智慧果园构建关键技术装备及展望

传统果园生产中面临着人口老龄化带来的劳动力短缺、农机作业装备与生产资料管理困难、生产效率低下等问题,通过建设融合物联网、大数据、装备智能化等技术的智慧果园,可有望解决上述问题。为应对北京市农业现代化建设需求、引领中国农业发展方向,基于桃、梨果园全程机械化、智能化管理等目标,本研究在北京市重要的桃、梨等优势果品产区——平谷区峪口镇西营村构建了约30 hm²梨与桃的智慧果园。果园中应用了10多种病、虫、水、肥、药的各类信息获取传感器,装备了28种机械化、智能化技术支持的农机装备,采用的关键技术包括智能信息获取系统、水肥一体管理系统以及病虫害智能管理系统,智能作业装备系统包括无人驾驶割草机、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。同时,在果园中还构建了智能管理平台。经比较发现,智慧果园生产模式可减少人工成本50%以上,节省农药用量30%～40%、肥料用量25%～35%、灌溉用水量60%～70%,综合经济效益提升32.5%。智慧果园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。     

多功能果园作业平台安全性研究进展

多功能果园作业平台主要应用于梨、苹果等容易因碰撞造成表皮损伤的鲜果采摘,同时兼有果品运输、枝干修剪及疏花疏果等运载平台功能,可显著提高果农工作效率和降低劳动强度。近年来,随着我国果园轻简化管理技术的推广应用,多功能果园作业平台设备快速发展,因平台上作业属于半高空和高空作业,其安全性备受关注。基于多功能果园作业平台的通过性、升降机构、自动调平技术及防侧翻4个方面的研究进展,介绍了履带式及轮式行走装置的优缺点及在国内外的具体应用,套缸式、剪叉式、曲臂式及链式升降机构应用场景,自动调平技术的研究进展及在果园应用中的调平水平、平台侧翻评价指标,以及利用该指标进行侧翻预警和主动防侧控制的方法,并提出多功能果园作业平台农机农艺融合、导航技术及智能机械手等多技术融合方向发展趋势,以期为提高作业平台的技术水平及安全性提供参考。      

果园采摘平台研究现状及发展趋势

我国是水果生产和消耗大国,随着农业现代化进程不断推进,传统老龄化果园正在向现代化矮砧密植果园转型,为果园现代化和机械化发展提供了重要的环境支持。本文首先对我国果园采摘发展现状进行了概述,分析我国果园采摘环节现状及面临的问题;通过对国内外采摘平台的采摘方式和行走类型进行分类,详细介绍国内外果园采摘平台的发展状况,并具体分析不同结构采摘平台的典型机型和基本特点。同时,剖析了当前采摘平台存在的问题及制约采摘机械化发展的主要因素;最后,提出了果园采摘平台的未来发展趋势及发展对策,为我国果园采摘环节机械化水平提高提供思路。果园机械化的推进将有助于提高果园生产效率和质量,为我国果园产业的可持续发展注入新的活力。     

苹果园区履带式多功能操作平台试验研究

对苹果园区履带式多功能操作平台开展试验研究,评定其工作性能,适应性、便捷性以及安全性是否能满足本地农业技术要求.试验结果表明,履带式多功能操作平台在果园生产管理中使用范围广、通过性强、作业效率高,基本满足果园修剪枝条、套袋、采摘、运输等作业需求.     

丘陵山区果园机械化技术与装备研究进展

中国果园种植面积大,主要集中在丘陵山区,受地形条件和种植模式影响,丘陵果园机械化程度普遍偏低,随着产业结构的调整,果园机械化的发展程度将直接影响其经济效益。本文分析了中国果园分布情况与丘陵果园种植特点,概述了丘陵果园的机械化发展程度,并分析了制约其发展的原因,阐述了机械动力底盘、多功能作业平台、果树修剪机械、植保机械以及采摘收获机械等果园主要装备和技术的研究现状和进展,并对部分果园机械的生产与推广应用情况进行调研分析。在此基础上指出丘陵果园机械化发展面临的问题,认为缺乏对复杂环境的适应能力是制约丘陵果园机械化发展的关键,对果园改建和机械装备研究等提出了发展建议。     

