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注。果樹修剪是果樹管理的重要環(huán)節(jié)之一，可以促進果樹的生長和發(fā)展，提高果實的產量和品質。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，隨著機械化和自動化技術的不斷發(fā)展，果樹修剪機械化和自動化成為了研究熱點，本文將對果樹枝條修剪機械化和自動化技術的研究進展進行闡述，以便更好地為果農提供便捷、高效、經濟的修剪服務。

關鍵詞：果樹枝條；修剪；機械化；自動化；技術

前言：種植果樹是農民們傳統(tǒng)的農業(yè)生產方式之一。而果樹修剪是果樹產量和質量的重要因素，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，隨著信息技術和機器人技術的快速發(fā)展，果樹修剪機械化和自動化技術逐步應用于果樹生產中。本文旨在綜述果樹枝條修剪機械化和自動化的研究進展，為果農提供更好的修剪服務。

1我國果樹枝條修剪發(fā)展進程

1.1人工修枝

現代果業(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在的機械修枝，我國的果樹枝條修剪發(fā)展進程可謂是不斷創(chuàng)新、不斷進步。早期果園的枝條修剪全部由手工完成，農民憑借經驗和想象力進行修剪。手工修剪可以根據實際情況靈活處理，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量，農業(yè)科技工作者和農民開始嘗試進行系統(tǒng)經驗總結和科學研究，不斷改進果樹的修剪方法。20世紀80年代以來，隨著研究技術的不斷進步和人們對效益的高度重視，我國實現了對果樹修剪技術的系統(tǒng)研究和創(chuàng)新。在人工修枝的基礎上，逐漸形成了一套完整的科學修枝方法，這些方法包括了去芽、短截、頭剪、支剪、透光、修形等技術，可以根據果樹的品種和生長狀態(tài)進行組合使用，達到不同的修剪效果。

1.2機械修枝

科技的不斷進步，機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。機械修枝不僅可以解決人工成本高、效率低、質量不穩(wěn)定的問題，而且還能夠大大提高修剪的精度和速度，使得果樹的質量得到了進一步提高。機械修剪是通過機器進行定高、整齊、平行、重心平衡等修剪工作，修剪速度快、修剪精度高，而且不會對果樹產生不良影響。[1]目前，我國的機械修剪技術已經比較成熟，有著比較完善的系統(tǒng)和規(guī)范的操作流程，廣泛應用于各個果園的管理中。機械修剪技術的不斷革新也使得機械修枝的應用越來越廣泛，比如自動觸控修剪機、自動理產炮機、全自動枝條修剪機、智能機械修剪系統(tǒng)等。未來，果樹枝條修剪技術的發(fā)展將更加重視科技創(chuàng)新，不斷提高修剪質量和效率，實現更加穩(wěn)定可持續(xù)的果樹種植和果園管理。

2果樹枝條修剪機械化及自動化應用現狀

2.1常用果樹剪枝機械

2.1.1手搖剪枝器

果樹剪枝是現代果業(yè)管理中不可或缺的一個環(huán)節(jié)。隨著現代科技的不斷進步和人們對效率和質量的要求越來越高，果樹剪枝的方式也采用了更加智能化和高效化的機器替代傳統(tǒng)的手工剪枝。目前市場上的果樹剪枝機械已經非常多樣化，手搖剪枝器是一種傳統(tǒng)的果樹剪枝機械，它采用手動操作，適用于在小范圍內、簡單的修剪工作中使用。手搖剪枝器結構簡單，易于操作，適合果樹剪枝的初學者使用，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、鋸齒保護板、防護罩和手柄組成。操作時，將鋸齒和鋸鏈用力固定在果樹枝條的正面，對手柄進行上下拉動，就能夠快速地完成剪枝工作。手搖剪枝器的結構緊湊，便于攜帶和存放，維護成本也低，但是由于是手動操作，體力消耗較大，工作效率受到限制，無法進行長時間剪枝工作。

2.1.2果樹電動剪枝機

科技進步，電動果樹剪枝機開始逐漸取代手搖剪枝器，在果樹修剪管理中廣受歡迎。果樹電動剪枝機利用電動機驅動剪刀進行剪枝作業(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。果樹電動剪枝機可以分為兩種類型：手持式和桶式。手持式電動剪枝機便攜，操作靈活，適用于修剪較低的果樹，已經成為現代果農所必備的工具之一。桶式電動剪枝機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

近些年，剪枝機械技術的不斷發(fā)展和改進，目前市場上還出現了一種新型剪枝機，即四合一高枝果樹電動剪枝機。這種剪枝機不僅可以獨立地進行修剪、打枝、修形和割草等多項工作，而且還用相應的附件擴展了其功能，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的結構主要由電機、伸縮桿、萬向節(jié)、可旋轉剪切頭、靈活旋轉桿、鏈條等部件組成。其中，伸縮桿長度可調，可根據實際需求自由伸縮，使剪枝機能夠適應不同高度的果樹修剪，提高工作效率?？尚D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還可以使用不同附件，如加長桿和植物切割刃等，從而擴展其使用范圍，提高了其靈活性和多功能性。

