淺析機械自動化果樹修剪技術(shù)

冀向海

摘要：隨著市場經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對于水果的開發(fā)程度也在逐漸提高，蘋果可進入工廠加工成蘋果汁、蘋果醋等各種飲料，其帶來的經(jīng)濟效益也在不斷上升。由于蘋果的產(chǎn)量直接影響著果農(nóng)的收入，因此為了提升蘋果的產(chǎn)量，果農(nóng)會經(jīng)常對蘋果的果樹進行剪枝，以增加蘋果收益。如何科學(xué)、快速地剪枝，擺脫人工操作的限制，成為農(nóng)民急需解決的重要問題。該文主要圍繞果樹剪枝自動化技術(shù)產(chǎn)生的原因、應(yīng)用工具進行果樹修剪、機械自動化修剪的數(shù)字建設(shè)等方面研究分析機械自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢，以期幫助果農(nóng)實現(xiàn)增產(chǎn)增收的目的。

關(guān)鍵詞：果樹修剪;機械化;自動化

隨著中國工業(yè)化的不斷發(fā)展，采用機械自動化技術(shù)來進行果樹的修剪成為了一種必然趨勢。應(yīng)用機器來進行果樹的修剪，不僅可以有效地提高工作效率，而且可以大大減緩勞作人員的工作量，可以使其輕松并且有效地完成工作，最重要的是機械自動化修剪技術(shù)可以精確地對某一類果樹進行集中修理。如果在電腦儲存空間中設(shè)有一個數(shù)據(jù)庫，就可以得出該果樹最完美的修剪方案，這種修剪方案一般用時較短，剪過的樹外觀整潔美觀，可以最大限度提高水果的產(chǎn)量，大大減少失誤率，從而保證果樹正常生長。

1 ? 果樹修剪自動化技術(shù)產(chǎn)生的原因

隨著果樹種植面積的不斷擴大，對于勞動力的需求也在逐漸增加，為了滿足果樹種植和修剪的需要，各種機械化設(shè)備應(yīng)運而生。自動化技術(shù)隨著需求逐漸發(fā)展了起來，變得越來越成熟，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。如：旋轉(zhuǎn)型自動修剪刀具，該刀具在刀柄上設(shè)置一個按鈕，當農(nóng)民使用時，按動該按鈕接通電源來進行對果樹的修剪工作，同時也可以在一些小型的機械臂上裝上不同類型的刀，將該機械臂安裝在一個可移動的小型運輸車上，農(nóng)民可通過操縱運輸車來進行移動，并通過操控機械臂來進行有效地剪切。這種方法可以大幅度地減少農(nóng)民的勞動工作量。

2 ? 應(yīng)用工具進行果樹修剪

除了以上的方法之外也可以使用一些進口的工具，例如VS-8R，它是由日本公司研發(fā)的，農(nóng)民可以通過操控手柄的控制方向進行修剪，該類型和上述工具類似，只不過該工具具有整體一體化，安全度高等特點，并且具有方便快捷省時省力等優(yōu)點。也可以使用氣動修剪機，其原理和發(fā)動機類似，利用汽油空壓機來產(chǎn)生能源并通過氣管進行傳輸，最后將該能源應(yīng)用到刀具的旋轉(zhuǎn)以及操縱刀具的機械臂上。除了以上兩種還有WL04果樹電動剪枝機及140FA四合一高枝果樹電動修剪機。前者是由國內(nèi)時代沃林公司生產(chǎn)，主要由刀具、可充電式電池簡易機械設(shè)計組合完成。由于是由電來進行驅(qū)動，故驅(qū)動馬力小，主要應(yīng)用于修剪矮類植物。后者是由山東卡博恩公司研發(fā)，其使用選取拼接式操控手柄，可以同時操控多個操作口，不僅可以大面積、大范圍、大廣度地進行修剪，而且具有上手簡單，可修剪較高樹木的特點。

3 ? 機械自動化修剪的數(shù)字建設(shè)