DZ-1小型多功能作业机的开发研制

为大棚、果园等高效农业实现机械化作业设计了小型多功能作业机。介绍了主要参数的确定和主要装置的设计     

DZ—1小型多功能作业机的开发研制

为大棚、果园等高效农业实现机械化作业设计了小型多功能作业机。介绍了主要参数的确定和主要装置的设计。     

果园管理机存在的问题与对策研究

果园管理机作为辅助果农日常管理的多功能机械,在解决我国当前果园机械化率严重偏低的问题上具有突出优势。但由于缺乏技术和研发投入,果园管理机的发展较为缓慢,在车辆通过能力、作业功能、智能化和协同作业方面还有很大的发展空间。研究小组通过对果园管理机的发展趋势与现存问题进行分析,并就优化果园管理机的相关性能提出了提升山地通行能力、完善功能模块、提高智能化水平、增强产品协同性等对策建议,以期促进果园管理机更好地发展与普及,推动果园管理现代化,让广大果农从科技发展中享受到农业现代化带来的红利。结果表明,我国未来将出现标准化果园和传统果园共存的局面,果园管理机在我国的发展前景光明。     

果园基肥施肥装备研究现状与发展分析

我国果树栽培面积和果品产量均居世界第一,果树施肥是果园生产管理的关键作业环节,施肥质量直接决定果树产量及果品品质。果园主要施肥方式有深施基肥、土壤追肥、叶面喷肥、树干涂肥等。其中,基肥的肥料施用量占全年施肥总量的70%以上,是影响果树产量及品质最重要的阶段。基肥施肥机械化是果园生产管理机械化水平的重要体现。本文综合分析了果园基肥施肥机械化农艺要求及发展概况,重点阐述了我国和国外发达国家基肥施肥装备的典型机具及其技术参数和特点,并结合我国基本农情和果园生产的实际情况,归纳总结了我国果园基肥施肥机械化发展亟待解决的主要问题,展望了基肥施肥装备的发展趋势,为我国果园基肥施肥装备的进一步发展提供参考。     

果园智能化作业装备自主导航技术研究进展

果园生产管理主要包括喷药、施肥、割草、修剪、授粉、疏花和采收分级等作业环节,需要大量的人力投入,随着我国人口老龄化程度加剧,亟需果园生产管理由机械化向智能化转型升级。自主导航技术是果园机械化装备实现智能化的关键技术。本文围绕果园智能化作业装备导航控制需求,结合国内外研究现状,分别阐述了包含导航定位信息和障碍物信息的果园作业场景感知技术,导航地图构建、导航路径提取和路径规划技术,行走底盘运动学模型构建、运动控制技术,多机协同控制、远程交互控制技术等。随着智慧农业发展,智慧果园已成为果园未来发展方向,果园智能化作业装备是智慧果园建设必不可少的关键环节,在此基础上,归纳了我国果园智能化作业装备自主导航技术发展面临的问题为：环境感知能力不足、路径提取不稳定、局部路径规划不灵活、导航系统环境适应性欠缺、多机协同和远程控制不成熟等,提出了多传感器融合的环境感知与路径提取、完整路径规划、强通用性果园导航、大型果园多作业环节的多机协同与远程操作等未来发展方向。     

果园自走式电动底盘控制系统设计与试验

为解决果园作业机械化设备少、效率低,大型机械不便作业的问题,研制一机多用的果园自走式小型灵活的电动底盘,设计其核心部分控制系统。依据果园作业环境,提出设计目标性能要求和整体结构方案;分析电控系统的电机驱动器、整车控制器、遥控器各自应具备的功能,进行硬件电路设计和软件编程;最后调试和实地试验。试验结果表明:所设计的果园自走式电动底盘控制系统能够使电动底盘满足最高车速为6.72 km/h,通过圆直径2 740 mm,具备通过30%坡度路面的能力,续航里程可达17.5 km,无线遥控距离达到200 m,符合果园作业性能要求。     

基于OFDM信道和远程监控的果园采摘机器人设计

随着网络和远程控制技术的发展,基于移动互联网的智能机器人成为未来机器人的发展方向。到目前为止,采摘机器人还很少采用移动互联网进行远程监控,如果将移动互联网应用到果园采摘机器人的设计上,将会大幅度地提高采摘机器人的实时在线控制水平,提高多机器人编队控制能力。为此,提出了一种基于OFDM信道估计和远程监控网络的果园采摘机器人设计方法,并结合果实图像的分割、归一化、细化和增强技术,提高机器人果实图像的识别能力。通过夜间对采摘机器人平台的测试发现:机器人在加入信噪比的干扰信号情况下,采用OFDM传输系统的机器人信号发送端和接收端的信号吻合程度很高,误码率很低,为新式智能远程控制采摘机器人的研究提供了较有价值的参考。     

