宋堂江 王賢強

摘 要：果樹是人類食物來源的重要之一，因此果樹的栽培和管理一直受到人們的關(guān)注。果樹修剪是果樹管理的重要環(huán)節(jié)之一，可以促進(jìn)果樹的生長和發(fā)展，提高果實的產(chǎn)量和品質(zhì)。傳統(tǒng)的果樹修剪往往依賴于人工操作，人工操作需要投入大量的時間和精力，效果不盡如人意。目前，隨著機(jī)械化和自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，果樹修剪機(jī)械化和自動化成為了研究熱點，本文將對果樹枝條修剪機(jī)械化和自動化技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行闡述，以便更好地為果農(nóng)提供便捷、高效、經(jīng)濟(jì)的修剪服務(wù)。

關(guān)鍵詞：果樹枝條；修剪；機(jī)械化；自動化；技術(shù)

前言：種植果樹是農(nóng)民們傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式之一。而果樹修剪是果樹產(chǎn)量和質(zhì)量的重要因素，對果樹生長和發(fā)展有著重要影響。依靠人工修剪，不僅工作量大，而且效率低下。近年來，隨著信息技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展，果樹修剪機(jī)械化和自動化技術(shù)逐步應(yīng)用于果樹生產(chǎn)中。本文旨在綜述果樹枝條修剪機(jī)械化和自動化的研究進(jìn)展，為果農(nóng)提供更好的修剪服務(wù)。

1我國果樹枝條修剪發(fā)展進(jìn)程

1.1人工修枝

現(xiàn)代果業(yè)的發(fā)展，果樹枝條的修剪成為了果園管理中不可或缺的一部分。從最初的手工修枝到現(xiàn)在的機(jī)械修枝，我國的果樹枝條修剪發(fā)展進(jìn)程可謂是不斷創(chuàng)新、不斷進(jìn)步。早期果園的枝條修剪全部由手工完成，農(nóng)民憑借經(jīng)驗和想象力進(jìn)行修剪。手工修剪可以根據(jù)實際情況靈活處理，但同時也存在人工成本高、修剪精度和速度低等問題。為了提高修剪工作的效率和質(zhì)量，農(nóng)業(yè)科技工作者和農(nóng)民開始嘗試進(jìn)行系統(tǒng)經(jīng)驗總結(jié)和科學(xué)研究，不斷改進(jìn)果樹的修剪方法。20世紀(jì)80年代以來，隨著研究技術(shù)的不斷進(jìn)步和人們對效益的高度重視，我國實現(xiàn)了對果樹修剪技術(shù)的系統(tǒng)研究和創(chuàng)新。在人工修枝的基礎(chǔ)上，逐漸形成了一套完整的科學(xué)修枝方法，這些方法包括了去芽、短截、頭剪、支剪、透光、修形等技術(shù)，可以根據(jù)果樹的品種和生長狀態(tài)進(jìn)行組合使用，達(dá)到不同的修剪效果。

1.2機(jī)械修枝

科技的不斷進(jìn)步，機(jī)械修剪逐漸替代了傳統(tǒng)的手工修剪，在果樹修剪中發(fā)揮了巨大的作用。機(jī)械修枝不僅可以解決人工成本高、效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，而且還能夠大大提高修剪的精度和速度，使得果樹的質(zhì)量得到了進(jìn)一步提高。機(jī)械修剪是通過機(jī)器進(jìn)行定高、整齊、平行、重心平衡等修剪工作，修剪速度快、修剪精度高，而且不會對果樹產(chǎn)生不良影響。[1]目前，我國的機(jī)械修剪技術(shù)已經(jīng)比較成熟，有著比較完善的系統(tǒng)和規(guī)范的操作流程，廣泛應(yīng)用于各個果園的管理中。機(jī)械修剪技術(shù)的不斷革新也使得機(jī)械修枝的應(yīng)用越來越廣泛，比如自動觸控修剪機(jī)、自動理產(chǎn)炮機(jī)、全自動枝條修剪機(jī)、智能機(jī)械修剪系統(tǒng)等。未來，果樹枝條修剪技術(shù)的發(fā)展將更加重視科技創(chuàng)新，不斷提高修剪質(zhì)量和效率，實現(xiàn)更加穩(wěn)定可持續(xù)的果樹種植和果園管理。