現(xiàn)如今對于果樹應(yīng)用自動化機械化修剪仍處在初步發(fā)展階段，一般情況下我們在進行修剪之前，需要對果樹進行分析，以得到最佳的修剪方案。在進行分析時，一般需要對果樹的生長速度和外形進行相應(yīng)地建模，對此，Reomonen學(xué)者提出過他的相關(guān)想法，他將樹干看成一個圓柱，再將樹干和樹枝等進行有限分割，將它們分割為幾個部分，分別計算樹干以及樹枝有效面積及最佳密集程度，最終將所有的信息進行整合匯總，剔除其中影響整體較大的數(shù)據(jù)，得出最優(yōu)解，再將自己得出的數(shù)據(jù)輸入電腦，利用unity 3D現(xiàn)實交互技術(shù)，進行模擬三維建模，在電腦上做出三維模擬成像，并將其網(wǎng)格化，最終實現(xiàn)將一個實體模型變成數(shù)據(jù)化模型。

3.1 ?3D模擬技術(shù)

該技術(shù)是將果園中果樹作成3D模型，對所要修剪的果樹進行合理地分析。包括陽光的照射角度，光合作用的強弱。以及其外形的變化速率等，并將這些數(shù)據(jù)加入到電腦中，使得電腦中的3D模型更加得精確，也可以將修剪工具的模型加入電腦，在電腦中進行修剪計劃的模擬。這樣不僅可以直觀地看出樹的各種變化形狀，進行提前預(yù)測，也可以通過不斷地實踐以及計算來得出修剪果樹產(chǎn)生效益最大化的方式，在通過計算機電腦模擬時可以科學(xué)合理地避開生活中因錯誤修剪所造成的損失。

3.2 ?激光掃描技術(shù)

該技術(shù)主要是通過激光進行掃描以便得到果樹的樹徑、樹林數(shù)據(jù)，對果樹與果樹之間距離會不會影響每棵樹的光合作用等情況進行分析，并計算出結(jié)果，還可以通過激光掃描將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦并在電腦中模擬出來，這不僅會加大計算機3D模型建立的精確度，減少更大的誤差，也會大幅度的減少對后期修剪工作所產(chǎn)生的影響。激光技術(shù)相較于傳統(tǒng)的人工測量來說，具有精度高，耗時少，耗力小，可以完成人工檢測難度較高的任務(wù)，比人工檢測應(yīng)用更為廣泛。

3.3 ?圖像采集

該做法主要是為了獲得真實的樹干3D建模圖，通過多角度不同的拍攝方式收集圖片信息，之后再將每個圖層進行分裝整合，將其構(gòu)建到3D模型圖中，使其成為一個整體，這樣在進行3D模型建立時就可以清楚地看到果樹修剪后真正樣子。

4 ? 結(jié)論

綜上所述，隨著現(xiàn)代工業(yè)化的發(fā)展，機械自動化已逐步成為替代人工操作的主要趨勢，但是人工操作在某些特殊環(huán)境下仍然有著眾多機械不可替代的優(yōu)勢。地理環(huán)境因素對人工作業(yè)影響程度較低，變通能力強。而機械化具有操作簡單，精度較高，方便快捷等優(yōu)點，在實際生產(chǎn)中二者可以有機結(jié)合、有效互補。盡管當前階段中國多以人工作業(yè)修剪果樹為主，但相信在不久的將來越來越多的工業(yè)機械化設(shè)備將被廣泛應(yīng)用，輔助農(nóng)民提高產(chǎn)量，減少勞動量。

參考文獻：

[1]劉浩，楊磊，董暢，朱垣锝，高特.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在果樹修剪培訓(xùn)中的應(yīng)用研究[J].無線互聯(lián)科技，2019，16（20）：135-136.

[2]胡桂英.淺論果樹修剪的意義及技術(shù)要領(lǐng)[J].農(nóng)業(yè)與術(shù)，2018，38（07）：27-28.

[3]汪文忠.果樹修剪技術(shù)要領(lǐng)與注意的問題[J].山西果樹，2017（06）：62-63.

[4]李守根，康峰，李文彬，周三章，韓雪梅.果樹剪枝機械化及自動化研究進展[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2017，48（08）：88-96.

[5]熊文真.果樹剪枝常用工具及其正確使用方法[J].果樹實用技術(shù)與信息，2015（10）：43-44.