我国林木资源丰富,但当前林区病虫害发生面积大,防治率低,目前存在的所有防治方法中以化学防治最为有效。其中针对具有地面与树冠双向迁移习性的食叶害虫,在树干一定位置处进行连续性带状施药为现有化学防治中最为常见的方法,但该方法存在药液浪费及环境污染等问题。针对这一不足,本研究开发了基于激光探测技术的履带式障碍药带精准喷施车,在树干距地面一定距离处精准施加障碍药带,使施药量节约90%以上,同时开发了基于MFC的多线程软件识别控制系统。以上研究解决了靶标看得准与药液喷得准的问题,达到了精准施药的目的。针对药液施加于树干后的施药效果,即药液雾滴在树干表面有多大沉积率的问题,本研究从根本上建立了面向障碍药带精准喷施的平扇形喷头雾化模型,分别从喷雾粒径与喷雾任意截面轴线速度两方面展开研究,并运用实际及仿真试验方法进行了验证,相关研究成果如下:1.依据二维激光扫描仪回传点云数据的处理流程分别研究了滤波、聚类、拟合算法,其中滤波采用的算法为窗口滤波算法,主要功能为滤除混合像素点,滤除率大于99.5%。对于树干生长密集的情况,采用优化的K-均值聚类方法,其中聚类数运用斜率变化法确定,初始聚类中心采用哈夫曼树法确定,并对哈夫曼树算法和随机抽样法进行了比较,结果显示基于哈夫曼树算法的聚类平均正确率为95.5%,随机抽样法则仅有76.4%。拟合算法首先分析了基于最小二乘算法的三种拟合方法,得出最佳算法为KASA算法和MLS算法,最佳角度分辨率为0.333°。由于几何类算法具有耗时少的优点,本研究提出常用几何算法的优化方案,结果显示优化的弧长算法和切线算法可以使半径的测量精度分别提高10.6%和10.7%,距离的测量绝对误差控制在66.0mm和15.9mm以内,切线法的稳定性及测量精度更好。2.构建了以LMS511激光扫描仪为服务器、工控机为客户端(C/S)的靶标定位识别系统,构建了以中泰USB-7660DN数据采集卡为核心控制部件的控制系统,开发了相关靶标识别算法,在此基础上逆推了施药平台速度与航向角,预测了靶标位置插值,构建了基于履带式底盘的施药系统,并开发了基于MFC的多线程软件系统,通过该系统实现了靶标定位识别、施药车速度以及施药时机的控制。3.以经典理论为基础,并通过进一步的推理优化,得到针对林木树干两种常用喷嘴(Lechler、斐卓)的雾化模型。模型从喷雾粒径与喷雾任意截面轴线速度两方面展开。通过实际试验得到,Lechler喷嘴雾滴体积中径随压力变化的理论值相对于实测值的平均绝对误差和相对误差分别为6.92μm和3.07%,而斐卓喷嘴为11.41μm和4.43%。试验同时对不同流量、不同喷雾角、不同距离下的喷雾粒径进行了分析,得出相同压力下,同一个喷嘴不同喷雾距离的粒径变化较小;相同流量,不同喷雾角对粒径的影响也较小;而喷雾角相同时粒径随流量的增大呈递增趋势。通过对喷头任意断面轴线速度模型的仿真试验得到对于Lechler喷嘴,补偿后的理论数据相比仿真数据的平均绝对误差为0.64m/s,平均相对误差为6.42%,斐卓喷嘴的相关数值分别为0.6 7m/s和6.00%。两种模型均具有较高精度。本文的研究成果为精准林业植保提供了新的思路以及技术手段,对实际生产和科学研究有一定的借鉴意义,有利于我国林区事业的发展。