2果樹枝條修剪機(jī)械化及自動化應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1常用果樹剪枝機(jī)械

2.1.1手搖剪枝器

果樹剪枝是現(xiàn)代果業(yè)管理中不可或缺的一個環(huán)節(jié)。隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步和人們對效率和質(zhì)量的要求越來越高，果樹剪枝的方式也采用了更加智能化和高效化的機(jī)器替代傳統(tǒng)的手工剪枝。目前市場上的果樹剪枝機(jī)械已經(jīng)非常多樣化，手搖剪枝器是一種傳統(tǒng)的果樹剪枝機(jī)械，它采用手動操作，適用于在小范圍內(nèi)、簡單的修剪工作中使用。手搖剪枝器結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，適合果樹剪枝的初學(xué)者使用，同時也可以在小型果園或者家庭果園中使用。手搖剪枝器主要由彎頭、滾珠傳動系統(tǒng)、鋸鏈、鋸齒、鋸齒保護(hù)板、防護(hù)罩和手柄組成。操作時，將鋸齒和鋸鏈用力固定在果樹枝條的正面，對手柄進(jìn)行上下拉動，就能夠快速地完成剪枝工作。手搖剪枝器的結(jié)構(gòu)緊湊，便于攜帶和存放，維護(hù)成本也低，但是由于是手動操作，體力消耗較大，工作效率受到限制，無法進(jìn)行長時間剪枝工作。

2.1.2果樹電動剪枝機(jī)

科技進(jìn)步，電動果樹剪枝機(jī)開始逐漸取代手搖剪枝器，在果樹修剪管理中廣受歡迎。果樹電動剪枝機(jī)利用電動機(jī)驅(qū)動剪刀進(jìn)行剪枝作業(yè)，具有工作效率快、操作簡單、剪枝效果好、不易疲勞等優(yōu)點，特別適用于大面積剪枝的情況。果樹電動剪枝機(jī)可以分為兩種類型：手持式和桶式。手持式電動剪枝機(jī)便攜，操作靈活，適用于修剪較低的果樹，已經(jīng)成為現(xiàn)代果農(nóng)所必備的工具之一。桶式電動剪枝機(jī)主要針對修剪比較高的果樹，包括半高枝、馬蹄枝等，其特點是可任意抬升或降低剪枝高度，具有較高的操作性能和效率。不過，相比手動剪枝器而言，果樹電動剪枝機(jī)的價格較高，并且需要更多地輸入電力。

2.1.3四合一高枝果樹電動剪枝機(jī)

近些年，剪枝機(jī)械技術(shù)的不斷發(fā)展和改進(jìn)，目前市場上還出現(xiàn)了一種新型剪枝機(jī)，即四合一高枝果樹電動剪枝機(jī)。這種剪枝機(jī)不僅可以獨立地進(jìn)行修剪、打枝、修形和割草等多項工作，而且還用相應(yīng)的附件擴(kuò)展了其功能，如加長桿、植物切割刃、割草刃等四合一高枝果樹電動剪枝機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由電機(jī)、伸縮桿、萬向節(jié)、可旋轉(zhuǎn)剪切頭、靈活旋轉(zhuǎn)桿、鏈條等部件組成。其中，伸縮桿長度可調(diào)，可根據(jù)實際需求自由伸縮，使剪枝機(jī)能夠適應(yīng)不同高度的果樹修剪，提高工作效率。可旋轉(zhuǎn)剪切頭適用于剪枝、修剪、修枝等工作，可以在不同角度下靈活使用，適應(yīng)于不同類型的果樹修剪。[2]此外，在不同的工作環(huán)境下，四合一高枝果樹電動剪枝機(jī)還可以使用不同附件，如加長桿和植物切割刃等，從而擴(kuò)展其使用范圍，提高了其靈活性和多功能性。

