智慧果園種植科研分享(一)

果園，作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要機構(gòu)，其科技水平代表了農(nóng)業(yè)發(fā)展水平。在無數(shù)科研機構(gòu)的努力之下，與智慧果園種植相關(guān)的研究層出不窮，本文整理了涉及：果園構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)裝備、三維虛擬果園、智能底盤與除草及收獲裝備、收獲裝備、果園噴霧機、梨樹花序檢測等，共十四篇論文內(nèi)容，分享下農(nóng)業(yè)科研進展。

一、智慧果園構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)裝備及展望

參與機構(gòu)：中國農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)無人機系統(tǒng)研究院、中國農(nóng)業(yè)大學理學院、中國農(nóng)業(yè)大學藥械與施藥技術(shù)研究中心、中國農(nóng)業(yè)大學煙臺研究院、華為技術(shù)有限公司、北京市平谷區(qū)西營村村委會等

針對傳統(tǒng)果園管理以人力為主，但未來可能出現(xiàn)的勞動力短缺、農(nóng)機作業(yè)裝備與生產(chǎn)資料管理困難、生產(chǎn)效率低下等問題，引領(lǐng)中國農(nóng)業(yè)發(fā)展方向。該團隊研究建設(shè)融合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、裝備智能化等技術(shù)的智慧果園，可有望解決上述問題。基于桃、梨果園全程機械化、智能化管理等目標，該研究在北京市平谷區(qū)峪口鎮(zhèn)西營村構(gòu)建了約30 hm2梨與桃的智慧果園。

應用了各類信息獲取傳感器、機械化智能農(nóng)機裝備(無人駕駛割草機、智能防凍機、開溝施肥機、自動駕駛履帶智能仿形變量噴霧機、六旋翼枝向?qū)Π袩o人機、多功能采摘平臺以及整理修剪機等)，技術(shù)涉及智能信息獲取系統(tǒng)、水肥一體管理系統(tǒng)、病蟲害智能管理系統(tǒng)、智能管理平臺等。經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，智慧果園生產(chǎn)模式在減少人工成本、節(jié)省農(nóng)藥用量、肥料用量、灌溉用水量方面均有明顯節(jié)約，綜合經(jīng)濟效益也有提升。該研究的推廣實施將進一步推動中國果業(yè)生產(chǎn)水平的提高，促進中國智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

二、基于激光點云的三維虛擬果園構(gòu)建方法

參與機構(gòu)：中國農(nóng)業(yè)大學工學院、北京林業(yè)大學工學院、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與設(shè)施教育部工程研究中心

針對果園管理數(shù)字化程度低、構(gòu)建方法較為單一等問題，該團隊研究提出了一種基于激光點云的三維虛擬果園構(gòu)建方法。研究在海棠果園與芒果園開展果園構(gòu)建方法測試，采用即時定位與地圖構(gòu)建-激光測距、測繪算法、統(tǒng)計濾波算法、布料模擬算法與DBSCAN 聚類算法、Unity3D引擎等技術(shù)，構(gòu)建虛擬果園漫游場景，實現(xiàn)作業(yè)機械運動軌跡控制與作業(yè)軌跡的可視化展示。

結(jié)果表明，通過與實際芒果園的果樹行距、株距對比，該方法對海棠果樹與芒果樹聚類分割的準確率分別達到了95%以上，能夠有效復現(xiàn)果園三維實際情況，得到了較好地可視化效果，為果園的數(shù)字化建模與管理提供了一種技術(shù)方案。

三、蘋果生產(chǎn)智能底盤與除草及收獲裝備技術(shù)研究進展

參與機構(gòu)：西北農(nóng)林科技大學機械與電子工程學院、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部蘋果全程機械化科研基地 、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部北方農(nóng)業(yè)裝備科學觀測實驗站、 寧夏回族自治區(qū)農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)推廣站

針對蘋果產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，蘋果生產(chǎn)機械化和智能化的發(fā)展程度將影響其經(jīng)濟效益。該團隊研究與智能裝備研發(fā)，旨在推進蘋果生產(chǎn)智能化技術(shù)。

