果树枝条修剪机械化及自动化研究进展综述

宋堂江 王贤强

摘 要：果树是人类食物来源的重要之一，因此果树的栽培和管理一直受到人们的关注。果树修剪是果树管理的重要环节之一，可以促进果树的生长和发展，提高果实的产量和品质。传统的果树修剪往往依赖于人工操作，人工操作需要投入大量的时间和精力，效果不尽如人意。目前，随着机械化和自动化技术的不断发展，果树修剪机械化和自动化成为了研究热点，本文将对果树枝条修剪机械化和自动化技术的研究进展进行阐述，以便更好地为果农提供便捷、高效、经济的修剪服务。

关键词：果树枝条；修剪；机械化；自动化；技术

前言：种植果树是农民们传统的农业生产方式之一。而果树修剪是果树产量和质量的重要因素，对果树生长和发展有着重要影响。依靠人工修剪，不仅工作量大，而且效率低下。近年来，随着信息技术和机器人技术的快速发展，果树修剪机械化和自动化技术逐步应用于果树生产中。本文旨在综述果树枝条修剪机械化和自动化的研究进展，为果农提供更好的修剪服务。

1我国果树枝条修剪发展进程

1.1人工修枝

现代果业的发展，果树枝条的修剪成为了果园管理中不可或缺的一部分。从最初的手工修枝到现在的机械修枝，我国的果树枝条修剪发展进程可谓是不断创新、不断进步。早期果园的枝条修剪全部由手工完成，农民凭借经验和想象力进行修剪。手工修剪可以根据实际情况灵活处理，但同时也存在人工成本高、修剪精度和速度低等问题。为了提高修剪工作的效率和质量，农业科技工作者和农民开始尝试进行系统经验总结和科学研究，不断改进果树的修剪方法。20世纪80年代以来，随着研究技术的不断进步和人们对效益的高度重视，我国实现了对果树修剪技术的系统研究和创新。在人工修枝的基础上，逐渐形成了一套完整的科学修枝方法，这些方法包括了去芽、短截、头剪、支剪、透光、修形等技术，可以根据果树的品种和生长状态进行组合使用，达到不同的修剪效果。

1.2机械修枝

科技的不断进步，机械修剪逐渐替代了传统的手工修剪，在果树修剪中发挥了巨大的作用。机械修枝不仅可以解决人工成本高、效率低、质量不稳定的问题，而且还能够大大提高修剪的精度和速度，使得果树的质量得到了进一步提高。机械修剪是通过机器进行定高、整齐、平行、重心平衡等修剪工作，修剪速度快、修剪精度高，而且不会对果树产生不良影响。[1]目前，我国的机械修剪技术已经比较成熟，有着比较完善的系统和规范的操作流程，广泛应用于各个果园的管理中。机械修剪技术的不断革新也使得机械修枝的应用越来越广泛，比如自动触控修剪机、自动理产炮机、全自动枝条修剪机、智能机械修剪系统等。未来，果树枝条修剪技术的发展将更加重视科技创新，不断提高修剪质量和效率，实现更加稳定可持续的果树种植和果园管理。

2果树枝条修剪机械化及自动化应用现状

2.1常用果树剪枝机械

2.1.1手摇剪枝器

果树剪枝是现代果业管理中不可或缺的一个环节。随着现代科技的不断进步和人们对效率和质量的要求越来越高，果树剪枝的方式也采用了更加智能化和高效化的机器替代传统的手工剪枝。目前市场上的果树剪枝机械已经非常多样化，手摇剪枝器是一种传统的果树剪枝机械，它采用手动操作，适用于在小范围内、简单的修剪工作中使用。手摇剪枝器结构简单，易于操作，适合果树剪枝的初学者使用，同时也可以在小型果园或者家庭果园中使用。手摇剪枝器主要由弯头、滚珠传动系统、锯链、锯齿、锯齿保护板、防护罩和手柄组成。操作时，将锯齿和锯链用力固定在果树枝条的正面，对手柄进行上下拉动，就能够快速地完成剪枝工作。手摇剪枝器的结构紧凑，便于携带和存放，维护成本也低，但是由于是手动操作，体力消耗较大，工作效率受到限制，无法进行长时间剪枝工作。