2.2果樹修剪機(jī)械化及自動化現(xiàn)狀分析

2.2.1機(jī)械化果樹修剪的現(xiàn)狀

機(jī)械化果樹修剪主要指使用機(jī)器剪枝機(jī)械來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工剪枝，包括手搖剪枝機(jī)、電動剪枝機(jī)和高枝剪枝機(jī)等。機(jī)械化剪枝能夠提高工作效率、降低人力成本、減輕勞動強度、提高修剪質(zhì)量、縮短修剪時間等。目前，機(jī)械化剪枝已經(jīng)在一些大型果園和果樹種植基地得到廣泛應(yīng)用，例如蘋果、梨子、桃子等。機(jī)械化剪枝的應(yīng)用對于提高果樹修剪的效率和質(zhì)量具有重要意義。

2.2.2自動化果樹修剪的現(xiàn)狀

自動化果樹修剪是指使用智能化和自動化的機(jī)器剪枝機(jī)械來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工剪枝，通過激光測量數(shù)據(jù)采集、三維建模和機(jī)器視覺等技術(shù)完成修剪工作。自動化修剪的優(yōu)勢在于不受人力、勞動強度、工作時間等因素的限制，可以實現(xiàn)24小時連續(xù)作業(yè)，提高修剪效率和準(zhǔn)確性。目前，自動化切割修剪機(jī)在歐洲、美洲及亞洲國家已普遍應(yīng)用于果園中，例如美國、荷蘭、日本等國。

3果樹枝條修剪機(jī)械化及自動化技術(shù)研究進(jìn)展

3.1激光掃描技術(shù)應(yīng)用

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，激光掃描技術(shù)應(yīng)用于果樹修剪機(jī)械化和自動化方面，成為果樹產(chǎn)業(yè)的重要技術(shù)。激光掃描技術(shù)可以快速、準(zhǔn)確地獲取果樹分支的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，為果樹修剪機(jī)械化和自動化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。與傳統(tǒng)的人工修剪相比，激光掃描技術(shù)在操作過程中不需要直接接觸果樹，不會對果樹造成不必要的傷害，同時還能無損地獲取果樹枝條的完整形狀和特征信息，精準(zhǔn)地進(jìn)行修剪操作。激光掃描技術(shù)可以在準(zhǔn)確捕捉完整枝條的形狀和特征的同時，減少數(shù)據(jù)噪聲和獲取更好的邊界。這些優(yōu)勢為果樹修剪機(jī)械化和自動化提供了更加可靠和高效的手段。激光掃描技術(shù)可以在實際操作中獲取大量的枝條數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)可以用來進(jìn)行物體識別和虛擬模擬等操作，實現(xiàn)對果樹枝條的自動化剪枝。激光掃描技術(shù)還具有更高的精度和穩(wěn)定性。[3]激光掃描器可在不同的環(huán)境下進(jìn)行掃描，即使在夜間或陰天，仍能獲得精確的數(shù)據(jù)。這為果樹生長環(huán)境復(fù)雜、多變的情況下提供了更好的數(shù)據(jù)支持，從而使果樹修剪更加智能化。

