冀向海

摘要：随着市场经济的快速发展，人们对于水果的开发程度也在逐渐提高，苹果可进入工厂加工成苹果汁、苹果醋等各种饮料，其带来的经济效益也在不断上升。由于苹果的产量直接影响着果农的收入，因此为了提升苹果的产量，果农会经常对苹果的果树进行剪枝，以增加苹果收益。如何科学、快速地剪枝，摆脱人工操作的限制，成为农民急需解决的重要问题。该文主要围绕果树剪枝自动化技术产生的原因、应用工具进行果树修剪、机械自动化修剪的数字建设等方面研究分析机械自动化技术的发展趋势，以期帮助果农实现增产增收的目的。

关键词：果树修剪;机械化;自动化

随着中国工业化的不断发展，采用机械自动化技术来进行果树的修剪成为了一种必然趋势。应用机器来进行果树的修剪，不仅可以有效地提高工作效率，而且可以大大减缓劳作人员的工作量，可以使其轻松并且有效地完成工作，最重要的是机械自动化修剪技术可以精确地对某一类果树进行集中修理。如果在电脑储存空间中设有一个数据库，就可以得出该果树最完美的修剪方案，这种修剪方案一般用时较短，剪过的树外观整洁美观，可以最大限度提高水果的产量，大大减少失误率，从而保证果树正常生长。

1   果樹修剪自动化技术产生的原因

随着果树种植面积的不断扩大，对于劳动力的需求也在逐渐增加，为了满足果树种植和修剪的需要，各种机械化设备应运而生。自动化技术随着需求逐渐发展了起来，变得越来越成熟，在农业生产中发挥着重要作用。如：旋转型自动修剪刀具，该刀具在刀柄上设置一个按钮，当农民使用时，按动该按钮接通电源来进行对果树的修剪工作，同时也可以在一些小型的机械臂上装上不同类型的刀，将该机械臂安装在一个可移动的小型运输车上，农民可通过操纵运输车来进行移动，并通过操控机械臂来进行有效地剪切。这种方法可以大幅度地减少农民的劳动工作量。

2   应用工具进行果树修剪

除了以上的方法之外也可以使用一些进口的工具，例如VS-8R，它是由日本公司研发的，农民可以通过操控手柄的控制方向进行修剪，该类型和上述工具类似，只不过该工具具有整体一体化，安全度高等特点，并且具有方便快捷省时省力等优点。也可以使用气动修剪机，其原理和发动机类似，利用汽油空压机来产生能源并通过气管进行传输，最后将该能源应用到刀具的旋转以及操纵刀具的机械臂上。除了以上两种还有WL04果树电动剪枝机及140FA四合一高枝果树电动修剪机。前者是由国内时代沃林公司生产，主要由刀具、可充电式电池简易机械设计组合完成。由于是由电来进行驱动，故驱动马力小，主要应用于修剪矮类植物。后者是由山东卡博恩公司研发，其使用选取拼接式操控手柄，可以同时操控多个操作口，不仅可以大面积、大范围、大广度地进行修剪，而且具有上手简单，可修剪较高树木的特点。

3   机械自动化修剪的数字建设

现如今对于果树应用自动化机械化修剪仍处在初步发展阶段，一般情况下我们在进行修剪之前，需要对果树进行分析，以得到最佳的修剪方案。在进行分析时，一般需要对果树的生长速度和外形进行相应地建模，对此，Reomonen学者提出过他的相关想法，他将树干看成一个圆柱，再将树干和树枝等进行有限分割，将它们分割为几个部分，分别计算树干以及树枝有效面积及最佳密集程度，最终将所有的信息进行整合汇总，剔除其中影响整体较大的数据，得出最优解，再将自己得出的数据输入电脑，利用unity 3D现实交互技术，进行模拟三维建模，在电脑上做出三维模拟成像，并将其网格化，最终实现将一个实体模型变成数据化模型。

3.1  3D模拟技术

该技术是将果园中果树作成3D模型，对所要修剪的果树进行合理地分析。包括阳光的照射角度，光合作用的强弱。以及其外形的变化速率等，并将这些数据加入到电脑中，使得电脑中的3D模型更加得精确，也可以将修剪工具的模型加入电脑，在电脑中进行修剪计划的模拟。这样不仅可以直观地看出树的各种变化形状，进行提前预测，也可以通过不断地实践以及计算来得出修剪果树产生效益最大化的方式，在通过计算机电脑模拟时可以科学合理地避开生活中因错误修剪所造成的损失。

3.2  激光扫描技术

该技术主要是通过激光进行扫描以便得到果树的树径、树林数据，对果树与果树之间距离会不会影响每棵树的光合作用等情况进行分析，并计算出结果，还可以通过激光扫描将这些数据导入电脑并在电脑中模拟出来，这不仅会加大计算机3D模型建立的精确度，减少更大的误差，也会大幅度的减少对后期修剪工作所产生的影响。激光技术相较于传统的人工测量来说，具有精度高，耗时少，耗力小，可以完成人工检测难度较高的任务，比人工检测应用更为广泛。

3.3  图像采集

该做法主要是为了获得真实的树干3D建模图，通过多角度不同的拍摄方式收集图片信息，之后再将每个图层进行分装整合，将其构建到3D模型图中，使其成为一个整体，这样在进行3D模型建立时就可以清楚地看到果树修剪后真正样子。

4   结论

综上所述，随着现代工业化的发展，机械自动化已逐步成为替代人工操作的主要趋势，但是人工操作在某些特殊环境下仍然有着众多机械不可替代的优势。地理环境因素对人工作业影响程度较低，变通能力强。而机械化具有操作简单，精度较高，方便快捷等优点，在实际生产中二者可以有机结合、有效互补。尽管当前阶段中国多以人工作业修剪果树为主，但相信在不久的将来越来越多的工业机械化设备将被广泛应用，辅助农民提高产量，减少劳动量。

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