2.1.2果树电动剪枝机

科技进步，电动果树剪枝机开始逐渐取代手摇剪枝器，在果树修剪管理中广受欢迎。果树电动剪枝机利用电动机驱动剪刀进行剪枝作业，具有工作效率快、操作简单、剪枝效果好、不易疲劳等优点，特别适用于大面积剪枝的情况。果树电动剪枝机可以分为两种类型：手持式和桶式。手持式电动剪枝机便携，操作灵活，适用于修剪较低的果树，已经成为现代果农所必备的工具之一。桶式电动剪枝机主要针对修剪比较高的果树，包括半高枝、马蹄枝等，其特点是可任意抬升或降低剪枝高度，具有较高的操作性能和效率。不过，相比手动剪枝器而言，果树电动剪枝机的价格较高，并且需要更多地输入电力。

2.1.3四合一高枝果树电动剪枝机

近些年，剪枝机械技术的不断发展和改进，目前市场上还出现了一种新型剪枝机，即四合一高枝果树电动剪枝机。这种剪枝机不仅可以独立地进行修剪、打枝、修形和割草等多项工作，而且还用相应的附件扩展了其功能，如加长杆、植物切割刃、割草刃等四合一高枝果树电动剪枝机的结构主要由电机、伸缩杆、万向节、可旋转剪切头、灵活旋转杆、链条等部件组成。其中，伸缩杆长度可调，可根据实际需求自由伸缩，使剪枝机能够适应不同高度的果树修剪，提高工作效率。可旋转剪切头适用于剪枝、修剪、修枝等工作，可以在不同角度下灵活使用，适应于不同类型的果树修剪。[2]此外，在不同的工作环境下，四合一高枝果树电动剪枝机还可以使用不同附件，如加长杆和植物切割刃等，从而扩展其使用范围，提高了其灵活性和多功能性。

2.2果树修剪机械化及自动化现状分析

2.2.1机械化果树修剪的现状

机械化果树修剪主要指使用机器剪枝机械来代替传统的手工剪枝，包括手摇剪枝机、电动剪枝机和高枝剪枝机等。机械化剪枝能够提高工作效率、降低人力成本、减轻劳动强度、提高修剪质量、缩短修剪时间等。目前，机械化剪枝已经在一些大型果园和果树种植基地得到广泛应用，例如苹果、梨子、桃子等。机械化剪枝的应用对于提高果树修剪的效率和质量具有重要意义。

2.2.2自动化果树修剪的现状

自动化果树修剪是指使用智能化和自动化的机器剪枝机械来代替传统的手工剪枝，通过激光测量数据采集、三维建模和机器视觉等技术完成修剪工作。自动化修剪的优势在于不受人力、劳动强度、工作时间等因素的限制，可以实现24小时连续作业，提高修剪效率和准确性。目前，自动化切割修剪机在欧洲、美洲及亚洲国家已普遍应用于果园中，例如美国、荷兰、日本等国。