3.23D虛擬重建技術(shù)應(yīng)用

3D虛擬重建技術(shù)的應(yīng)用可以讓我們更好地了解并認(rèn)識事物，同時也在生產(chǎn)生活中得到廣泛應(yīng)用和推廣。其中，3D虛擬重建技術(shù)在果樹修剪方面的應(yīng)用，可以為果農(nóng)提高工作效率，降低人工成本，進(jìn)一步推動果樹產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。通過3D虛擬重建技術(shù)，果樹修剪過程可以被還原為數(shù)字模擬，果農(nóng)只需要在電腦上模擬出果樹的生長環(huán)境，便可對其進(jìn)行修剪、造型等操作，在操作中可以實現(xiàn)視角的調(diào)整、實時交互等功能，同時不會對實物造成任何的損失。這種數(shù)字化的修剪方式，不僅可以有效避免人工修剪帶來的隱患，也能加快修剪的速度，進(jìn)而提高工作效率和修剪質(zhì)量。應(yīng)用3D虛擬重建技術(shù)進(jìn)行果樹修剪可以大大降低人工成本。目前，傳統(tǒng)的果樹修剪方法需要不少人手，而隨著社會的發(fā)展和勞動力成本的增加，人工成本也在不斷攀升，這不利于果農(nóng)的生產(chǎn)和發(fā)展。而借助3D虛擬重建技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化修剪，可以減少人工成本，節(jié)省人力資源，進(jìn)而提高果農(nóng)的經(jīng)濟(jì)效益和競爭力。引入3D虛擬重建技術(shù)可以進(jìn)一步推動果樹產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。隨著3D技術(shù)的更新?lián)Q代，3D虛擬重建技術(shù)已經(jīng)成為了果樹修剪領(lǐng)域的一項新興技術(shù)，為果樹產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化、信息化、智能化提供了新的發(fā)展思路和生產(chǎn)模式。同時隨著技術(shù)的不斷完善和改進(jìn)，3D虛擬重建技術(shù)的應(yīng)用范圍必將得到更廣的拓展和應(yīng)用。

3.3 3D虛擬交互剪枝技術(shù)應(yīng)用

3D虛擬交互剪枝技術(shù)，是指將3D虛擬果樹模型同步到交互式剪枝平臺上，讓修剪者能夠在平臺上進(jìn)行模擬修剪，進(jìn)而預(yù)測果樹修剪效果，提高修剪效率。相比傳統(tǒng)的果樹修剪方法，3D虛擬交互剪枝技術(shù)的優(yōu)勢顯而易見。首先，傳統(tǒng)的果樹修剪方法需要經(jīng)驗豐富的修剪者進(jìn)行操作，而3D虛擬交互剪枝技術(shù)可以讓沒有修剪經(jīng)驗的人員進(jìn)行模擬，提高了修剪者的參與度和效率。其次，傳統(tǒng)的果樹修剪需要大量的時間和次數(shù)，而3D虛擬交互剪枝技術(shù)不僅能夠大大降低果樹修剪的時間和次數(shù)要求，還為果樹修剪機(jī)械化和自動化做了鋪墊。相比傳統(tǒng)的果樹修剪，3D虛擬交互剪枝技術(shù)的應(yīng)用前景非常廣闊。該技術(shù)的應(yīng)用不僅可以提高修剪效率，同時還可以降低修剪成本，提供更好的果樹管理方案。在果樹種植區(qū)，應(yīng)用該技術(shù)可以大大提高果實產(chǎn)量和質(zhì)量，增加農(nóng)民的收入。

3.4圖像采集技術(shù)應(yīng)用

圖像采集技術(shù)可以用于果樹枝條的計算機(jī)視覺分析。通過采集果樹枝條的圖像數(shù)據(jù)，可以得到枝條的幾何信息，如長度、粗細(xì)、分支角度等等。這些信息可以作為樹冠結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過計算機(jī)對枝條進(jìn)行分析，實現(xiàn)果樹修剪的自動化。利用計算機(jī)視覺技術(shù)，可以對枝條進(jìn)行檢測和分割，提取出枝條的輪廓和特征點，從而實現(xiàn)修剪算法的研發(fā)和優(yōu)化，提高修剪的準(zhǔn)確度和效率。圖像采集技術(shù)還可以與深度學(xué)習(xí)技術(shù)相結(jié)合，提高枝條的分割和識別精度。深度學(xué)習(xí)技術(shù)是一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，可以通過多層神經(jīng)元的計算，實現(xiàn)對圖像的自動分類和識別。將圖像采集技術(shù)與深度學(xué)習(xí)技術(shù)相結(jié)合，可以讓機(jī)器更加準(zhǔn)確地識別果樹枝條的輪廓和特征點，從而實現(xiàn)修剪算法的自主學(xué)習(xí)和優(yōu)化，提高果樹修剪的自動化和效率。[4]圖像采集技術(shù)還可以結(jié)合激光掃描技術(shù)和3D虛擬交互剪枝技術(shù)，提高修剪的效率。激光掃描技術(shù)可以在短時間內(nèi)快速地掃描整棵果樹的結(jié)構(gòu)，并實現(xiàn)對枝條的三維建模。3D虛擬交互剪枝技術(shù)可以在電腦上進(jìn)行果樹修剪的仿真，讓修剪過程更加直觀、方便、高效。結(jié)合以上技術(shù)，可以實現(xiàn)對果樹的自動化修剪，提高果樹修剪的精度和效率?？傊?，圖像采集技術(shù)在果樹修剪中的應(yīng)用不僅可以實現(xiàn)自動化修剪，提高修剪的效率、穩(wěn)定性和精度，還可以結(jié)合深度學(xué)習(xí)技術(shù)、激光掃描技術(shù)和3D虛擬交互剪枝技術(shù)，提高果樹修剪的自動化和效率。相信隨著科技的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，圖像采集技術(shù)在未來的果樹修剪中會得到更廣泛的應(yīng)用。

