沿喷杆喷雾机的机身的长度方向。

10、根据本发明提供的一种喷杆喷雾机近冠层风雾场试验装置，所述风送组件包括移动车和多个轴流风机；

11、所述移动车的行进方向相对于喷杆喷雾机的行进方向的角度可调节，所述轴流风机可在所述控制模块的控制下进行风量调节；

12、多个所述轴流风机设于所述移动车上，多个所述轴流风机在竖直面上呈阵列排布。

13、根据本发明提供的一种喷杆喷雾机近冠层风雾场试验装置，所述三维移动组件包括升降机构、第一移动机构和第二移动机构；

14、所述第一移动机构设于所述升降机构上，所述第二移动机构设于所述第一移动机构上；所述激光雷达和所述三维风速仪设于所述第二移动机构上；

15、其中，所述第一移动机构用于驱动所述第二移动机构沿喷杆喷雾机的机身的长度方向移动，所述第二移动机构用于驱动所述激光雷达和所述三维风速仪沿所述喷杆的延伸方向移动。

16、根据本发明提供的一种喷杆喷雾机近冠层风雾场试验装置，所述传感检测组件还包括飘移测定仪；

17、所述三维移动组件和所述飘移测定仪连接，所述三维移动组件用于调节所述飘移测定仪在所述近冠层风雾场当中的位置；

18、其中，所述飘移测定仪用于检测所述飘移测定仪所在位置的药液沉积量。

19、根据本发明提供的一种喷杆喷雾机近冠层风雾场试验装置，所述仿真作物包括多个单体植株，所述单体植株在单位体积内的株数用于表征所述仿真作物的冠层稠密度；

20、其中，所述单体植株包括多种植株类型，每种所述植株类型包括幼苗期植株、成长期植株和成熟期植株。

21、第二方面，本发明提供了一种基于上述喷杆喷雾机近冠层风雾场试验装置的近冠层风雾场的建模方法，包括：

22、根据试验模拟需求，对风送组件所形成的环境风场的风速和风向、喷杆的高度、作物的类型和稠密度进行调节；

23、根据各个喷头分布的位置信息，在矩形立体空间中进行多个风场采集点的设置，获取各个风场采集点的风力信息；

24、根据各个风场采集点的位置信息和风力信息，获取喷头喷雾在矩形立体空间范围内的风场分布模型；

25、将风场分布模型和各个喷头的离散相模型相融合，建立喷杆喷雾机的近冠层风雾场模型；

26、其中，所述矩形立体空间的高度方向沿竖直方向，宽度方向沿喷杆的延伸方向，长度方向沿喷杆喷雾机的机身的长度方向。

27、根据本发明提供的一种近冠层风雾场的建模方法，所述根据各个喷头分布的位置信息，在矩形立体空间中进行多个风场采集点的设置，获取各个风场采集点的风力信息，进一步包括：

28、根据各个喷头分布的位置信息，将环境风场划分为多个长方体风场区域；

29、沿各个长方体风场区域的各个沿边，进行多个风场采集点的设置；

30、沿长方体风场区域的长度方向依次取多个截面，获取各个截面内不同高度区域的三维风速相对于垂直高度的三维风速方程。

31、根据本发明提供的一种近冠层风雾场的建模方法，所述根据各个风场采集点的位置信息和风力信息，获取喷头喷雾在矩形立体空间范围内的风场分布模型，进一步包括：

32、选取靠近喷杆的截面作为仿真风场的入口依据，根据风场采集点的位置信息，将同一长方体风场区域内的各个截面所对应的三维风速方程拟合，获取同一长方体风场区域的风场分布模型；

33、将各个长方体风场区域对应的风场分布模型进行组合，采用湍流模型进行优化，获取喷头喷雾在矩形立体空间范围内的风场分布模型。

34、根据本发明提供的一种近冠层风雾场的建模方法，还包括：

35、基于喷杆喷雾机设定的喷施参数，在无风环境下获取仿真作物在不同高度位置的雾滴沉积分布信息；

36、根据雾滴沉积分布信息，建立仿真作物在不同高度位置的雾滴沉积模型；

37、根据雾滴沉积模型，确定矩形立体空间的两个截面之间的雾滴飘移量，根据所述雾滴飘移量对所述近冠层风雾场模型进行验证；

38、其中，所述喷施参数包括喷杆的高度、喷雾压力、喷头的工作间距和喷头的喷雾角度。

39、本发明提供的喷杆喷雾机近冠层风雾场试验装置与建模方法，通过设置喷雾装置、风送组件、仿真作物、传感检测组件、三维移动组件和控制模块，使用控制模块调整喷杆的高度、喷雾压力、喷头的工作间距、喷雾角度、环境风场风速和风向，喷雾装置可在风送组件开启后，喷施药液在风送作用下，在仿真作物所在的区域形成近冠层风雾场，控制模块通过控制三维移动组件，三维移动组件驱动激光雷达、飘移测定仪和三维风速仪到达指定位置，可完成仿真作物稠密度、药液沉积量、环境风场风速和风向的数据测量。

40、由上可知，本发明的提供的喷杆喷雾机近冠层风雾场试验装置，通过研究环境风场、喷施参数和作业信息对雾滴飘移的影响，可以有效解决当前难以对喷杆喷雾机喷雾的飘移风险进行有效评估的问题，并以此为基础建立喷杆喷雾机近冠层风雾场模型。