基于PSTN和PLMN的果园泵房智能监控系统

为解决果园泵房偏僻、难以防盗且需人工操作灌溉与喷雾设备的问题,设计了果园泵房智能监控系统。该系统以单片机为核心,结合双音多频远程数据传输技术,实现了电话拨号报警和远程控制两大功能。在选定果园对系统进行实地测试,系统功能成功率为96.5%,报警平均响应时间为4.58 s,远程控制平均响应时间为23.27 s,每次通信成本为通话费用。试验结果表明,该系统能实现其设计功能,满足果园泵房内防盗和远程控制灌溉与喷雾设备的要求。     

基于安卓系统和MCU智能灌溉系统设计

为解决农业灌溉中智能化监测与远程控制问题,提高农业灌溉效率与智能灌溉的可靠性,设计了基于安卓系统与MCU的智能灌溉系统。系统主要包括上位机Android手机APP、下位机单片机,以及云服务平台3部分:上位机采用HTML5+CSS+JavaScript在API Cloud Studio环境下实现的移动应用程序;下位机采用STM32F411处理器作为智能灌溉系统的核心CPU;借助物联网云平台实现上位机与下位机的通讯,并通过PWM控制薄膜泵灌溉速度。用户通过手机即可实时监测环境信息和作物生长状态、设置灌溉模式、控制灌溉开启及灌溉速度。试验表明:系统各方面运行正常可靠,在农业远程智能监测和灌溉方面有一定的实用价值。     

苹果生产智能底盘与除草及收获装备技术研究进展

苹果产业作为苹果主产区经济发展的支柱产业，为当地果农增收、农业增效做出了重要贡献。随着产业的转型升级，苹果生产机械化和智能化的发展程度将影响其经济效益。为推进苹果生产智能化技术研究与智能装备研发，本文概述了苹果生产各个环节机械化水平，阐述了动力底盘、除草装备、收获装备等苹果生产装备主要技术特点，归纳了自动调平与控制、自主导航、自动避障、杂草识别、杂草去除、苹果识别、苹果定位、苹果分离等技术分别在智能化动力底盘、智能除草装备、苹果采收机器人上的研究与应用进展，并阐明了上述3种智能装备关键技术的基本原理和特点。在此基础上，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。     

智能控制移动式小型圆形机组控制系统设计

针对国内缺乏适用于散水源、小地块,且具有一定自动化程度的喷灌设备现状,研制开发一种基于圆形喷灌机的智能控制轻型移动喷灌机组,其关键技术问题是机组控制系统研发,主要包括正反向运行同步系统、同步控制系统、安全保护装置、智能控制系统、变量降水控制系统和远程控制系统等。其中智能控制系统、变量降水控制系统和远程控制系统为关键系统。该系统的成功研发有效提升了我国喷灌行业的自动化水平。      

微型遥控果园开沟机的研究与设计

针对果园开沟仍然依靠人工、劳动强度大、效率低及小四轮、手扶拖拉机作业时通过性不好和操作不便等问题,设计了一种与微型遥控机械配套的果园开沟机。该机为遥控作业,可节省劳动力,降低了高度,通过性好,并采用附加减速器的方法改变传动比,实现了行走与作业速度不同的需求。根据运动学和动力学分析可看出,该机设计合理,功耗小,可在坡度角小于20°的斜坡上进行开沟,适合果园作业。     

特色林果业作业平台设计与试验

为实现果园机械化管理生产,产业的提质增效,促进现代林果业的健康可持续发展,结合新疆兵团的实际情况,研制开发适用于特色林果业的采摘升降作业平台。对果园机具的整机结构和关键部件进行计算设计、优化选型,通过实地测试,确定行走、转弯、爬坡、升降、采摘等各项性能参数指标。测试结果表明:相对于人工作业,升降平台机械作业采摘效率提高50.31%,采摘量提高41 kg/h,集采摘、运输、修剪等各种功能于一体,同时又降低生产成本、保障作业人员的人身安全、减轻工作强度和提高劳动舒适性。