智慧农业科普：智慧果园种植科研(一)

果园，作为农业生产的重要机构，其科技水平代表了农业发展水平。在无数科研机构的努力之下，与智慧果园种植相关的研究层出不穷，本文整理了涉及：果园构建关键技术装备、三维虚拟果园、智能底盘与除草及收获装备、收获装备、果园喷雾机、梨树花序检测等，共十四篇论文内容，分享下农业科研进展。

一、智慧果园构建关键技术装备及展望

参与机构：中国农业大学农业无人机系统研究院、中国农业大学理学院、中国农业大学药械与施药技术研究中心、中国农业大学烟台研究院、华为技术有限公司、北京市平谷区西营村村委会等

针对传统果园管理以人力为主，但未来可能出现的劳动力短缺、农机作业装备与生产资料管理困难、生产效率低下等问题，引领中国农业发展方向。该团队研究建设融合物联网、大数据、装备智能化等技术的智慧果园，可有望可解决上述问题。基于桃、梨果园全程机械化、智能化管理等目标，该研究在北京市平谷区峪口镇西营村构建了约30 hm2梨与桃的智慧果园。

应用了各类信息获取传感器、机械化智能农机装备(无人驾驶割草机、智能防冻机、开沟施肥机、自动驾驶履带智能仿形变量喷雾机、六旋翼枝向对靶无人机、多功能采摘平台以及整理修剪机等)，技术涉及智能信息获取系统、水肥一体管理系统、病虫害智能管理系统、智能管理平台等。经比较发现，智慧果园生产模式在减少人工成本、节省农药用量、肥料用量、灌溉用水量方面均有明显节约，综合经济效益也有提升。该研究的推广实施将进一步推动中国果业生产水平的提高，促进中国智慧农业的发展。

二、基于激光点云的三维虚拟果园构建方法

参与机构：中国农业大学工学院、北京林业大学工学院、现代农业装备与设施教育部工程研究中心

针对果园管理数字化程度低、构建方法较为单一等问题，该团队研究提出了一种基于激光点云的三维虚拟果园构建方法。研究在海棠果园与芒果园开展果园构建方法测试，采用即时定位与地图构建-激光测距、测绘算法、统计滤波算法、布料模拟算法与DBSCAN 聚类算法、Unity3D引擎等技术，构建虚拟果园漫游场景，实现作业机械运动轨迹控制与作业轨迹的可视化展示。

结果表明，通过与实际芒果园的果树行距、株距对比，该方法对海棠果树与芒果树聚类分割的准确率分别达到了95%以上，能够有效复现果园三维实际情况，得到了较好地可视化效果，为果园的数字化建模与管理提供了一种技术方案。

三、苹果生产智能底盘与除草及收获装备技术研究进展

参与机构：西北农林科技大学机械与电子工程学院、农业农村部苹果全程机械化科研基地 、农业农村部北方农业装备科学观测实验站、 宁夏回族自治区农业机械化技术推广站

针对苹果产业的转型升级，苹果生产机械化和智能化的发展程度将影响其经济效益。该团队研究与智能装备研发，旨在推进苹果生产智能化技术。

概述了苹果生产各个环节机械化水平，涉及动力底盘、除草装备、收获装备等苹果生产装备主要技术，并研究了自动调平与控制、自主导航、自动避障、杂草识别、杂草去除、苹果识别、苹果定位、苹果分离等技术的应用进展，指出了目前苹果生产智能装备技术面临的挑战，并提出了发展建议。

四、自走式果园多工位收获装备设计与试验

参与机构：农业农村部南京农业机械化研究所、华中农业大学工学院、农业农村部长江中下游农业装备重点实验室

为解决现代化果园，水果收获中劳动强度大、作业效率低、配套机械匮乏等问题，基于果树矮砧宽行密植模式和农艺种植的要求，该团队研究设计了一种自走式果园多工位收获装备。

该装备根据“两侧、两高度、六工位”采摘作业模式，对履带自走式底盘、扩展作业平台、果实自动输送装箱及转运系统等关键部件，进行了参数分析、计算与结构设计。田间试验表明，该装备可同步于六工位人工采收速度，苹果采收损伤率低，装箱均布系数、装箱速度等，达到果园采收作业要求，有望实现现代化果园的智能化采摘收获。

五、地面弥雾机与六旋翼植保无人机在芒果冠层中雾滴沉积性能对比

参与机构：中国农业大学理学院、中国农业大学农业无人机系统研究院

为解决芒果园传统植保作业中农药用量大、施药不均匀、作业效率低等问题，进而构建智慧芒果园，该团队研究对比了地面弥雾机和六旋翼植保无人机两种果园施药机具，在冠层中的药液雾滴沉积性能。

研究表明，相较于植保无人机，地面弥雾机适用于芒果冠层中下部及内部病虫害防治，同时该机具较高的雾滴覆盖密度在喷洒杀菌剂时也有明显优势，植保无人机适用于针对芒果上部冠层如蓟马、炭疽等易发于外部花絮的病虫害防治。

六、果园自主导航兼自动对靶喷雾机器人

参与机构：中国农业大学理学院、中国农业大学农业无人机系统研究院、中国农业大学工学院

为同时实现果园智能植保机自主导航及自动对靶喷雾，该团队研制了一种果园自主导航兼自动对靶喷雾机器人。

结果表明，机器人相比于传统连续喷雾机施药液量、空中漂移量、地面流失量均有减少，实现了喷雾机器人自主导航及自动对靶喷雾，降低了农药使用量及飘失量。

七、果园多风道喷雾机送风系统设计优化与试验

参与机构：河北农业大学机电工程学院

针对果园多风道喷雾机内部气流分布不均导致由出风口吹出的气流紊乱、影响使雾滴在果树冠层上均匀沉积的问题，该团队对多风道喷雾机内部导流板长度参数进行了优化。研究应用计算流体动力学技术、Star-CCM+软件等技术，对风速值等参数进行优化改善。

结果表明，在距离喷雾机出风口1.25 m处，风场风速由上层到下层逐渐增大，实现风场按果树冠层形状分布，喷雾机左右两侧风场对称分布，气流分布均匀。果园多风道喷雾机设计满足要求，可为同类设计提供参考。