3果树枝条修剪机械化及自动化技术研究进展

3.1激光扫描技术应用

随着信息技术的发展，激光扫描技术应用于果树修剪机械化和自动化方面，成为果树产业的重要技术。激光扫描技术可以快速、准确地获取果树分支的三维坐标数据，为果树修剪机械化和自动化提供了重要的技术基础。与传统的人工修剪相比，激光扫描技术在操作过程中不需要直接接触果树，不会对果树造成不必要的伤害，同时还能无损地获取果树枝条的完整形状和特征信息，精准地进行修剪操作。激光扫描技术可以在准确捕捉完整枝条的形状和特征的同时，减少数据噪声和获取更好的边界。这些优势为果树修剪机械化和自动化提供了更加可靠和高效的手段。激光扫描技术可以在实际操作中获取大量的枝条数据，而这些数据可以用来进行物体识别和虚拟模拟等操作，实现对果树枝条的自动化剪枝。激光扫描技术还具有更高的精度和稳定性。[3]激光扫描器可在不同的环境下进行扫描，即使在夜间或阴天，仍能获得精确的数据。这为果树生长环境复杂、多变的情况下提供了更好的数据支持，从而使果树修剪更加智能化。

3.23D虚拟重建技术应用

3D虚拟重建技术的应用可以让我们更好地了解并认识事物，同时也在生产生活中得到广泛应用和推广。其中，3D虚拟重建技术在果树修剪方面的应用，可以为果农提高工作效率，降低人工成本，进一步推动果树产业的快速发展。通过3D虚拟重建技术，果树修剪过程可以被还原为数字模拟，果农只需要在电脑上模拟出果树的生长环境，便可对其进行修剪、造型等操作，在操作中可以实现视角的调整、实时交互等功能，同时不会对实物造成任何的损失。这种数字化的修剪方式，不仅可以有效避免人工修剪带来的隐患，也能加快修剪的速度，进而提高工作效率和修剪质量。应用3D虚拟重建技术进行果树修剪可以大大降低人工成本。目前，传统的果树修剪方法需要不少人手，而随着社会的发展和劳动力成本的增加，人工成本也在不断攀升，这不利于果农的生产和发展。而借助3D虚拟重建技术进行数字化修剪，可以减少人工成本，节省人力资源，进而提高果农的经济效益和竞争力。引入3D虚拟重建技术可以进一步推动果树产业的发展。随着3D技术的更新换代，3D虚拟重建技术已经成为了果树修剪领域的一项新兴技术，为果树产业的数字化、信息化、智能化提供了新的发展思路和生产模式。同时随着技术的不断完善和改进，3D虚拟重建技术的应用范围必将得到更广的拓展和应用。

3.3 3D虚拟交互剪枝技术应用

3D虚拟交互剪枝技术，是指将3D虚拟果树模型同步到交互式剪枝平台上，让修剪者能够在平台上进行模拟修剪，进而预测果树修剪效果，提高修剪效率。相比传统的果树修剪方法，3D虚拟交互剪枝技术的优势显而易见。首先，传统的果树修剪方法需要经验丰富的修剪者进行操作，而3D虚拟交互剪枝技术可以让没有修剪经验的人员进行模拟，提高了修剪者的参与度和效率。其次，传统的果树修剪需要大量的时间和次数，而3D虚拟交互剪枝技术不仅能够大大降低果树修剪的时间和次数要求，还为果树修剪机械化和自动化做了铺垫。相比传统的果树修剪，3D虚拟交互剪枝技术的应用前景非常广阔。该技术的应用不仅可以提高修剪效率，同时还可以降低修剪成本，提供更好的果树管理方案。在果树种植区，应用该技术可以大大提高果实产量和质量，增加农民的收入。

