摘要：我国是林业大国，在林业生产中对林木保护是保证林木正常生长的重要环节，病虫害防治是林木保护的一项重要措施。病虫害防治过程中高效的农药、先进的作业机械及规范的施药技术这三个方面均发挥着重要作用，并且影响农药的利用率和病虫害的防治效果。喷雾防治技术是病虫害防治中的普遍技术，农药的使用可有效减少农林产品病虫害损失，据统计，每年约占总产量45%的农产品因农药的使用而避免了病虫害。对靶施药技术采用实时传感器在线探测树木信息，控制喷头进行有树喷药、树间隙不喷的对靶喷雾，且可根据树木大小、形状、体积调整施药剂量的变量施药。当前对农林作物实施智能喷雾有两种方法：一是对靶喷雾，通过对喷雾靶标进行识别以减小喷雾范围，即将传统粗放式喷雾改变为间歇式喷雾，一定程度上减小了农药的浪费；二是变量喷雾，通过对病虫害程度或靶标冠层进行判断按需喷雾，也减小了农药的过量使用。将对靶喷雾和变量喷雾技术相结合是现代林业人研究喷雾技术的重点，实施变量对靶喷雾的核心是检测出靶标信息之间的差异性，根据靶标信息的特征决定喷雾量的大小，以此来达到改善农药使用的有效性和精确性。
关键词：森林防治；对靶喷雾；变量喷雾
引言
农药的过量使用导致了我国很多人员生命安全受到威胁，农作物产量的减少，因此，设计出农药利用率高，减小农药浪费的变量对靶喷雾系统具有重要意义。使用二维激光雷达（light detection and ranging，LiDAR）作为靶标探测器，系统能够选择不同的靶标信息提取算法，根据相应算法将靶标信息转化为PWM波，形成喷雾指令，指导喷雾机作业。基于2D LiDAR，设计基于体积和叶面积密度的信息提取算法。采用MFC（Microsoft Foundation Classes，微软基础类库）多线程编程，设计控制界面，能够选取不同的信息提取算法。在不同的靶标信息提取算法中，设置相应参数，并输出喷雾指令。
2 研究现状
20世纪70年代美国、前苏联等国就已经开始了对靶喷雾等相关的试验研究，20世纪90年代美国市场上就已出现基于超声波的果园对靶喷雾机。与国外相比，我国的树木对靶喷雾技术起步较晚，大多停留在实验室研究和样机试制阶段，尚还没有形成产业化进入大规模的实际生产应用当中[1]。目前常用的树木靶标信息采集传感器有红外、超声波、激光、二维激光雷达、可见光相机等[2,3]。变量对靶喷雾系统主要由三个环节组成[4]：（1）信息采集环节，此环节由传感器和控制器组成，传感器能够实时地检测靶标的外部环境变化和靶标信息，并由控制器读取传感器检测的数据进行数据处理；（2）施药决策环节，此环节是控制器将处理的靶标信息转化为具体喷雾指令并指导喷雾系统进行喷雾；（3）施药环节，此环节是根据施药决策发出的喷雾指令对靶标进行对应指令的喷雾。
靶标信息采集的传感器
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- 红外传感器
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红外传感器工作方式是由发光器件发射红外线，靶标将发射的红外线反射回红外线接收器上，接收器将靶标存在与否的结果以电信号反馈输出。何雄奎、邹建军、翟长远等人采用红外传感器探测树木三段高度的靶标有无实现对靶喷雾[5-7]。虽然红外探测系统具有体积小、质量轻，功耗低等优点，但光照强度对检测距离和检测精度有较大的影响，不能满足实际环境作业要求，因此在应用时具有一定的局限性。
2.1.2超声波传感器
超声波传感器工作方式是通过发射的超声波和返回的回波两者之间的时间差计算超声波传感器与靶标之间的距离。超声波具有容易实现、检测简单、装置价格低等优点，而且其探测距离相比红外传感器更远，因此可应用到变量对靶喷雾系统中。Moltoacute;等基于超声波传感器探测研发了一种三态对靶喷雾系统，一定程度上节省了农药的使用[8]；Jorens Liorens等采用超声波传感器进行靶标检测实现果园变量对靶喷雾[9,10]。实际环境中，由于地面凹凸不平，超声波探测靶标时其基准坐标产生波动，使其测量精度降低。此外，超声波传感器为单点测量，为得到高大靶标完整形貌需安装传感器阵列，装置过于复杂。
2.1.3激光传感器
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