2.2果樹修剪機械化及自動化現狀分析

2.2.1機械化果樹修剪的現狀

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

2.2.2自動化果樹修剪的現狀

自動化果樹修剪是指使用智能化和自動化的機器剪枝機械來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工剪枝，通過激光測量數據采集、三維建模和機器視覺等技術完成修剪工作。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24小時連續(xù)作業(yè)，提高修剪效率和準確性。目前，自動化切割修剪機在歐洲、美洲及亞洲國家已普遍應用于果園中，例如美國、荷蘭、日本等國。

3果樹枝條修剪機械化及自動化技術研究進展

3.1激光掃描技術應用

隨著信息技術的發(fā)展，激光掃描技術應用于果樹修剪機械化和自動化方面，成為果樹產業(yè)的重要技術。激光掃描技術可以快速、準確地獲取果樹分支的三維坐標數據，為果樹修剪機械化和自動化提供了重要的技術基礎。與傳統(tǒng)的人工修剪相比，激光掃描技術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，精準地進行修剪操作。激光掃描技術可以在準確捕捉完整枝條的形狀和特征的同時，減少數據噪聲和獲取更好的邊界。這些優(yōu)勢為果樹修剪機械化和自動化提供了更加可靠和高效的手段。激光掃描技術可以在實際操作中獲取大量的枝條數據，而這些數據可以用來進行物體識別和虛擬模擬等操作，實現對果樹枝條的自動化剪枝。激光掃描技術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)境下進行掃描，即使在夜間或陰天，仍能獲得精確的數據。這為果樹生長環(huán)境復雜、多變的情況下提供了更好的數據支持，從而使果樹修剪更加智能化。

3.23D虛擬重建技術應用

3D虛擬重建技術的應用可以讓我們更好地了解并認識事物，同時也在生產生活中得到廣泛應用和推廣。其中，3D虛擬重建技術在果樹修剪方面的應用，可以為果農提高工作效率，降低人工成本，進一步推動果樹產業(yè)的快速發(fā)展。通過3D虛擬重建技術，果樹修剪過程可以被還原為數字模擬，果農只需要在電腦上模擬出果樹的生長環(huán)境，便可對其進行修剪、造型等操作，在操作中可以實現視角的調整、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，進而提高工作效率和修剪質量。應用3D虛擬重建技術進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，這不利于果農的生產和發(fā)展。而借助3D虛擬重建技術進行數字化修剪，可以減少人工成本，節(jié)省人力資源，進而提高果農的經濟效益和競爭力。引入3D虛擬重建技術可以進一步推動果樹產業(yè)的發(fā)展。隨著3D技術的更新換代，3D虛擬重建技術已經成為了果樹修剪領域的一項新興技術，為果樹產業(yè)的數字化、信息化、智能化提供了新的發(fā)展思路和生產模式。同時隨著技術的不斷完善和改進，3D虛擬重建技術的應用范圍必將得到更廣的拓展和應用。

3.3 3D虛擬交互剪枝技術應用

3D虛擬交互剪枝技術，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行模擬修剪，進而預測果樹修剪效果，提高修剪效率。相比傳統(tǒng)的果樹修剪方法，3D虛擬交互剪枝技術的優(yōu)勢顯而易見。首先，傳統(tǒng)的果樹修剪方法需要經驗豐富的修剪者進行操作，而3D虛擬交互剪枝技術可以讓沒有修剪經驗的人員進行模擬，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，而3D虛擬交互剪枝技術不僅能夠大大降低果樹修剪的時間和次數要求，還為果樹修剪機械化和自動化做了鋪墊。相比傳統(tǒng)的果樹修剪，3D虛擬交互剪枝技術的應用前景非常廣闊。該技術的應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)，應用該技術可以大大提高果實產量和質量，增加農民的收入。

3.4圖像采集技術應用

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

4果樹枝條修剪機械化及自動化發(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，既可以調整果樹的形態(tài)，又可以提高果實的產量和品質。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。農產品市場競爭激烈，農產品品質與價格的關系越來越密切。而果樹修剪是影響果樹產量和品質的重要因素之一。對于果農而言，通過機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，促進產量的提升和品質的改善，從而滿足市場需求。

其次，技術進步。隨著激光掃描技術、圖像采集技術、3D重建技術以及人工智能等信息技術的不斷進步，果樹枝條修剪機械化及自動化技術也得到了發(fā)展。通過運用這些技術，果樹枝條的三維坐標數據、長度、粗細、分支角度等信息可以通過自動算法實現快速、準確地提取和計算，從而實現果樹的機械化和自動化修剪。

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。而果樹枝條修剪機械化及自動化技術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量與效果的穩(wěn)定性，同時實現修剪的時效性和適時性。

最后，節(jié)能環(huán)保。機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)境保護具有一定的作用。此外，自動化修剪可以減少農藥和化肥的使用，從而減少農業(yè)生產對環(huán)境的污染。

5結語：

綜上所述，果樹修剪機械化和自動化是現代果業(yè)發(fā)展的重要方向。通過深入研究和推廣機械化和自動化修剪技術，可以提高果園管理的效率和品質，降低成本，使果樹種植業(yè)更加現代化和科技化。因此，必須引導和促進機械化和自動化技術的發(fā)展，提高果樹修剪的效率、質量，加強與果農的溝通和交流，讓更多的果農認識和接受機械化和自動化技術對果樹生長和果實產量的提高效應，從而進一步推動果樹園發(fā)展。

參考文獻：

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