3.4图像采集技术应用

图像采集技术可以用于果树枝条的计算机视觉分析。通过采集果树枝条的图像数据，可以得到枝条的几何信息，如长度、粗细、分支角度等等。这些信息可以作为树冠结构参数，通过计算机对枝条进行分析，实现果树修剪的自动化。利用计算机视觉技术，可以对枝条进行检测和分割，提取出枝条的轮廓和特征点，从而实现修剪算法的研发和优化，提高修剪的准确度和效率。图像采集技术还可以与深度学习技术相结合，提高枝条的分割和识别精度。深度学习技术是一种基于人工神经网络的机器学习技术，可以通过多层神经元的计算，实现对图像的自动分类和识别。将图像采集技术与深度学习技术相结合，可以让机器更加准确地识别果树枝条的轮廓和特征点，从而实现修剪算法的自主学习和优化，提高果树修剪的自动化和效率。[4]图像采集技术还可以结合激光扫描技术和3D虚拟交互剪枝技术，提高修剪的效率。激光扫描技术可以在短时间内快速地扫描整棵果树的结构，并实现对枝条的三维建模。3D虚拟交互剪枝技术可以在电脑上进行果树修剪的仿真，让修剪过程更加直观、方便、高效。结合以上技术，可以实现对果树的自动化修剪，提高果树修剪的精度和效率。总之，图像采集技术在果树修剪中的应用不仅可以实现自动化修剪，提高修剪的效率、稳定性和精度，还可以结合深度学习技术、激光扫描技术和3D虚拟交互剪枝技术，提高果树修剪的自动化和效率。相信随着科技的不断进步和创新，图像采集技术在未来的果树修剪中会得到更广泛的应用。

4果树枝条修剪机械化及自动化发展前景

随着人们对食品安全和健康要求的不断升级，果树的种植与管理越来越得到重视。而果树修剪是果树管理的重要环节之一，既可以调整果树的形态，又可以提高果实的产量和品质。传统的果树修剪需要大量的人力和物力，效率较低。因此，果树枝条修剪机械化和自动化成为了未来果树修剪发展的重要方向。

首先，市场需求。农产品市场竞争激烈，农产品品质与价格的关系越来越密切。而果树修剪是影响果树产量和品质的重要因素之一。对于果农而言，通过机械化和自动化的方式来修剪果树可节省人力和时间，提高修剪效率，降低成本，促进产量的提升和品质的改善，从而满足市场需求。

其次，技术进步。随着激光扫描技术、图像采集技术、3D重建技术以及人工智能等信息技术的不断进步，果树枝条修剪机械化及自动化技术也得到了发展。通过运用这些技术，果树枝条的三维坐标数据、长度、粗细、分支角度等信息可以通过自动算法实现快速、准确地提取和计算，从而实现果树的机械化和自动化修剪。

再次，提高工作效率。传统的果树修剪主要依赖于工人手工操作，需要大量的时间和精力。而果树枝条修剪机械化及自动化技术不仅可以降低工作强度，减少人力劳动，提高工作效率，而且可以保证修剪质量与效果的稳定性，同时实现修剪的时效性和适时性。

最后，节能环保。机械化和自动化修剪可以大大节约原始资源，降低能耗，减少二氧化碳等污染物的排放，对于环境保护具有一定的作用。此外，自动化修剪可以减少农药和化肥的使用，从而减少农业生产对环境的污染。

5结语：

综上所述，果树修剪机械化和自动化是现代果业发展的重要方向。通过深入研究和推广机械化和自动化修剪技术，可以提高果园管理的效率和品质，降低成本，使果树种植业更加现代化和科技化。因此，必须引导和促进机械化和自动化技术的发展，提高果树修剪的效率、质量，加强与果农的沟通和交流，让更多的果农认识和接受机械化和自动化技术对果树生长和果实产量的提高效应，从而进一步推动果树园发展。

参考文献：

[1]薛春林，杜亚光，边永亮，李建平，王鹏飞，冯晓静.葡萄叶幕机械化修剪技术及装置研究进展[J].现代农业装备，2021，42（04）：2-6+14.

[2]褚春年，郭变梅，魏礼，刘军户，李营峰，王耀凤.果枝循环利用机械化技术试验研究[J].农业与技术，2021，41（03）：70-71.

[3]张德学，秦喜田，刘学峰，李青江，闵令强，任冬梅.国内外果园枝条修剪研究进程与配套设备[J].中国果树，2021，（02）：6-12.

[4]马静，梁堃.果树枝条修剪机械化及自动化研究进展[J].广东蚕业，2020，54（09）：84-86.