4果樹枝條修剪機(jī)械化及自動化發(fā)展前景

隨著人們對食品安全和健康要求的不斷升級，果樹的種植與管理越來越得到重視。而果樹修剪是果樹管理的重要環(huán)節(jié)之一，既可以調(diào)整果樹的形態(tài)，又可以提高果實的產(chǎn)量和品質(zhì)。傳統(tǒng)的果樹修剪需要大量的人力和物力，效率較低。因此，果樹枝條修剪機(jī)械化和自動化成為了未來果樹修剪發(fā)展的重要方向。

首先，市場需求。農(nóng)產(chǎn)品市場競爭激烈，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)與價格的關(guān)系越來越密切。而果樹修剪是影響果樹產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素之一。對于果農(nóng)而言，通過機(jī)械化和自動化的方式來修剪果樹可節(jié)省人力和時間，提高修剪效率，降低成本，促進(jìn)產(chǎn)量的提升和品質(zhì)的改善，從而滿足市場需求。

其次，技術(shù)進(jìn)步。隨著激光掃描技術(shù)、圖像采集技術(shù)、3D重建技術(shù)以及人工智能等信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，果樹枝條修剪機(jī)械化及自動化技術(shù)也得到了發(fā)展。通過運用這些技術(shù)，果樹枝條的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)、長度、粗細(xì)、分支角度等信息可以通過自動算法實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確地提取和計算，從而實現(xiàn)果樹的機(jī)械化和自動化修剪。

再次，提高工作效率。傳統(tǒng)的果樹修剪主要依賴于工人手工操作，需要大量的時間和精力。而果樹枝條修剪機(jī)械化及自動化技術(shù)不僅可以降低工作強度，減少人力勞動，提高工作效率，而且可以保證修剪質(zhì)量與效果的穩(wěn)定性，同時實現(xiàn)修剪的時效性和適時性。

最后，節(jié)能環(huán)保。機(jī)械化和自動化修剪可以大大節(jié)約原始資源，降低能耗，減少二氧化碳等污染物的排放，對于環(huán)境保護(hù)具有一定的作用。此外，自動化修剪可以減少農(nóng)藥和化肥的使用，從而減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染。

5結(jié)語：

綜上所述，果樹修剪機(jī)械化和自動化是現(xiàn)代果業(yè)發(fā)展的重要方向。通過深入研究和推廣機(jī)械化和自動化修剪技術(shù)，可以提高果園管理的效率和品質(zhì)，降低成本，使果樹種植業(yè)更加現(xiàn)代化和科技化。因此，必須引導(dǎo)和促進(jìn)機(jī)械化和自動化技術(shù)的發(fā)展，提高果樹修剪的效率、質(zhì)量，加強與果農(nóng)的溝通和交流，讓更多的果農(nóng)認(rèn)識和接受機(jī)械化和自動化技術(shù)對果樹生長和果實產(chǎn)量的提高效應(yīng)，從而進(jìn)一步推動果樹園發(fā)展。

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