概述了蘋果生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)機械化水平，涉及動力底盤、除草裝備、收獲裝備等蘋果生產(chǎn)裝備主要技術(shù)，并研究了自動調(diào)平與控制、自主導航、自動避障、雜草識別、雜草去除、蘋果識別、蘋果定位、蘋果分離等技術(shù)的應用進展，指出了目前蘋果生產(chǎn)智能裝備技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)，并提出了發(fā)展建議。

四、自走式果園多工位收獲裝備設(shè)計與試驗

參與機構(gòu)：農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所、華中農(nóng)業(yè)大學工學院、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江中下游農(nóng)業(yè)裝備重點實驗室

為解決現(xiàn)代化果園，水果收獲中勞動強度大、作業(yè)效率低、配套機械匱乏等問題，基于果樹矮砧寬行密植模式和農(nóng)藝種植的要求，該團隊研究設(shè)計了一種自走式果園多工位收獲裝備。

該裝備根據(jù)“兩側(cè)、兩高度、六工位”采摘作業(yè)模式，對履帶自走式底盤、擴展作業(yè)平臺、果實自動輸送裝箱及轉(zhuǎn)運系統(tǒng)等關(guān)鍵部件，進行了參數(shù)分析、計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計。田間試驗表明，該裝備可同步于六工位人工采收速度，蘋果采收損傷率低，裝箱均布系數(shù)、裝箱速度等，達到果園采收作業(yè)要求，有望實現(xiàn)現(xiàn)代化果園的智能化采摘收獲。

五、地面彌霧機與六旋翼植保無人機在芒果冠層中霧滴沉積性能對比

參與機構(gòu)：中國農(nóng)業(yè)大學理學院、中國農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)無人機系統(tǒng)研究院

為解決芒果園傳統(tǒng)植保作業(yè)中農(nóng)藥用量大、施藥不均勻、作業(yè)效率低等問題，進而構(gòu)建智慧芒果園，該團隊研究對比了地面彌霧機和六旋翼植保無人機兩種果園施藥機具，在冠層中的藥液霧滴沉積性能。

研究表明，相較于植保無人機，地面彌霧機適用于芒果冠層中下部及內(nèi)部病蟲害防治，同時該機具較高的霧滴覆蓋密度在噴灑殺菌劑時也有明顯優(yōu)勢，植保無人機適用于針對芒果上部冠層如薊馬、炭疽等易發(fā)于外部花絮的病蟲害防治。

六、果園自主導航兼自動對靶噴霧機器人

參與機構(gòu)：中國農(nóng)業(yè)大學理學院、中國農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)無人機系統(tǒng)研究院、中國農(nóng)業(yè)大學工學院

為同時實現(xiàn)果園智能植保機自主導航及自動對靶噴霧，該團隊研制了一種果園自主導航兼自動對靶噴霧機器人。

結(jié)果表明，機器人相比于傳統(tǒng)連續(xù)噴霧機施藥液量、空中漂移量、地面流失量均有減少，實現(xiàn)了噴霧機器人自主導航及自動對靶噴霧，降低了農(nóng)藥使用量及飄失量。

七、果園多風道噴霧機送風系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化與試驗

參與機構(gòu)：河北農(nóng)業(yè)大學機電工程學院

針對果園多風道噴霧機內(nèi)部氣流分布不均導致由出風口吹出的氣流紊亂、影響使霧滴在果樹冠層上均勻沉積的問題，該團隊對多風道噴霧機內(nèi)部導流板長度參數(shù)進行了優(yōu)化。研究應用計算流體動力學技術(shù)、Star-CCM+軟件等技術(shù)，對風速值等參數(shù)進行優(yōu)化改善。

結(jié)果表明，在距離噴霧機出風口1.25 m處，風場風速由上層到下層逐漸增大，實現(xiàn)風場按果樹冠層形狀分布，噴霧機左右兩側(cè)風場對稱分布，氣流分布均勻。果園多風道噴霧機設(shè)計滿足要求，可為同類設(shè)計提供參考。

審核編輯黃宇